專利名稱：一種避免油氣鉆井相鄰井眼碰撞的預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種碰撞預(yù)警系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種避免油氣鉆井相鄰井眼 碰撞的預(yù)警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著油氣田開發(fā)對調(diào)整井鉆井需求的增大，加密井防碰問題日益突出。某些 情況下，防碰問題已經(jīng)制約了鉆完井作業(yè)的順利進(jìn)行。如果鉆井過程中，沒有及 時(shí)發(fā)現(xiàn)鉆頭已經(jīng)接近或鉆到了鄰井的井筒，就有在較短時(shí)間內(nèi)鉆穿鄰井套管的可 能，從而造成很大乃至極大的經(jīng)濟(jì)損失。目前可以使用的防碰監(jiān)測技術(shù)主要有兩 類。 一類是依賴井下電磁測量，通過探測鄰井套管對電磁場的影響判斷與鄰井的 距離。該技術(shù)需要在停止鄰井生產(chǎn)的條件下進(jìn)行電測井作業(yè)，既影響生產(chǎn)又費(fèi)用 昂貴。第二類是通過人工監(jiān)聽，根據(jù)鉆井實(shí)際中的防碰經(jīng)驗(yàn)，井眼相碰時(shí)被碰井 套管將產(chǎn)生振動并傳遞到地面，采用人工監(jiān)聽的方法可以判斷是否發(fā)生井眼相碰。 釆用這種方法受到作業(yè)條件、作業(yè)環(huán)境和監(jiān)聽者的經(jīng)驗(yàn)及責(zé)任心影響，實(shí)際實(shí)施 難度極大，不能實(shí)現(xiàn)有效的連續(xù)監(jiān)測。 發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種油氣鉆井過程中防止鉆到鄰井 套管造成井筒故障，不受作業(yè)條件及作業(yè)環(huán)境的影響，能實(shí)現(xiàn)有效連續(xù)監(jiān)測的避 免油氣鉆井相鄰井眼碰撞的預(yù)警系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案 一種避免油氣鉆井相 鄰井眼碰撞的預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于它包括分別安裝在一正鉆井和若干鄰井的 套管上的加速度傳感器，各所述加速度傳感器分別通過一導(dǎo)線連接一具有帶通濾 波功能的電荷放大器，所述電荷放大器通過導(dǎo)線與一同步數(shù)據(jù)采集儀連接，所述 同步數(shù)據(jù)采集儀連接一安裝有振動數(shù)據(jù)分析軟件的計(jì)算機(jī)。
所述同步數(shù)據(jù)采集儀與所述計(jì)算機(jī)通過電纜線連接。
所述同步數(shù)據(jù)釆集儀和計(jì)算機(jī)分別通過一導(dǎo)線連接一無線接入點(diǎn)，每一無線 接入點(diǎn)分別設(shè)置有一天線，所述同步數(shù)據(jù)采集儀與所述計(jì)算機(jī)通過無線通訊信號 連接。
所述鄰井套管上的加速度傳感器分為兩組或兩組以上，每一組所述加速度傳 感器分別通過一所述電荷放大器連接一同步數(shù)據(jù)采集儀，每一所述同步數(shù)據(jù)采集
儀和所述計(jì)算機(jī)分別通過一導(dǎo)線連接一無線接入點(diǎn)，每一所述無線接入點(diǎn)分別設(shè) 置一天線，各所述同步數(shù)據(jù)采集儀分別與所述計(jì)算機(jī)通過無線通訊信號連接。
本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型根據(jù)正 施工鉆頭及工具的沖擊運(yùn)動會引起井筒附近地層的巖石、水泥環(huán)及套管振動的物 理特性，利用設(shè)置在正鉆井和有被碰撞危險(xiǎn)的鄰井套管上的加速度傳感器收集振 動信號，由同步數(shù)據(jù)采集儀同步、實(shí)時(shí)地采集該振動數(shù)據(jù)，并傳輸給計(jì)算機(jī)，通 過嵌入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的振動數(shù)據(jù)分析判斷軟件對其進(jìn)行分析計(jì)算，最終判定出哪 一個鄰井具有被碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，并及時(shí)報(bào)警，從而有效地降低了鉆穿鄰井套管的風(fēng) 險(xiǎn)。2、本實(shí)用新型裝置設(shè)置在各套管上的加速度傳感器、同步數(shù)據(jù)采集儀、計(jì)算 機(jī)等設(shè)備都可以購買現(xiàn)成產(chǎn)品，不但結(jié)構(gòu)簡單，成本低，安裝使用都非常方便。3、 本實(shí)用新型計(jì)算機(jī)軟件是根據(jù)常規(guī)振動傳播的物理特性進(jìn)行各項(xiàng)分析判斷，因此 技術(shù)成熟，準(zhǔn)確性高，使用十分安全可靠。4、本實(shí)用新型操作過程中不受作業(yè)條
