一种用于控压钻井的井漏实时检测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于控压钻井的井漏实时检测系统，包括信号搜集预处理模块、信号智能判别模块和漏层指示与预警模块，其特征在于：所述信号搜集预处理模块包括流量传感器、前置放大器a、整形放大器、AD转换器a、立管压力传感器、前置放大器b、带通滤波器、AD转换器b，所述信号智能判别模块包括单片机，所述漏层指示与预警模块包括功率放大器、声光信号装置和电脑。本发明专利技术的系统在现场控压钻井施工过程中能够自动监测、快速反应、及时预警井漏实时情况，并能准确示出井漏位置，尽可能地节约事故处理时间，为现场钻井工程师提供有价值的井下信息，最大限度减少井漏等复杂情况带来的经济损失。

A well leak real-time detection system for pressure controlled drilling

The invention relates to a method for leakage detection system of drilling well control, including signal collection, signal preprocessing module of intelligent identification module and leakage layer indication and warning module, which is characterized in that the signal collection processing module includes a flow sensor, a preamplifier, a shaping amplifier, a converter A, pressure sensor, AD riser preamplifier B, band-pass filter, AD converter B, the intelligent signal discrimination module comprises a single chip, the leakage layer indication and warning module comprises a power amplifier and acousto-optic signal device and computer. The system of the invention can control the automatic monitoring, rapid response and timely warning of well leakage real-time pressure during the process of drilling in the field, and can accurately show well leak position, as far as possible to save the processing time of the accident, and provide valuable information for downhole drilling engineers to minimize well complex leakage brought economic loss.

【技术实现步骤摘要】
一种用于控压钻井的井漏实时检测系统
本专利技术涉及石油天然气领域，一种用于控压钻井中实时监测井漏的系统和方法，实现了井漏时自动报警，并预测井漏层位的目的。
技术介绍
井漏是一种在钻井过程中钻井液漏失到地层中的现象。一方面它是钻井过程中常见的井下复杂情况之一，同时也是钻井过程中长期存在但也难以解决的技术问题。在钻井现场，井漏的发生会浪费大量的有效钻进时间，甚至导致井眼报废，造成巨大的经济损失。井漏一旦发生，不仅需要及时预警、快速反应，还需要进行堵漏作业。虽然目前的堵漏技术不断地发展和改进，但堵漏作业仍然面临着较高的风险，存在较大的失败概率。究其原因，主要是井漏层位判断不准等因素导致。因此，有必要专利技术一种既能实时监测、及时发现井漏并预警，还能够准确判断出具体井漏层位的井漏监测系统和方法，为钻井现场提供支持。目前广泛使用的方法是水动力学测和井下仪器测试方法。水动力学法的测量精度受井径、钻具、钻井液流量等多种参数的影响，存在一定误差，结果不准确，只能确定一个较大的范围。仪器测试法目前主要是利用井内流体的各种物理特性进行测量的，如流速、温度等。这类测量方法相对精确，但测量井段长，耗时长，效率低，单一方法应用容易受不同地质条件的局限。目前漏层位置测量技术的缺少地面和井下方法的综合性、系统化研究与应用，缺乏多种技术相互组合、相互补充的一体化方法。如申请号为CN201520899414.2的中国专利，提供了一种井涌井漏监测装置，涉及钻井参数检测
