漏失井钻井液面与漏失压力监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种漏失井钻井液面与漏失压力监测系统及方法，监测系统是在钻井套管头下部的平板阀上安设有井口集成模块，井口集成模块通过平板阀与井筒相连通，通过井口集成模块监测钻井液面深度和地层漏失压力，井口集成模块由氮气源提供工作动力，井口集成模块由工控计算机进行工作控制和数据、图形显示，并由工控计算机完成计算。监控方法为：步骤一、由工控计算机发出工作指令；步骤二、启动声纳接收器首先接收井筒内背景噪声；步骤三、启动声纳发射器向井筒内发射声波；步骤四、依据声纳发射器发射声波到声纳接收器接收反射波的时间差和声波传播速度；有益效果：彻底解决了常规噪声过滤方法无法满足要求而导致的监测结果误差大的问题。

【技术实现步骤摘要】
漏失井钻井液面与漏失压力监测系统及方法
本专利技术涉及一种监测系统及方法，特别涉及一种漏失井钻井液面与漏失压力监测系统及方法。
技术介绍
目前,在石油钻井过程中，由于地层裂缝、孔洞发育和漏失压力低的原因，导致井下恶性漏失等复杂情况经常发生。漏失发生后，钻井液失返，钻井液面迅速下降，液面位置不明，地层漏失压力不清，给复杂问题的处理与下步施工带来重大安全隐患。在漏失井钻井液面监测方面，目前采用的方法是:借鉴采油井监测井下油水液位的方法，通过在井口安装声纳装置，利用声纳技术监测油水液面位置。但钻井漏失井的井筒环境比采油井的井筒环境要复杂得多。采油井井筒内基本没有噪声干扰，其噪声过滤仅针对地面常规噪声采用高通滤波的方法。但在钻井漏失井中，尤其是漏失发生初期，钻井液面是处于快速变化状态的，同时伴有井下钻具的旋转和上下活动，形成的井筒内背景噪声较多，对钻井液面监测结果造成很大影响，监测结果误差很大，常规噪声过滤方法无法满足要求。在地层漏失压力监测方面，目前还没有直接监测的手段，只能在钻井施工前进行预测，具体方法是采用邻井岩心及测井资料，通过室内岩心实验和测井资料处理开展数学建模，然后根据数学模型对施工井进行预测。这种方法是采用邻井资料对施工井进行预测，由于地层条件的差异性，必然存在误差，另外这种方法实施过程较长，不具备实时性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决在漏失井钻井液面监测方面存在的诸多问题而提供的一种漏失井钻井液面与漏失压力监测系统及方法。本专利技术提供的漏失井钻井液面与漏失压力监测系统是在钻井套管头下部的平板阀上安设有井口集成模块，井口集成模块通过平板阀与井筒相连通，通过井口集成模块监测钻井液面深度和地层漏失压力，井口集成模块由氮气源提供工作动力，井口集成模块由工控计算机进行工作控制和数据、图形显示，并由工控计算机完成计算。井口集成模块包括有电磁阀、声纳发射器、声纳接收器、整形放大器和单片机，氮气源通过承压软管与电磁阀连接，由电磁阀控制氮气源为声纳发射器提供动力，声纳发射器向井筒内发生声波，声波遇钻井液面后发生反射，由声纳接收器接收反射波并转换成电信号，并进入整形放大器，由整形放大器整形放大后进入单片机，由单片机整流、滤波后由工控计算机来显示曲线图，并由安装在工控计算机上的系统软件完成计算，得出钻井液面深度和地层漏失压力。本专利技术提供的漏失井钻井液面与漏失压力监测方法，其方法如下所述：步骤一、由工控计算机发出工作指令，由单片机传输给下面的执行部件；步骤二、启动声纳接收器首先接收井筒内背景噪声，经整形放大器处理后在单片机中存储；然后打开电磁阀，对声纳发射器完成储能后关闭；步骤三、启动声纳发射器向井筒内发射声波，声波在井筒内向下传播遇到钻井液面后发生反射，声纳接收器中的声纳片接收反射波后发生压电效应，声波转换成电信号，进入整形放大器进行常规噪声过滤，并进行放大处理，然后转换成脉冲信号输出到单片机，此时将反射波信号与井筒内背景噪声信号进行比对，即可识别出掺杂在反射波信号中的井筒内背景噪声信号并将其过滤，然后由工控计算机显示曲线图；步骤四、依据声纳发射器发射声波到声纳接收器接收反射波的时间差和声波传播速度，由系统软件完成钻井液面深度计算，根据液柱压力与地层漏失压力平衡原理，当钻井液面最终稳定时，依据钻井液面稳定深度和钻井液密度，由系统软件完成地层漏失压力计算，并将计算结果在工控计算机上输出或直接打印，最终实现对钻井液面和地层漏失压力的监测。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的漏失井钻井液面与漏失压力监测系统及方法的监测过程在20秒之内可全部完成。