一种井下多级气侵监测装置及油气钻井气侵识别方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种井下多级气侵监测装置及油气钻井气侵识别方法，属于钻井井下气侵测量技术领域，包括弧形主体，弧形主体为弧形板，弧形主体外侧对称设有声波发射器和声波接收器，弧形主体置于钻井套管外侧，声波接收器通过电缆连接至地面设备，安装于石油钻井套管外壁，本发明专利技术中的声波发射装置可实现声波穿透套管壁、井筒流体形成的综合介质，在另外一端接收到声信号，通过对声信号的变化分析实现实时识别井筒中侵入气体的含量，即是截面含气率。相较于传统的气侵监测方式，本发明专利技术具有更加快速的特点，能够大大提升气侵监测的效率，大幅度减低井喷等风险。减低井喷等风险。减低井喷等风险。

【技术实现步骤摘要】
一种井下多级气侵监测装置及油气钻井气侵识别方法


[0001]本专利技术涉及一种基于套管监测的油气钻井气侵识别方法，属于钻井井下气侵测量


技术介绍

[0002]目前现场广泛应用的常规溢流监测方法有泥浆池增量法和出入口流量差法，在深水钻井中还采用了技术和方法较为先进的溢流早期监测技术，包括高精度质量流量计溢流监测法、声波气侵监测法、隔水管超声波气侵监测法及井下工具监测法。
[0003]泥浆池增量法、出入口流量差法、高精度质量流量计溢流监测法和声波气侵监测法的监测工具安装位置在平台上或井口处，主要借助综合录井仪的各类传感器进行实时监测，也是目前现场广泛使用的监测方法，但该方法监测时间严重滞后。
[0004]隔水管超声波气侵监测法是深水钻井特有的溢流早期监测技术，通过在海底泥线处安装监测工具，可以在气体进入隔水管内的初始时刻就实现气侵早期监测。隔水管超声波气侵监测法的原理是根据气侵后多普勒超声波的响应特征和变化规律，判断泥线附近处是否有气体，并得到钻杆与隔水管环空的截面含气率及气体分布状态。但是该方法仍然不能实现实时监测，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种井下多级气侵监测装置，其特征在于，包括弧形主体，弧形主体为弧形板，弧形主体外侧对称设有声波发射器和声波接收器，弧形主体置于钻井套管外侧，声波接收器通过电缆连接至地面设备。2.根据权利要求1所述的井下多级气侵监测装置，其特征在于，弧形主体的弯曲弧度大于180
°
。3.根据权利要求1所述的井下多级气侵监测装置，其特征在于，声波发射器、声波接收器与弧形主体中心点的连线形成的夹角为装置角，装置角小于180
°
，大于等于90
°
。4.根据权利要求1所述的井下多级气侵监测装置，其特征在于，在钻井套管外侧不同位置设置至少两个井下多级气侵监测装置。5.一种利用权利要求1所述井下多级气侵监测装置的油气钻井气侵识别方法，其特征在于，包括步骤如下：在一个开路钻井完成后，下放入套管，但是还未注入水泥进行固井之前，将井下多级气侵监测装置从套管与地层之间的环空中放入到一定深度，下放完毕进行固井作业，将装置直接固定入水泥环中；此后，将钻柱声波发射器随下钻工艺下放入井下，当井下多级气侵监测装置接收到特定信号时，记录钻柱声波发射器的下放深度，则该深度即为井下多级气侵监测装置的下入深度；通过电缆线，地面设备持续向井下多级气侵监测装置持续供电，井下多级气侵监测装置上的声波发射器持续向外发射声波，穿透套管
‑
井筒钻井液体系
‑
套管，最终被声波接收器接收；声波接收器收到的信号将会持续通过电缆传递给地面设备；(a)未发生气侵时，声波接收器所接收到的信号正常，不会出现大幅度突变；(b)发生气侵时，气体的出现将导致井筒钻井液体系发生改变，使得声强度大幅衰减、声频率偏移增大，声波接收器接收到的信号出现固定性质的突变，该信号传输到地面后，进行气侵发生与气侵量的判断；地面根据接收到的信号，采取响应措施，确保钻井的安全。6.根据权利要求5所述的井下多级气侵监测装置的油气钻井气侵识别方法，其特征在于，对声波接收器收到的信号进行处理，处理步骤如下：(1)声波接收器接收到信号，该信号为电压信号；(2)信号传输到地面；(3)利用小波阈值法，进行信号的降噪，选择sym5小波基函数和8层的分解层数，进行小波分解；而后，根据有用信号与噪声信号之间的差异性，通过固定阈值原则选择合适的阈值，进而剔除噪声信号；最后，再将处理后的小波函数进行小波重构，得到可以用于气侵判断的信号。7.根据权利要求5所述的井下多级气侵监测装置的油气钻井气侵识别方法，其特征在于，气侵发生与气侵量的具体判断步骤包括如下：(1)根据目标井的井身结构、钻井液性能、施工参数和地层参数，建立井筒气液固三相流动模型，该模型可以实现在给定井底气侵量Q
g
的条件下，计算井筒中各处位置不同时刻的截面含气率α；气侵过程中，井筒气液固三相流动模型如下：液相连续性方程：
气相连续性方程：固相连续性方程：气液固三相的综合动量守恒方程：能量方程：其中，l、g、s分别表示水、气与固体颗粒；a、b、co分别表示环空、井壁、钻柱内壁、钻柱外壁；z、r分别表示轴向坐标、径向坐标，m；ρ为密度，kg/m3；α为体积分数；V为速度，m/s；P为井筒环空中的压力，Pa；为液柱压力降，Pa；ρ
m
为三相混合介质的平均密度，ρ
m
＝ρ
g
α
g
+ρ
l
α
l
+ρ
s
α
s
，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；θ为井筒倾斜角，
°
；为三相介质的沿程摩阻压降，Pa/m；C为比热容，J/(kg.℃)；Q为流量，m3/s；T为温度，℃；h为对流换热系数，W/(m.℃)；H为井筒摩擦功率，W/m；气体的运移速度：V
g
＝C0V
m
+V
rg
(6)固相颗粒的运移速度：V
s
＝C0′
V
m
‑
V
t
(7)C0、C0′
分别为气体和固相颗粒的速度分布系数，无因次；V
m
为环空中流体的平均速度，m/s；V
rg
为气体相对于钻井液的滑脱速度，m/s；V
t
为颗粒的沉降速度，m/s；(2)实时分析本发明装置传输到地面的电压值信号，绘制电压信号随时间的时域变化规律曲线，并使用除噪...

【专利技术属性】
技术研发人员：高永海，张恒通，孙宝江，尹邦堂，苏鑫垚，李少强，于鑫，张磊，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：