，包括数据采集装置、转换电路和数据处理器，所述数据采集装置包括安装在入口管线上的钻井液入口流量传感器、安装在钻井液出口管线上的钻井液出口流量传感器和钻井参数仪，钻井液入口流量传感器和钻井液出口流量传感器均与转换电路相连，转换电路和钻井参数仪均与数据处理器相连。该专利将钻井液出入口流量竭泽而渔钻井参数仪提供的井深、大钩负荷、立管压力等信息结合进行综合判断，虽然能够在钻井过程中预报溢流井漏的情况，但是存在无法准确判断出具体井漏层位的缺陷。再如申请号为201410501685.8的中国专利，提供了一种溢流和井漏监测系统及其监测方法，包括监测罐、液位计、调节阀、截止阀、泵冲传感器、灌浆泵、钻井液池和监测控制报警装置。监测罐通过隔板分割为主、副腔室，并在其上设置液位计和不同的管口与井口装置、灌浆泵、钻井液池建立连接，液位计、泵冲传感器和调节阀与监测控制报警装置连接，控制调节阀的开关、灌浆泵的启停并对溢流井漏进行实时监测和预警。该专利技术在井筒内钻井液循环过程中，通过副腔室内液位变化速度的快慢，通过判断井筒内返出流量的变化情况预测溢流和井漏，受起下钻过程中井筒液位和监测罐很截面积影响较大，操作复杂，精确度较低，且不能准确判断出具体井漏层位。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术存在的瓶颈，提供一种在现场控压钻井施工过程中能够自动监测、快速反应、及时预警的井漏实时监测系统和方法，尽可能地节约事故处理时间，为现场钻井工程师提供有价值的井下信息，最大限度减少井漏等复杂情况带来的经济损失。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于控压钻井的井漏实时检测系统，包括信号搜集预处理模块、信号智能判别模块和漏层指示与预警模块，所述信号搜集预处理模块包括流量传感器、前置放大器a、整形放大器、AD转换器a、立管压力传感器、前置放大器b、带通滤波器、AD转换器b，所述信号智能判别模块包括单片机，所述漏层指示与预警模块包括功率放大器、声光信号装置和电脑。优选的是，所述信号搜集预处理模块分为两个支路，支路一，流量传感器安装在钻井液返出管线，并与前置放大器a连接，前置放大器a与整形放大器连接，整形放大器与AD转换器a连接；支路二，立管压力传感器安装在立管处，与前置放大器b连接，前置放大器b与带通滤波器连接，带通滤波器与AD转换器b连接。上述任一方案优选的是，所述AD转换器a和AD转换器b分别通过输入端口与单片机连接。上述任一方案优选的是，所述单片机输出端口一个分支与电脑连接，输出漏层计算结果并即时显示，另一分支与功率放大器连接，功率放大器将信号增强之后，传输给声光信号装置发出井漏预警。上述任一方案优选的是，所述流量传感器包括涡轮流量传感器、节流式流量传感器、转子流量传感器、超声波流量传感器，用于测量钻井液返出流量，产生流量信号。上述任一方案优选的是，所述前置放大器a用于接收流量监测信号并进行增益放大。上述任一方案优选的是，所述整形放大器用于对流量信号进行整形预处理，并将信号波形进一步放大。上述任一方案优选的是，所述AD转换器a可以将流量信号的模拟信号转换为数字信号。上述任一方案优选的是，所述立管压力传感器可以实时监测立管压力变化情况，产生立管压力信号。上述任一方案优选的是，所述前置放大器b可以将压力信号进行增益放大，提高信噪比并减少外界干扰，再传送给带通滤波器。上述任一方案优选的是，所述带通滤波器可以对压力信号进行滤波预处理，降噪之后的信号进一步传送给AD转换器b。上述任一方案优选的是，AD转换器b可以将压力信号的模拟信号转化为数字信号。上述任一方案优选的是，所述单片机可以对数字信号进行处理，编写MCU程序对井漏信号进行智能计算与分析。上述任一方案优选的是，在正常情况下，所述单片机对流量信号和压力信号进行实时监测并记录，将数据储存于电脑中；发生井漏情况下，流量显著降低，所述单片机发出预警信号，通过功率放大器放大之后，传递给声光信号装置，发出警报，同时，单片机对记录的流量信号和压力信号进行分析，提取出两种信号中发生井漏的特征点，根据两个特征点所对应的时刻求取时间差，最终根据井漏层位预测模型给出井漏深度，并通过电脑即时显示。上述任一方案优选的是，所述的压力信号和流量信号，其储存文件的数据类型包括时间点、压力值、流量值。一种井漏层位预测模型，包括流体在环空中的上返时间计算、立管压力响应时间计算、漏层位置计算。