一种油气井井筒环空液面连续监测装置及监测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种油气井井筒环空液面连续监测装置及监测方法，工控机发出指令，通过定期或不定期往井筒内环空密闭空间多次注入或释放气体，同时工控机通过采集到的压力、温度、注入或释放气体量、同时录入井筒尺寸，钻柱尺寸等相关参数，计算出当期时间点环空液面深度。通过压力数据采集模块连续测量井筒内环空密闭空间压力变化，以及温度数据采集模块测量井场温度，同时已经录入的相关参数等数据，由工控机计算机处理系统计算分析和数据处理，获得油气井井筒环空液面深度及变化情况。本发明专利技术可实现时刻掌握环空液面深度位置，以及环空液面波动状况。面波动状况。面波动状况。

【技术实现步骤摘要】
一种油气井井筒环空液面连续监测装置及监测方法


[0001]本专利技术涉及石油钻井
，更具体的说是涉及一种油气井井筒环空液面连续监测装置及监测方法。

技术介绍

[0002]油气井钻完井过程中，井漏往往不可避免。尤其是钻遇超低压地层，裂缝性地层，以及亏空性地层等情况时，容易出现钻井液失返。需要采取各种封堵措施重新建立循环，实现后续安全作业。由于钻井液失返，环空液面不在井口，液面具体深度往往未知，需要一定的技术手段及特种装置探测环空液面位置，为后续封堵作业提供重要的依据，以及随时掌握液面的深度，最大程度降低井控风险。
[0003]目前探测环空液面深度的方法主要依靠声纳类装置，通过在出口管汇位置安装声纳仪器，发射声纳波，声纳波遇到液面及钻杆接头后，均会反射。采集波的反射时间可以计算出液面的深度位置，同时通过钻杆接头反射波的数量可以辅助计算液面的深度位置。声纳类装置测量可以大致测量出环空液面的深度位置，不同厂家和型号误差从几十米到上百米不等。测量过程较为复杂，测量的时间间隔较长(一般都30min以上)，无法实现较为准确的连续测量。在现场作业尤其是含气井作业时，井漏失返，环空液面波动剧烈，时刻掌握环空液面深度位置，以及环空液面波动状况，对井控安全风险的控制意义重大。
[0004]因此，如何提供一种可实时准确连续监测油气井井筒环空液面的装置和方法是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种油气井井筒环空液面连续监测装置及监测方法，当油气井井筒环空液面不在井口时可以实现连续监测环空液面的深度及环空液面波动状况。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种油气井井筒环空液面连续监测装置，包括：
[0008]气体压力罐：接受PLC执行系统指令，往密闭油气井井筒注入或释放气体；
[0009]数据采集模块：测量密闭油气井井筒环空内数据信息并将数据信息通过PLC执行系统传输给工控机；
[0010]PLC执行系统：接收来自所述数据采集模块的数据信息并传输给工控机，以及接受工控机发出的指令并执行；
[0011]工控机：接收所述PLC执行系统传输的数据并分析判断和计算密闭油气井井筒环空液面深度的数值和变化情况并及时存入到数据库中，同时从数据库中提取数据，以数据、图形或曲线形式显示至连接终端，同时将传输指令给PLC执行系统。
[0012]优选的，所述数据采集模块和所述气体压力罐均与所述PLC执行系统通过网线连接，所述PLC执行系统与所述工控机通过网线连接。
[0013]优选的，所述数据采集模块包括：
[0014]压力数据采集模块：测量密闭油气井井筒环空压力并将压力数据信息通过PLC执行系统传输给工控机；
[0015]温度数据采集模块：测量密闭油气井井筒环空温度并将温度数据信息通过PLC执行系统传输给工控机；
[0016]气体压力罐数据计量模块：采集气体压力罐的注入或释放量的数值信息并通过PLC执行系统传输给工控机。
[0017]优选的，所述压力数据采集模块、所述温度数据采集模块、所述气体压力罐数据计量模块均与所述PLC执行系统通过网线连接。
[0018]优选的，所述压力数据采集模块为压力传感器，所述温度数据采集模块为温度传感器。
[0019]本专利技术还提供了一种油气井井筒环空液面连续监测方法，包括以下步骤：
[0020](1)密封井口钻柱和套管使井筒内环空形成密闭空间，通过压力数据采集模块采集密闭空间内压力变化情况；
[0021](2)通过气体压力罐向密闭空间内多次注入或释放气体并由气体压力罐数据计量模块计量各次注入或释放气体量，同时通过压力数据采集模块采集各次注入或释放气体后压力值，计算出油气井井筒环空液面初始深度；
[0022](3)通过压力数据采集模块连续采集密闭空间内压力，依次计算出油气井井筒环空液面高度；
[0023](4)通过定期或不定期重复步骤(2)操作获得或校核环空液面深度。
[0024]进一步的，所述步骤(2)的具体过程为：
[0025](2.1)测量出密闭空间内的压力初始值为P00；
[0026](2.2)向密闭空间内注入或释放一定量的气体并由气体压力罐数据计量模块计量各次注入或释放气体量为ΔV1，同时通过压力数据采集模块采集各次注入或释放气体后压力值为P01；
