一种井筒气侵检测方法及系统技术方案

一种井筒气侵检测方法及系统，其中，该方法包括：步骤一、获取钻井过程中的当前钻井液排量和当前钻井液排量下的从钻井液回流管线处检测到的超声波检测波形；步骤二、根据当前钻井液排量确定超声波参考波形；步骤三、将超声波检测波形与超声波参考波形进行比较，根据比较结果判断井筒内是否发生气侵。该方法通过检测、分析超声波的频率变化来对气侵进行检测，从而达到对井筒气侵进行早期检测并及时发现气侵的目的，其不受钻进过程中钻柱振动产生的低频声波的影响，这也就使得检测结果不受钻井状态影响，从而使得得到的检测结果更加准确。

A Method and System for Gas Invasion Detection in Wellbore

A wellbore gas invasion detection method and system includes: step 1, acquiring the current drilling fluid displacement and the ultrasonic detection waveform detected from the drilling fluid reflux pipeline under the current drilling fluid displacement; step 2, determining the ultrasonic reference waveform according to the current drilling fluid displacement; step 3, combining the ultrasonic detection waveform with the ultrasonic reference waveform. Comparisons are made to determine whether gas invasion occurs in wellbore according to the comparison results. This method detects gas invasion by detecting and analyzing the frequency change of ultrasonic wave, so as to achieve the purpose of early detection of gas invasion in wellbore and timely detection of gas invasion. It is not affected by low-frequency sound wave generated by drill string vibration in drilling process, which also makes the detection result not affected by drilling status, so as to make the detection result more accurate.