由系统软件控制，按设定的监测频率不断向井筒内发射声波，即可实现对钻井液面和地层漏失压力的连续监测。具有较强的抗噪声干扰能力，能够快速、准确监测漏失井钻井液面和地层漏失压力的系统和方法。彻底解决了常规噪声过滤方法无法满足要求而导致的监测结果误差大的问题。附图说明图1本专利技术所述的监测系统整体结构示意图。图2为本专利技术所述的氮气源、承压软管、工控计算机和井口集成模块原理结构示意图。1、钻井套管头2、平板阀3、井口集成模块4、井筒5、钻井液面6、氮气源7、电磁阀8、承压软管9、声纳发射器10、声纳接收器11、整形放大器12、单片机13、工控计算机。具体实施方式请参阅图1和图2所示：本专利技术提供的漏失井钻井液面与漏失压力监测系统是在钻井套管头1下部的平板阀2上安设有井口集成模块3，井口集成模块3通过平板阀2与井筒4相连通，通过井口集成模块3监测钻井液面5深度和地层漏失压力，井口集成模块3由氮气源6提供工作动力，井口集成模块3由工控计算机13进行工作控制和数据、图形显示，并由工控计算机13完成计算。井口集成模块3包括有电磁阀7、声纳发射器9、声纳接收器10、整形放大器11和单片机12，氮气源6通过承压软管8与电磁阀7连接，由电磁阀7控制氮气源6为声纳发射器9提供动力，声纳发射器9向井筒内发生声波，声波遇钻井液面5后发生反射，由声纳接收器10接收反射波并转换成电信号，并进入整形放大器11，由整形放大器11整形放大后进入单片机12，由单片机12整流、滤波后由工控计算机13来显示曲线图，并由安装在工控计算机13上的系统软件完成计算，得出钻井液面5深度和地层漏失压力。本专利技术提供的漏失井钻井液面与漏失压力监测方法，其方法如下所述：步骤一、由工控计算机13发出工作指令，由单片机12传输给下面的执行部件；步骤二、启动声纳接收器10首先接收井筒内背景噪声，经整形放大器11处理后在单片机12中存储；然后打开电磁阀7，对声纳发射器9完成储能后关闭；步骤三、启动声纳发射器9向井筒内发射声波，声波在井筒内向下传播遇到钻井液面5后发生反射，声纳接收器10中的声纳片接收反射波后发生压电效应，声波转换成电信号，进入整形放大器11进行常规噪声过滤，并进行放大处理，然后转换成脉冲信号输出到单片机12，此时将反射波信号与井筒内背景噪声信号进行比对，即可识别出掺杂在反射波信号中的井筒内背景噪声信号并将其过滤，然后由工控计算机13显示曲线图；步骤四、依据声纳发射器9发射声波到声纳接收器10接收反射波的时间差和声波传播速度，由系统软件完成钻井液面5深度计算，根据液柱压力与地层漏失压力平衡原理，当钻井液面5最终稳定时，依据钻井液面5稳定深度和钻井液密度，由系统软件完成地层漏失压力计算，并将计算结果在工控计算机13上输出或直接打印，最终实现对钻井液面5和地层漏失压力的监测。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种漏失井钻井液面与漏失压力监测系统，其特征在于：是在钻井套管头下部的平板阀上安设有井口集成模块，井口集成模块通过平板阀与井筒相连通，通过井口集成模块监测钻井液面深度和地层漏失压力，井口集成模块由氮气源提供工作动力，井口集成模块由工控计算机进行工作控制和数据、图形显示，并由工控计算机完成计算。

【技术特征摘要】
1.一种漏失井钻井液面与漏失压力监测系统，其特征在于：是在钻井套管头下部的平板阀上安设有井口集成模块，井口集成模块通过平板阀与井筒相连通，通过井口集成模块监测钻井液面深度和地层漏失压力，井口集成模块由氮气源提供工作动力，井口集成模块由工控计算机进行工作控制和数据、图形显示，并由工控计算机完成计算。2.根据权利要求1所述的漏失井钻井液面与漏失压力监测系统，其特征在于：所述的井口集成模块包括有电磁阀、声纳发射器、声纳接收器、整形放大器和单片机，氮气源通过承压软管与电磁阀连接，由电磁阀控制氮气源为声纳发射器提供动力，声纳发射器向井筒内发生声波，声波遇钻井液面后发生反射，由声纳接收器接收反射波并转换成电信号，并进入整形放大器，由整形放大器整形放大后进入单片机，由单片机整流、滤波后由工控计算机来显示曲线图，并由安装在工控计算机上的系统软件完成计算，得出钻井液面深度和地层漏失压力。3.一种漏失井钻井液面与漏失压力监测方法，其特征在于：其方法如下所述：步骤一...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉树鹏，穆国臣，刘彦学，薄启炜，王友付，葛春梅，张天笑，陈业鹏，陈玉平，陈晓峰，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11