[0027](2.3)向密闭空间内注入或释放一定量的气体并由气体压力罐数据计量模块计量各次注入或释放气体量为ΔV2，同时通过压力数据采集模块采集各次注入或释放气体后压力值为P02；
[0028](2.4)由于井眼环空液柱压力远远大于密闭空间内气体压力，因此在此过程中，环空液面初始深度H0不变，计算环空液面初始深度H0，具体过程为：
[0029]PV＝nRT；
[0030]其中：P为压力；V为环空容积：V＝S
·
H，S为环空面积，H为环空液面深度；n为摩尔数，设定P00压力时的摩尔数为n0；P01压力时摩尔数为n01，n01＝n0+Δn1，Δn1为注入或释放的气体ΔV1增加的摩尔数(注：如果为释放气体时，Δn1为负)；P02压力时摩尔数为n02，n02＝n01+Δn2，Δn2为注入或释放的气体ΔV2增加的摩尔数(注：如果为释放气体时，Δn2为负)；R为摩尔气体常量，R＝8.314Pa
·
m3·
mol
‑1·
K
‑1；T为绝对温度，T＝t+273.15，t为井口温度；
[0031]由PVT方程可以求出初始阶段油气井井筒环空液面的初始深度H0：
[0032]P00
·
S
·
H0＝n0
·
R
·
T 1)
[0033]P01
·
S
·
H0＝n01
·
R
·
T＝(n0+Δn1)
·
R
·
T
[0034]＝n0
·
R
·
T+Δn1
·
R
·
T＝P00
·
S
·
H0+Δn1
·
R
·
T
[0035]也即：
[0036]P01
·
S
·
H0＝P00
·
S
·
H0+Δn1
·
R
·
T 2)
[0037]同理
[0038]P02
·
S
·
H0＝P00
·
S
·
H0+(Δn1+Δn2)
·
R
·
T 3)
[0039]由2)和3)可以求得初始液面深度H0：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种油气井井筒环空液面连续监测装置，其特征在于，包括：气体压力罐：接受PLC执行系统指令，往密闭油气井井筒注入或释放气体；数据采集模块：测量密闭油气井井筒环空内数据信息并将数据信息通过PLC执行系统传输给工控机；PLC执行系统：接收来自所述数据采集模块的数据信息并传输给工控机，以及接受工控机发出的指令并执行；工控机：接收所述PLC执行系统传输的数据并分析判断和计算密闭油气井井筒环空液面深度的数值和变化情况并及时存入到数据库中，同时从数据库中提取数据，以数据、图形或曲线形式显示至连接终端，同时将传输指令给PLC执行系统。2.根据权利要求1所述的一种油气井井筒环空液面连续监测装置，其特征在于，所述数据采集模块和所述气体压力罐均与所述PLC执行系统通过网线连接，所述PLC执行系统与所述工控机通过网线连接。3.根据权利要求1所述的一种油气井井筒环空液面连续监测装置，其特征在于，所述数据采集模块包括：压力数据采集模块：测量密闭油气井井筒环空压力并将压力数据信息通过PLC执行系统传输给工控机；温度数据采集模块：测量密闭油气井井筒环空温度并将温度数据信息通过PLC执行系统传输给工控机；气体压力罐数据计量模块：采集气体压力罐的注入或释放量的数值信息并通过PLC执行系统传输给工控机。4.根据权利要求3所述的一种油气井井筒环空液面连续监测装置，其特征在于，所述压力数据采集模块、所述温度数据采集模块、所述气体压力罐数据计量模块均与所述PLC执行系统通过网线连接。5.根据权利要求3所述的一种油气井井筒环空液面连续监测装置，其特征在于，所述压力数据采集模块为压力传感器，所述温度数据采集模块为温度传感器。6.一种油气井井筒环空液面连续监测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)密封井口钻柱和套管使井筒内环空形成密闭空间，通过压力数据采集模块采集密闭空间内压力变化情况；(2)通过气体压力罐向密闭空间内多次注入或释放气体并由气体压力罐数据计量模块计量各次注入或释放气体量，同时通过压力数据采集模块采集各次注入或释放气体后压力值，计算出油气井井筒环空液面初始深度；(3)通过压力数据采集模块连续采集密闭空间内压力，依次计算出油气井井筒环空液面高度；(4)通过定期或不定期重复步骤(2)操作获得或校核环空液面深度。7.根据权利要求6所述的一种油气井井筒环空液面连续监测方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体过程为：(2.1)测量出密闭空间内的压力初始值为P00；(2.2)向密闭空间内注入或释放一定量的气体并由气体压力罐数据计量模块计量各次注入或释放气体量为ΔV1，同时通过压力数据采集模块采集各次注入或释放气体后压力值
为P01；(2.3)向密闭空间内注入或释放一定量的气体并由气体压力罐数据计量模块计量各次注入或释放气体量为ΔV2，同时通过压力数据采集模块采集各次注入或释放气体后压力值为P02；(2.4)计算环空液面初始深度H0，具体过程为：PV＝nRT；其中：P为压力；V为环空容积：V＝S

【专利技术属性】
技术研发人员：贺志刚，李雪刚，姜番，董俊，邓小满，
申请(专利权)人：新疆格瑞迪斯石油技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：