一種氣體鉆井安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種氣體鉆井安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，包括工程參數(shù)監(jiān)測(cè)單元、監(jiān)測(cè)服務(wù)器和報(bào)警單元，其中：工程參數(shù)監(jiān)測(cè)單元包括注入氣體壓力監(jiān)測(cè)儀、注入氣體流量監(jiān)測(cè)儀、返出氣體壓力監(jiān)測(cè)儀、隨鉆返出巖屑測(cè)量?jī)x、地層出水監(jiān)測(cè)儀和氣體組分監(jiān)測(cè)儀；其中注入氣體壓力監(jiān)測(cè)儀和注入氣體流量監(jiān)測(cè)儀設(shè)置在氣體鉆井系統(tǒng)的進(jìn)氣管線上，返出氣體壓力監(jiān)測(cè)儀、隨鉆返出巖屑測(cè)量?jī)x、地層出水監(jiān)測(cè)儀和氣體組分監(jiān)測(cè)儀設(shè)置在氣體鉆井系統(tǒng)的排砂管線上；工程參數(shù)監(jiān)測(cè)單元與監(jiān)測(cè)服務(wù)器建立信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸，并通過(guò)連接在監(jiān)測(cè)服務(wù)器上的顯示器、打印機(jī)和報(bào)警器分別進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)打印和安全預(yù)警?？捎行П苊舛喾N卡鉆事故的發(fā)生，保證氣體鉆進(jìn)的井下安全。
【專利說(shuō)明】一種氣體鉆井安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及鉆井監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】中的一種針對(duì)氣體鉆井井下安全的早期監(jiān)測(cè)、綜合分析和實(shí)時(shí)預(yù)警的系統(tǒng)，尤其涉及一種對(duì)地層出水早期監(jiān)測(cè)、隨鉆返出巖屑監(jiān)測(cè)、井口返出氣體組分監(jiān)測(cè)的氣體鉆井安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]國(guó)外從上世紀(jì)50年代初期開始應(yīng)用氣體鉆井技術(shù)進(jìn)行油田鉆探。此后，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于世界各地油氣井(包括煤層氣)的鉆探和開發(fā)上。國(guó)內(nèi)雖然應(yīng)用該技術(shù)較晚，但是也得到了廣泛推廣，特別是在勝利西部新區(qū)準(zhǔn)格爾盆地、四川盆地及松遼盆地等地區(qū)。為了加快勘探開發(fā)的進(jìn)程，氣體鉆井應(yīng)用于探井及風(fēng)險(xiǎn)探井的比例逐年增加，但由于地質(zhì)不確定性、檢測(cè)分析預(yù)警手段有限及缺乏合理處理方法等原因，造成鉆井施工過(guò)程中井下復(fù)雜、卡鉆、燃爆等安全事故時(shí)有發(fā)生，給工程施工造成了很大的損失，嚴(yán)重制約了氣體鉆井施工進(jìn)程和應(yīng)用前景。
[0003]國(guó)外針對(duì)氣體鉆井井下燃爆等問(wèn)題，研制了機(jī)械式井下?；鸸ぞ撸稍诰掳l(fā)生燃爆著火時(shí)將安裝在鉆具上的?；鸸ぞ哧P(guān)閉機(jī)構(gòu)保險(xiǎn)(鋅合金)熔斷，從而關(guān)閉注氣通道，達(dá)到滅火和保護(hù)鉆具的目的。該工具的優(yōu)勢(shì)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠，缺點(diǎn)為每次關(guān)閉后無(wú)法自動(dòng)恢復(fù)，需要起鉆更換，大大影響正常施工進(jìn)程。