件及作業(yè)環(huán)境的影響，無需停止鄰井生產(chǎn)，能實(shí)現(xiàn)有效的實(shí)時(shí)、同步、連續(xù)監(jiān)測。
5、本實(shí)用新型不但可以實(shí)現(xiàn)單平臺檢測，而且可以通過無線傳輸方式，利用一臺 計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)雙平臺或多平臺檢測。本實(shí)用新型可以廣泛用于各種油氣鉆井過程中。


圖1是本實(shí)用新型單平臺結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是本實(shí)用新型井眼預(yù)警距離預(yù)測原理示意圖 圖3是本實(shí)用新型振動數(shù)據(jù)分析軟件程序框圖 圖4是本實(shí)用新型無線通訊的雙平臺結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。
井下工具如鉆頭或井下沖擊工具的轉(zhuǎn)動、沖擊、切削、蹩跳等動作都會引起 周圍巖石的沖擊振動，這種振動會在地層和套管中傳播，采用本實(shí)用新型提出的 技術(shù)方案，可以檢測到這些信號，并根據(jù)這些信號進(jìn)行分析判斷。
名稱定義
1、 正鉆井一正在進(jìn)行鉆井施工的井。
2、 鄰井一正鉆井周圍已完工的存在被鉆頭碰撞風(fēng)險(xiǎn)的已鉆井。
3、 套管一包括普通套管、隔水導(dǎo)管，或其它鋼制井筒等，為敘述方便通稱為套管。
實(shí)施例一
如圖1所示，本實(shí)施例為一單平臺碰撞預(yù)警系統(tǒng)，本實(shí)用新型在正鉆井1和
鄰井2、 3、 4 (僅以三個鄰井為例，但不限于此)的套管ll、 21、 31、 41上分別 設(shè)置一加速度傳感器12、 22、 32、 42，通過各加速度傳感器12、 22、 32、 42可以 得到各套管的振動頻率、波長和振幅等物理特征。將各加速度傳感器12、 22、 32、 42分別通過一導(dǎo)線連接一電荷放大器5的輸入端，電荷放大器5具有帶通濾波功 能。電荷放大器5的輸出端通過導(dǎo)線與一同步數(shù)據(jù)采集儀6連接，同步數(shù)據(jù)采集 儀6通過導(dǎo)線與一計(jì)算機(jī)7連接。
由于套管ll、 21、 31、 41與附近巖石、水泥環(huán)等相比密度大，更有利于振動 波的傳播，因此當(dāng)正鉆井1的鉆頭正常鉆進(jìn)時(shí)，鄰井2、 3、 4套管上加速度傳感 器22、 32、 42所感應(yīng)到的振動特征與正鉆井1套管上的加速度傳感器12所感應(yīng) 的振動特征有一定關(guān)系，而當(dāng)鉆頭越靠近鄰井2、 3、 4時(shí)，通過巖石和水泥環(huán)傳 送到鄰井套管21、 31、 41上的振動特征受正鉆井1套管上的加速度傳感器12所 感應(yīng)的振動特征的影響程度會顯著增強(qiáng)。
本實(shí)用新型方法是通過安裝在各套管11、 21、 31、 41上的加速度傳感器12、 22、 32、 42和同步數(shù)據(jù)采集儀6，同步、實(shí)時(shí)檢測由于鉆頭沖擊引起的各套管11、 21、 31、 41的振動信號，并將數(shù)據(jù)輸送給計(jì)算機(jī)7，通過安裝在計(jì)算機(jī)中的振動 數(shù)據(jù)分析軟件對振動信號進(jìn)行分析判斷。
如圖2、圖3所示，本實(shí)用新型中的振動數(shù)據(jù)分析軟件對振動信號的分析判斷 過程包括
1、 通道選擇，確定需要測定的鄰井?dāng)?shù)量，判斷是否是正鉆井鉆頭沖擊引起的 振動，其判斷方法可以根據(jù)振動的頻率、波長和振幅的一致性與相似度判斷
2、 當(dāng)確定是正鉆井鉆頭引起的振動信號后，選擇確定每一個數(shù)據(jù)文件的記錄 長度(即采樣長度)、單位時(shí)間采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)(即采樣速率)，定義啟動報(bào)警信 號的閥值(即報(bào)警設(shè)置)，設(shè)置數(shù)據(jù)手動或自動存儲方式(即存儲設(shè)置)；
