用于深水钻井含浅层气地层的纵波速度测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于深水钻井含浅层气地层的纵波速度测量装置及方法，其中该装置包括反应釜、可控压密闭气囊、围压控制系统和声波测试系统。反应釜内铺设模拟海底地层，模拟海底地层包括正常地层和浅层气地层，可控压密闭气囊内封装有实验用土用于模拟浅层气地层。可控压密闭气囊上设有阀门、气体增压设备和液体增压设备，围压控制系统布置在反应釜的周围。声波测试系统分别布置在反应釜和可控压密闭气囊上。本发明专利技术提供的测量装置及方法，能够测量纵波在正常地层以及不同压力等级浅层气气囊中的传播速度，实现了实验室内测量不同压力含浅层气地层纵波速度的测量，建立浅层气压力同纵波速度的定量关系，为深水浅层气压力的定量识别奠定基础。量识别奠定基础。量识别奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
用于深水钻井含浅层气地层的纵波速度测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及钻井工程
，具体涉及用于深水钻井含浅层气地层的纵波速度测量装置及方法。

技术介绍

[0002]浅层气通常是指聚集在深海海底以下800m以内的超压气体，通常难以作为一种资源被开采，在深海海底的浅部地层广泛分布，由于其预测难、埋藏浅、压力高、喷发速度快、压井处理手段少，极易导致井喷、平台沉没等重大作业事故，因此浅层气的识别对于保障钻井工程的安全具有重要意义。浅层气在地层中主要以“气”的形式存在，改变了地层的岩石物理性质，形成了一种由盖层、泥砂、流体和气体组成的多相高压混合体，使得纵波的传播速度规律会发生明显的改变。通常含浅层气地层的纵波速度在800～1000m/s，低于正常地层的传播速度20％～50％，因此通过地震数据中纵波速度的变化来识别浅层气是目前最有效的手段。然而目前的浅层气识别主要通过三维高精度地震剖面中的“气烟囱”、“亮点反射”、“空白带”等特征进行定性识别，欠缺钻井作业中最为关注的浅层气压力的定量识别方法，无法在实验室中建立浅层气压力同纵波速度的关系，一旦发现疑似风险就被迫移开井位进行躲避，提高了作业难度和躲避成本。
[0003]现有技术中的测试装置，无法定量控制浅层气和浅水流的压力，无法建立不同围压(即浅层气埋深)条件下的浅层气超压同纵波速度的关系。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种用于深水钻井含浅层气地层的纵波速度测量装置及方法，模拟不同压力的含浅层气地层，建立纵波速度与浅层气压力的定量关系，对于深水钻井浅层气的识别具有重要意义。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0006]一种用于深水钻井含浅层气地层的纵波速度测量装置，包括反应釜、可控压密闭气囊、围压控制系统和声波测试系统。其中，反应釜内铺设模拟海底地层，模拟海底地层包括正常地层和浅层气地层，可控压密闭气囊内封装有实验用土用于模拟浅层气地层。可控压密闭气囊上设有阀门、气体增压设备和液体增压设备，围压控制系统布置在反应釜的周围。声波测试系统分别布置在反应釜和可控压密闭气囊上。
[0007]本专利技术的用于深水钻井含浅层气地层的纵波速度测量装置，通过高压低温密闭反应釜来模拟深水的作业环境，通过施加围压模拟不同的作业水深和上覆岩层压力，在反应釜内铺设饱和砂粘混合土模拟海底地层，并在其中植入能够定量充填气、水的可控压密闭气囊来模拟浅层气，通过调节可控压密闭气囊内的压力模拟浅层气的异常高压，利用声波测试系统测量纵波在正常地层以及不同压力等级浅层气气囊中的传播速度，实现了实验室内测量不同压力含浅层气地层纵波速度的测量，建立浅层气压力同纵波速度的定量关系，为深水浅层气压力的定量识别奠定基础。
[0008]对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。
[0009]根据本专利技术的用于深水钻井含浅层气地层的纵波速度测量装置，在一个优选的实施方式中，可控压密闭气囊的封套边界由氯丁橡胶材质制成。
[0010]采用上述材质作为可控压密闭气囊的的封套边界材质，由于纵波在橡胶材料中的传播速度较慢，且橡胶材料因为具备良好的透声性能，同时还具备较强的耐压性能，因而特备适用于制作声学测试仪器的部件，容易识别纵波穿过密闭气囊内介质的升学信号。
[0011]进一步地，在一个优选的实施方式中，反应釜和可控压密闭气囊的顶部和底部均设有金属顶杆用于固定声波测试系统。
[0012]在实验过程中，通过金属顶杆能够使得声波测试系统紧贴于反应釜和可控压密闭气囊的两端。
[0013]具体地，在一个优选的实施方式中，气体增压设备包括高压气体流量计。
[0014]上述结构形式的气体增压设备，便于向密闭气囊内注入气体增压，模拟浅层气的超压环境，且能够实时精准地控制密闭气囊内的压力。