【技术实现步骤摘要】
一种井筒气侵检测方法及系统
本专利技术涉及石油工程
，具体地说，涉及一种井筒气侵检测方法及系统。
技术介绍
钻井过程中，当井筒环空钻井液的压力小于地层孔隙压力时，地层孔隙中存在的天然气等气体将会侵入井筒环空内，从而发生气侵。气体侵入钻井液后，在井底时因受上部液柱的压力，气体体积很小。但是随着钻井液循环上返，气体所受的液柱压力减小，体积会逐渐膨胀，特别是接近地面时气体膨胀更快。气侵后气体膨胀占据环空空间，这会造成环空内钻井液过多并返出井口，环空内的液柱压力会迅速降低，进一步导致气侵加剧，最终发生井喷，甚至出现井喷失控的情况。特别地，如果气侵的天然气中含有H2S或CO2，井喷后极易造成现场人员伤亡。因此，陆地和海洋平台钻井作业现场都需要对气侵进行实时监测，气侵发现越早，可控性越高，风险也就越低。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种井筒气侵检测方法，所述方法包括：步骤一、获取钻井过程中的当前钻井液排量和当前钻井液排量下的从钻井液回流管线处检测到的超声波检测波形；步骤二、根据所述当前钻井液排量确定超声波参考波形；步骤三、将所述超声波检测波形与超声波参考波形进行比较，根据比较结果判断井筒内是否发生气侵。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤三中，将所述超声波检测波形的频率和/或声压与所述超声波参考波形的频率和/或声压进行比较，判断所述频率差值和/或声压差值是否大于相应的预设差值阈值，其中，如果大于，则判定井筒内发生气侵。根据本专利技术的一个实施例，所述方法还包括：步骤a、在钻井液泵达到排量稳定后，获取当前钻井液排量下钻井液回流管线处检测到的超声波波形，确定无气侵发生时当前钻井液排量下的超声波波形，得到当前钻井液排量下的超声波参考波形；步骤b、分次地调整钻井液排量并重复步骤a，得到不同钻井液排量下的超声波参考波形。本专利技术还提供了一种井筒气侵检测系统，所述系统采用如上任一项所述的方法进行井筒气侵检测。根据本专利技术的一个实施例，所述系统包括：超声波生成装置，其设置在钻杆与钻头之间，用于产生与钻井液排量相对应的超声波；超声波检测装置，其设置在地面井口的钻井液回流管线处，用于检测超声波信号，得到超声波检测波形；数据处理装置，其与所述超声波检测装置连接，用于根据获取到的当前钻井液排量确定超声波参考波形，并将所述超声波检测波形与超声波参考波形进行比较，根据比较结果判断井筒内是否发生气侵。根据本专利技术的一个实施例，所述超声波生成装置包括脉冲提速装置，所述脉冲提速装置的第一端与所述钻杆连接，第二端与所述钻头连接。根据本专利技术的一个实施例，所述数据处理装置配置为将所述超声波检测波形的频率和/或声压与所述超声波参考波形的频率和/或声压进行比较，判断所述频率差值和/或声压差值是否大于相应的预设差值阈值，其中，如果大于，则判定井筒内发生气侵。根据本专利技术的一个实施例，所述数据处理装置包括数据存储单元，所述数据存储单元中存储有不同钻井液排量下的超声波参考波形。本专利技术所提供的井筒气侵检测方法以及系统利用脉冲提速工具在钻井工作过程中所产生的超声波来检测井筒内是否发生气侵。该方法以及系统将钻井提速与气侵检测相结合，在使用脉冲工具实现钻井过程中井底压力波动增压来提高钻井速度的同时，还利用脉冲工具在钻井增压过程中产生的超声波从井底沿环空内的钻井液上返至井口这一特点，通过检测、分析超声波的频率变化来对气侵进行检测，从而达到钻进过程提高机械钻速的同时对井筒气侵进行早期检测并及时发现气侵的目的。相较于现有的井筒气侵检测系统，本系统直接利用钻井现场使用的脉冲提速工具，不需要在井内钻井管柱上安装特殊工具与设备，从而避免了因影响钻井液流动而降低井底水力效率。该系统的布置实施方法简单、安全可靠，其施工成本较常规方法和技术更低。此外，本系统是通过在井口监测超声波生成装置所产生的特定频率的超声波来检测气侵，其不受钻进过程中钻柱振动产生的低频声波的影响，这也就使得本系统的检测结果不受钻井状态影响，从而使得得到的检测结果更加准确。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其它优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：图1是根据本专利技术一个实施例的井筒气侵检测系统的结构示意图；图2是根据本专利技术一个实施例的脉冲射流增压提速短节的结构示意图；图3是根据本专利技术一个实施例的一定排量下超声波生成装置所产生的超声波的波形图；图4是根据本专利技术一个实施例的声波速度受空隙率大小的影响曲线示意图；图5是根据本专利技术一个实施例的井筒内发生气侵和未发生气侵时检测到的超声波的波形对比图；图6是根据本专利技术一个实施例的井筒气侵检测方法的实现流程示意图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本专利技术实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本专利技术可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。目前应用于钻井作业现场的井涌监测方法绝大部分依赖综合录井仪所提供数据，由于这些参数的测量是在井口进行，若发生气侵，此时气体已上返至接近井口，这种方法对于气侵的发现不及时，有可能使风险加剧甚至造成井喷。而现场应用的基于科里奥式质量流量计的出口流量的精确测量法和基于PWD的井涌早期监测法等，或仍具有一定的延后性，或由于钻井过程中复杂因素的干扰而存在识别的难度较大、误判程度较高的缺陷。例如，现有技术方案中存在一种基于压力波时差确定钻井过程中气侵位置的装置。该装置以液动节流阀动作产生的压力波为波源，通过检测立管压力传感器和套管压力传感器接收到压力波的时间差判断是否发生气侵。但是，在实际钻井过程中，钻柱的振动不可避免地会对套管压力产生波动影响，因此该方法的可靠性较差，影响其对气侵的检测以及气侵位置的计算。此外，现有技术方案中还存在一种钻井过程中气侵早期监测装置，该装置包括井下监测装置和井上监测装置。其中，井下监测装置用于对井筒环空流体的声波衰减数据、温度数据和压力数据进行实时测量并模数转化，然后发送至井上监测装置，由井上监测装置对监测数据进行分析处理，进行预警和报警。该监测装置需要在井下管柱上额外安装监测装置短节且装置较为复杂，还会影响钻井液流动降低井底水力效率。井下监测装置与井上监测装置通过转换的1HZ泥浆脉冲传递数据，这种数据传递方式所能够传输的数据量小，同时钻井过程中钻柱的振动也会影响其稳定性。针对现有技术中所存在的上述问题，本专利技术提供了一种新的井筒气侵检测方法以及运用该方法进行井筒气侵检测的井筒气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井筒气侵检测方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一、获取钻井过程中的当前钻井液排量和当前钻井液排量下从钻井液回流管线处检测到的超声波检测波形；步骤二、根据所述当前钻井液排量确定超声波参考波形；步骤三、将所述超声波检测波形与超声波参考波形进行比较，根据比较结果判断井筒内是否发生气侵。

【技术特征摘要】
1.一种井筒气侵检测方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一、获取钻井过程中的当前钻井液排量和当前钻井液排量下从钻井液回流管线处检测到的超声波检测波形；步骤二、根据所述当前钻井液排量确定超声波参考波形；步骤三、将所述超声波检测波形与超声波参考波形进行比较，根据比较结果判断井筒内是否发生气侵。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤三中，将所述超声波检测波形的频率和/或声压与所述超声波参考波形的频率和/或声压进行比较，判断所述频率差值和/或声压差值是否大于相应的预设差值阈值，其中，如果大于，则判定井筒内发生气侵。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：步骤a、在钻井液泵达到排量稳定后，获取当前钻井液排量下钻井液回流管线处检测到的超声波波形，确定无气侵发生时当前钻井液排量下的超声波波形，得到当前钻井液排量下的超声波参考波形；步骤b、分次地调整钻井液排量并重复步骤a，得到不同钻井液排量下的超声波参考波形。4.一种井筒气侵检测系统，其特征在于，所述系统采用如权利要求1～3中任一项所述的方法进行井筒气...

【专利技术属性】
技术研发人员：张好林，付宣，孙旭，杨传书，邹本友，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11