在地層出水方面，殼牌公司的T.R.Reinhart在SPE文章中提出了通過(guò)安裝在地面排砂管線中絕緣瓷板中的電極與排砂管形成一對(duì)電極，從而可以測(cè)量、監(jiān)測(cè)地面排砂管線中返出的氣體及巖屑流的介電常數(shù)，通過(guò)介電常數(shù)的變化可準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)地層是否出水，確定出水層位深度，監(jiān)測(cè)出水量變化情況的方法，并進(jìn)行了十幾口井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)；國(guó)內(nèi)在這方面也取得一定進(jìn)展，專利CN 101029564A提供了一種氣體鉆井井下狀態(tài)的連續(xù)檢測(cè)方法，可以在線檢測(cè)C02、CO、02、H2S、烴類氣體濃度以及返出氣體的濕度等；馬曉偉等人在《氣體鉆井返出巖屑監(jiān)測(cè)方法研究》中提出了在排砂管線上安裝沖刷力傳感器，通過(guò)監(jiān)測(cè)環(huán)空返出含砂氣體對(duì)排砂管線內(nèi)壁沖刷力變化來(lái)判斷井下返砂情況的方法，但該方法屬于侵入式測(cè)量，對(duì)傳感器壽命是巨大考驗(yàn)；對(duì)于氣體鉆井的注入氣體流量、套壓、立壓、地層產(chǎn)出流體流量等監(jiān)測(cè)還未見報(bào)道。
[0004]綜上所述，雖然國(guó)內(nèi)外在該方面取得一定進(jìn)展，但仍然存在如下亟待解決的問(wèn)題:沒(méi)有對(duì)地層出水早期過(guò)程進(jìn)行深入研究；隨鉆返出巖屑的侵入式測(cè)量技術(shù)落后，壽命較短，無(wú)法得到質(zhì)量流量、濃度等參數(shù)進(jìn)行定量分析；返出氣體組分檢測(cè)精度、響應(yīng)速度不高；現(xiàn)有鉆井工程參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)無(wú)法適應(yīng)氣體鉆井特點(diǎn)；沒(méi)有形成考慮地層出水、巖屑濃度、工程參數(shù)及氣體組分的綜合氣體鉆井井下安全技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提出一種通過(guò)對(duì)地層出水、巖屑濃度、工程參數(shù)及氣體組分的綜合監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體鉆井井下安全的早期檢測(cè)、綜合分析和實(shí)時(shí)預(yù)警的氣體鉆井安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。
[0006]本實(shí)用新型采用以下設(shè)計(jì)方案:
[0007]—種氣體鉆井安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，包括工程參數(shù)監(jiān)測(cè)單元、監(jiān)測(cè)服務(wù)器和報(bào)警單元，其中:工程參數(shù)監(jiān)測(cè)單元包括注入氣體壓力監(jiān)測(cè)儀、注入氣體流量監(jiān)測(cè)儀、返出氣體壓力監(jiān)測(cè)儀、隨鉆返出巖屑測(cè)量?jī)x、地層出水監(jiān)測(cè)儀和氣體組分監(jiān)測(cè)儀；其中注入氣體壓力監(jiān)測(cè)儀和注入氣體流量監(jiān)測(cè)儀設(shè)置在氣體鉆井系統(tǒng)的進(jìn)氣管線上，返出氣體壓力監(jiān)測(cè)儀、隨鉆返出巖屑測(cè)量?jī)x、地層出水監(jiān)測(cè)儀和氣體組分監(jiān)測(cè)儀設(shè)置在氣體鉆井系統(tǒng)的排砂管線上；工程參數(shù)監(jiān)測(cè)單元與監(jiān)測(cè)服務(wù)器建立信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸，并通過(guò)連接在監(jiān)測(cè)服務(wù)器上的顯示器、打印機(jī)和報(bào)警器分別進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)打印和安全預(yù)警。
[0008]上述方案進(jìn)一步方案是:
[0009]工程參數(shù)監(jiān)測(cè)單元中還包括扭矩監(jiān)測(cè)儀、鉆時(shí)監(jiān)測(cè)儀。
[0010]所述扭矩監(jiān)測(cè)儀、鉆時(shí)監(jiān)測(cè)儀分別為扭矩傳感器、鉆時(shí)傳感器。
[0011]所述注入氣體流量監(jiān)測(cè)儀為質(zhì)量流量計(jì)；所述注入氣體壓力監(jiān)測(cè)儀壓力傳感器；所述地層出水監(jiān)測(cè)儀為電解法微量水分檢測(cè)儀；所述隨鉆返出巖屑測(cè)量?jī)x為微波固體流量計(jì)。