3、 啟動數(shù)據(jù)采集，將所采集的數(shù)字信號進(jìn)行小波分級濾波處理，對經(jīng)過濾波 處理的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行相位分析、振幅分析、頻譜分析和能量分析，判斷并找出正 鉆井與各鄰井的趨近關(guān)系；
4、 進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，判斷選擇處理結(jié)果是否超限，存儲采集數(shù)據(jù)以備后續(xù)分析 應(yīng)用，如果處理結(jié)果超出了報(bào)警設(shè)置規(guī)定的限度，輸出報(bào)警指令給聲光報(bào)警器， 如果檢測結(jié)果正常，軟件將通過顯示器輸出趨勢預(yù)測。
本實(shí)用新型趨勢預(yù)測的檢測原理是根據(jù)正鉆井1振動信號隨時(shí)間變化的曲線 1'和某鄰井振動信號隨時(shí)間變化的曲線2'，通過軟件分析得出正鉆井與某鄰井振 動信號特征點(diǎn)的時(shí)間差S，再根據(jù)振動波在不同介質(zhì)中的傳播速度計(jì)算出被檢測點(diǎn)
之間的相對距離。 實(shí)施例二
本實(shí)施例為一無線通訊的單平臺碰撞預(yù)警系統(tǒng)(如圖4上半部分所示)，其與 實(shí)施例1的不同之處是同步數(shù)據(jù)采集儀6不是通過導(dǎo)線連接計(jì)算機(jī)7，而是由同
步數(shù)據(jù)采集儀6連接一無線接入點(diǎn)8，無線接入點(diǎn)8上設(shè)置有天線81，計(jì)算機(jī)7 也通過另以導(dǎo)線連接另一無線接入點(diǎn)9，無線接入點(diǎn)9上連接有另一天線91。同 步數(shù)據(jù)采集儀6與計(jì)算機(jī)7通過無線通訊方式連接。 實(shí)施例三
本實(shí)施例為一無線通訊的雙平臺碰撞預(yù)警系統(tǒng)(如圖4所示)，在正鉆井1周 圍除需預(yù)警的鄰井2、 3、 4以外，還存在四個鄰井101、 102、 103、 104，本實(shí)施 例是將這四個鄰井101、 102、 103、 104作為另一個預(yù)警平臺。在鄰井IOI、 102、 103、 104的套管111、 112、 113、 114上分別設(shè)置一加速度傳感器121、 122、 123、 124，通過各加速度傳感器121、 122、 123、 124可以檢測到各套管111、 112、 113、 114的振動信號。將各加速度傳感器121、 122、 123、 124也分別通過一導(dǎo)線連接 一電荷放大器5'的輸入端，電荷放大器5'具有帶通濾波功能。電荷放大器5' 的輸出端通過導(dǎo)線與另一同步數(shù)據(jù)采集儀6'連接，同步數(shù)據(jù)采集儀6'通過導(dǎo)線
與一另無線接入點(diǎn)s'連接，無線接入點(diǎn)8'上連接有一天線sr。計(jì)算機(jī)7同時(shí)
通過無線接入點(diǎn)9和天線91，采集由兩個無線接入點(diǎn)8和8'發(fā)送的同步數(shù)據(jù)信 號，實(shí)現(xiàn)第一平臺、第二平臺與計(jì)算機(jī)7數(shù)據(jù)的無線通訊。
本實(shí)用新型對于距離較近可以實(shí)現(xiàn)電纜連接的平臺，可實(shí)施單平臺方案，對 于距離較遠(yuǎn)、通過電纜連接受限的井眼，可實(shí)施無線通訊的單平臺、雙平臺或多 平臺方案，本實(shí)用新型多平臺的預(yù)警系統(tǒng)可以參照雙平臺擴(kuò)展。
本實(shí)用新型利用安裝在可能發(fā)生碰撞的鄰井套管上的加速度傳感器，同步檢 測鄰井井筒的振動信號，實(shí)時(shí)檢測可能因鉆頭及工具的沖擊運(yùn)動引起井筒附近地 層的巖石、水泥環(huán)或套管振動；利用采集儀采集由加速度傳感器檢測到的信號， 并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，通過嵌入系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)軟件，利用對信號的分級濾波、相關(guān) 計(jì)算、頻譜分析等分析計(jì)算方法，對振動信號進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、處理，根據(jù)不同通 道信號的相位差、譜段能量變化分析判斷鉆頭的位置及碰撞到被測井筒套管的可 能，當(dāng)被測點(diǎn)有被碰撞的危險(xiǎn)時(shí)，及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號。