[0015]具体地，在一个优选的实施方式中，声波测试系统包括声波发射器、声波接收器和数据采集卡。其中，声波发射器包括单脉冲发射卡，用于发射超声信号。声波发射器和声波接收器分别布置在反应釜和可控压密闭气囊的两端。数据采集卡用于将声波接收器接收的超声信号转化为数字化波形并进行记录。
[0016]上述结构形式的声波测试系统，便于布置在反应釜和可控压密闭气囊上，且能够测量全部地层的声波特性和浅层气地层的声波特性，超声信号由声波发射器发出，经过全部地层和待测浅层气地层后由声波接收器接收，并由数据采集卡转换为数字化波形并进行记录。
[0017]进一步地，在一个优选的实施方式中，声波测试系统还包括处理模块，用于接收数据采集卡所记录的数字化波形曲线数据和对高频声速测量结果添加预设的折减系数插值修正。
[0018]由于室内声波特性测试实验使用的基本均为超声波，声波发射频率通常在200～500kHz，而实际地震勘探过程中的声波属于低频声波，通常地震探测声波的工作频率低于2kHz，可能存在不同频率的声波在沉积物中的传播声速和声衰减不同，即频散现象。基于Biot
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Stoll模型预测的声速频散结果，随着频率的增加，海底沉积物的声速增幅在1％～3.5％左右，声速的增幅相对较小，因此需将数据采集卡所记录的数字化波形曲线数据输入数据处理软件中，对高频声速测量结果添加相应的折减系数插值修正，以保证声速测量结果的准确性。
[0019]具体地，在一个优选的实施方式中，声波发射器和声波接收器均由压电复合材料制成。
[0020]声波发射器和声波接收器采用压电复合材料，具备很好地耐压和防水密封性能，因而特别适用于深水钻井含浅层气地层的纵波速度测量方法。
[0021]本专利技术第二方面的用于深水钻井含浅层气地层的纵波速度测量方法，采用上述所述的测量装置实施，包括如下步骤：S01、在反应釜内铺设模拟海底地层，并在反应釜内布置植入式可控压密闭气囊，S02、降低反应釜内温度至预设温度，预设温度为深海海底的温度，S03、在反应釜周围布置围压控制系统；在反应釜和可控压密闭气囊上布置声波测试系统，
S04、利用围压控制系统对反应釜施加预设范围内的围压模拟不同的作业水深和上覆岩层压力，之后利用气体增压设备向可控压密闭气囊内注气增压至预设压力范围模拟浅层气超压条件，S05、利用声波测量系统分别对不同围压及浅层气超压条件下的浅层气纵波波速进行测试。
[0022]显然，由于采用了上述测量装置实施，通过高压反应釜和植入式可控压密闭气囊模拟含浅层气地层，能够真实模拟浅层气的压力等级和海底地层围压，大幅提高了测试的准确率，能够在实验室内测量浅层气压力同纵波速度之间的定量关系，能够为深海海底浅层气压力的定量识别提供重要基础。
[0023]对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。
[0024]根据本专利技术的用于深水钻井含浅层气地层的纵波速度测量方法，在一个优选的实施方式中，步骤S01包括如下子步骤：S011、首先初选实验用土，经过暴晒、碾碎以及过筛。S012、将经过初选的土样加入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于深水钻井含浅层气地层的纵波速度测量装置，其特征在于，包括反应釜、可控压密闭气囊、围压控制系统和声波测试系统；其中，所述反应釜内铺设模拟海底地层，所述模拟海底地层包括正常地层和浅层气地层；所述可控压密闭气囊内封装有实验用土用于模拟所述浅层气地层；所述可控压密闭气囊上设有阀门、气体增压设备和液体增压设备；所述围压控制系统布置在所述反应釜的周围；所述声波测试系统分别布置在所述反应釜和所述可控压密闭气囊上。2.根据权利要求1所述的用于深水钻井含浅层气地层的纵波速度测量装置，其特征在于，所述可控压密闭气囊的封套边界由氯丁橡胶材质制成。3.根据权利要求1或2所述的用于深水钻井含浅层气地层的纵波速度测量装置，其特征在于，所述反应釜和所述可控压密闭气囊的顶部和底部均设有金属顶杆用于固定所述声波测试系统。4.根据权利要求1或2所述的用于深水钻井含浅层气地层的纵波速度测量装置，其特征在于，所述气体增压设备包括高压气体流量计。5.根据权利要求1或2所述的用于深水钻井含浅层气地层的纵波速度测量装置，其特征在于，所述声波测试系统包括声波发射器、声波接收器和数据采集卡；其中，所述声波发射器包括单脉冲发射卡，用于发射超声信号；所述声波发射器和所述声波接收器分别布置在所述反应釜和所述可控压密闭气囊的两端；所述数据采集卡用于将所述声波接收器接收的超声信号转化为数字化波形并进行记录。6.根据权利要求5所述的用于深水钻井含浅层气地层的纵波速度测量装置，其特征在于，所述声波测试系统还包括处理模块，用于接收所述数据采集卡所记录的数字化波形曲线数据和对高频声速测量结果添加预设的折减系数插值修正。7.根据权利要求5所述的用于深水钻井含浅层气地层的纵波速度测量装置，其特征在于，所述声波...

【专利技术属性】
技术研发人员：李莅临，王磊，臧艳彬，柯珂，侯绪田，陈军海，王怡，胡志强，许博越，
申请(专利权)人：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：