1)流体在环空中的上返时间井漏前入口和出口流量均为Q，井漏后出口流量减小为Q1，井筒环空截面积为A，环空上返速度满足：流体在环空中上返时间为：其中，h为漏层位置的井深；2)立管压力响应时间井漏一旦发生，井底的压力降低，最终导致立管压力下降，假设压力降在环空和钻杆内分别以vp1和vp2的速度传播，则井漏之后立管压力的响应时间满足：其中，H为已钻总井深；3)漏层位置计算由于井漏发生之后，立管压力响应时间和流体上返时间存在差异，因此根据二者的时间差Δt确定漏层深度；时间差的计算式为：漏层位置可表示为：优选的是，压力降传播速度测量方法步骤如下：①在某一开次的正常钻进过程中，当井深达到H1处时，利用控压钻井装置的回压泵人为施加井口回压Δp，并开始计时，当立管压力升高至稳定状态后，停止计时，得到响应时间Δt1；②继续钻进，当井深分别达到H2和H3处时，分别重复步骤①操作，求得响应时间Δt2和Δt3，得到：联立式(6)和式(7)，得到第一组压力降传播速度和联立式(7)和式(8)，得到第二组压力降传播速度和当两组测量速度之间的误差小于10％时，认为测量值准确，即：其中e1、e2为误差值；若测量值不满足式(9)和(10)，则重复步骤①和步骤②的操作，继续测量。本专利技术技术方案的优点在于，作为一种地面和井下结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控压钻井的井漏实时检测系统，包括信号搜集预处理模块、信号智能判别模块和漏层指示与预警模块，其特征在于：所述信号搜集预处理模块包括流量传感器(1)、前置放大器a(2)、整形放大器(3)、AD转换器a(4)、立管压力传感器(5)、前置放大器b(6)、带通滤波器(7)、AD转换器b(8)，所述信号智能判别模块包括单片机(9)，所述漏层指示与预警模块包括功率放大器(10)、声光信号装置(11)和电脑(12)。

【技术特征摘要】
1.一种用于控压钻井的井漏实时检测系统，包括信号搜集预处理模块、信号智能判别模块和漏层指示与预警模块，其特征在于：所述信号搜集预处理模块包括流量传感器(1)、前置放大器a(2)、整形放大器(3)、AD转换器a(4)、立管压力传感器(5)、前置放大器b(6)、带通滤波器(7)、AD转换器b(8)，所述信号智能判别模块包括单片机(9)，所述漏层指示与预警模块包括功率放大器(10)、声光信号装置(11)和电脑(12)。2.如权利要求1所述的用于控压钻井的井漏实时检测系统，其特征在于：所述信号搜集预处理模块分为两个支路，支路一，流量传感器(1)安装在钻井液返出管线，并与前置放大器a(2)连接，前置放大器a(2)与整形放大器(3)连接，整形放大器(3)与AD转换器a(4)连接；支路二，立管压力传感器(5)安装在立管处，与前置放大器b(6)连接，前置放大器b(6)与带通滤波器(7)连接，带通滤波器(7)与AD转换器b(8)连接。3.如权利要求1所述的用于控压钻井的井漏实时检测系统，其特征在于：所述AD转换器a(4)和AD转换器b(8)分别通过输入端口与单片机(9)连接。4.如权利要求1所述的用于控压钻井的井漏实时检测系统，其特征在于：所述单片机(9)输出端口一个分支与电脑(12)连接，输出漏层计算结果并即时显示，另一分支与功率放大器(10)连接，功率放大器(10)将信号增强之后，传输给声光信号装置(11)发出井漏预警。5.如权利要求2所述的用于控压钻井的井漏实时检测系统，其特征在于：所述流量传感器(1)包括涡轮流量传感器、节流式流量传感器、转子流量传感器、超声波流量传感器，用于测量钻井液返出流量，产生流量信号。6.如权利要求2所述的用于控压钻井的井漏实时检测系统，其特征在于：所述立管压力传感器(5)可以实时监测立管压力变化情况，产生立管压力信号。7.如权利要求1～6任意一项所述的用于控压钻井的井漏实时检测系统，其特征在于：在正常情况下，所述单片机(9)对流量信号和压力信号进行实时监测并记录，将数据储存于电脑(12)中；发生井漏情况下，流量显著降低，所述单片机(9)发出预警信号，通过功率放大器(10)放大之后，传递给声光信号装置(11)，发出警报，同时，单片机(9)对记录的流量信号和压力信号进行分析，提取出两种信号中发生井漏的特征点，根据两个特征点所对应的时刻求取时间差，最终根据井漏层位预测模型给出井漏深度，并通过电脑(12)即时显示。8.如权利要求5或6所述的用于控压钻井的井漏实时检测系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：温欣，周英操，刘伟，蒋宏伟，
申请(专利权)人：中国石油集团钻井工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11