權(quán)利要求1.一種避免油氣鉆井相鄰井眼碰撞的預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于它包括分別安裝在一正鉆井和若干鄰井的套管上的加速度傳感器，各所述加速度傳感器分別通過一導(dǎo)線連接一具有帶通濾波功能的電荷放大器，所述電荷放大器通過導(dǎo)線與一同步數(shù)據(jù)采集儀連接，所述同步數(shù)據(jù)采集儀連接一安裝有振動數(shù)據(jù)分析軟件的計(jì)算機(jī)。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種避免油氣鉆井相鄰井眼碰撞的預(yù)警系統(tǒng)，其特征 在于所述同步數(shù)據(jù)采集儀與所述計(jì)算機(jī)通過電纜線連接。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種避免油氣鉆井相鄰井眼碰撞的預(yù)警系統(tǒng)，其特征 在于所述同步數(shù)據(jù)采集儀和計(jì)算機(jī)分別通過一導(dǎo)線連接一無線接入點(diǎn)，每一無 線接入點(diǎn)分別設(shè)置有一天線，所述同步數(shù)據(jù)采集儀與所述計(jì)算機(jī)通過無線通訊信 號連接。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種避免油氣鉆井相鄰井眼碰撞的預(yù)警系統(tǒng)，其特征 在于所述鄰井套管上的加速度傳感器分為兩組，每一組所述加速度傳感器分別 通過一所述電荷放大器連接一同步數(shù)據(jù)采集儀，每一所述同步數(shù)據(jù)采集儀和所述 計(jì)算機(jī)分別通過一導(dǎo)線連接一無線接入點(diǎn)，每一所述無線接入點(diǎn)分別設(shè)置一天線， 各所述同步數(shù)據(jù)采集儀分別與所述計(jì)算機(jī)通過無線通訊信號連接。
5、 如權(quán)利要求1所述的一種避免油氣鉆井相鄰井眼碰撞的預(yù)警系統(tǒng)，其特征 在于所述鄰井套管上的加速度傳感器分為兩組以上，每一組所述加速度傳感器 分別通過一所述電荷放大器連接一 同步數(shù)據(jù)采集儀，每一所述同步數(shù)據(jù)采集儀和 所述計(jì)算機(jī)分別通過一導(dǎo)線連接一無線接入點(diǎn)，每一所述無線接入點(diǎn)分別設(shè)置一 天線，各所述同步數(shù)據(jù)采集儀分別與所述計(jì)算機(jī)通過無線通訊信號連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種避免油氣鉆井相鄰井眼碰撞的預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于它包括分別安裝在一正鉆井和若干鄰井的套管上的加速度傳感器，各所述加速度傳感器分別通過一導(dǎo)線連接一具有帶通濾波功能的電荷放大器，所述電荷放大器通過導(dǎo)線與一同步數(shù)據(jù)采集儀連接，所述同步數(shù)據(jù)采集儀連接一安裝有振動數(shù)據(jù)分析軟件的計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型利用設(shè)置在正鉆井和有被碰撞危險(xiǎn)的鄰井套管上的加速度傳感器收集振動信號，由同步數(shù)據(jù)采集儀同步、實(shí)時(shí)地采集該振動數(shù)據(jù)，并傳輸給計(jì)算機(jī)，通過嵌入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的振動數(shù)據(jù)分析判斷軟件對其進(jìn)行分析計(jì)算，最終判定出哪一個鄰井具有被碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，并及時(shí)報(bào)警，從而有效地降低了鉆穿鄰井套管的風(fēng)險(xiǎn)。本實(shí)用新型可以廣泛用于各種油氣鉆井過程中。
文檔編號E21B49/00GK201198757SQ200820079169
公開日2009年2月25日 申請日期2008年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月22日
發(fā)明者何保生, 剛 劉, 劉書杰, 劉志國, 周建良, 王平雙 申請人:中國海洋石油總公司;中海石油研究中心