[0012]本實(shí)用新型所涉及的儀器儀表均采用的優(yōu)點(diǎn)首先是通過(guò)微量水分檢測(cè)儀對(duì)地層出水進(jìn)行早期檢測(cè)分析，可以較早的發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測(cè)地層出水情況，并能結(jié)合其他工程參數(shù)對(duì)氣體鉆井井下安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行初步評(píng)估，為下一步工程施工方案制定提供依據(jù)。其次隨鉆返出巖屑測(cè)量?jī)x可對(duì)井下攜巖情況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，特別對(duì)巖屑濃度突然增大或減小規(guī)律及巖屑累計(jì)量與總量差值的分析處理，可有效避免多種卡鉆事故的發(fā)生，保證氣體鉆進(jìn)的井下安全。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型一種氣體鉆井安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的示意圖。
[0014]圖中1.氣體鉆井系統(tǒng)，2.旋轉(zhuǎn)防噴導(dǎo)流裝置，3.防噴器組，4.井眼環(huán)空，5.鉆柱，6.鉆頭，7.注入氣體壓力監(jiān)測(cè)儀，8.注入氣體流量監(jiān)測(cè)儀，9.氣體注入裝置，10.排砂管線，11.返出氣體壓力監(jiān)測(cè)儀，12.隨鉆返出巖屑測(cè)量?jī)x，13.地層出水監(jiān)測(cè)儀，14.氣體組分監(jiān)測(cè)儀，15.沉砂池，16.監(jiān)測(cè)服務(wù)器，17.扭矩監(jiān)測(cè)儀，18.鉆時(shí)監(jiān)測(cè)儀。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述:
[0016]在圖1中，氣體注入裝置9通過(guò)進(jìn)氣管線將氣體注入鉆柱內(nèi)，在進(jìn)氣管線上安裝有注入氣體壓力監(jiān)測(cè)儀7及注入氣體流量監(jiān)測(cè)儀8，注入鉆柱內(nèi)的氣體通過(guò)鉆頭6后攜帶巖屑經(jīng)井眼環(huán)空4、防噴器組3進(jìn)入旋轉(zhuǎn)防噴導(dǎo)流裝置2中，通過(guò)該導(dǎo)流裝置氣體攜帶巖屑進(jìn)入排砂管線中被排放至沉砂池中，在排砂管線上安裝有返出氣體壓力監(jiān)測(cè)儀11、隨鉆返出巖屑測(cè)量?jī)x12、地層出水監(jiān)測(cè)儀13、氣體組分監(jiān)測(cè)儀14，所述工程參數(shù)監(jiān)測(cè)單元的信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)測(cè)服務(wù)器16，監(jiān)測(cè)服務(wù)器16上也連接有安裝于鉆臺(tái)上的扭矩傳感器17及鉆時(shí)傳感器18，監(jiān)測(cè)服務(wù)器16進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后可通過(guò)與其連接的顯示器、打印機(jī)和報(bào)警器分別進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)打印和安全預(yù)警。
[0017]安裝于進(jìn)氣管線上的注入氣體流量監(jiān)測(cè)儀8為質(zhì)量流量計(jì)，使用該種流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)須壓力溫度補(bǔ)償可直接測(cè)量氣體的質(zhì)量流量，高重復(fù)性、高可靠性、高穩(wěn)定性、高精確度，防爆?？垢g，結(jié)構(gòu)多樣，安裝靈活，裝卸方便，適合在各種工況場(chǎng)合使用。
[0018]所述地層出水監(jiān)測(cè)儀13為電解法微量水分檢測(cè)儀，該儀器具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、結(jié)果準(zhǔn)確、分析快速等優(yōu)點(diǎn)。
[0019]所述隨鉆返出巖屑測(cè)量?jī)x12為微波固體流量計(jì)，該流量計(jì)安裝簡(jiǎn)易快速，成本效益高，可調(diào)節(jié)靈敏度，測(cè)量速度快，能及時(shí)反應(yīng)出返出巖屑流量的變化。
[0020]所述氣體組分監(jiān)測(cè)儀14可以對(duì)返出氣體進(jìn)行組分監(jiān)測(cè)和全烴監(jiān)測(cè)，使現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)人員及時(shí)掌握井口返出氣體的o2、co、co2、ch4、h2s等組份的含量變化，以便于對(duì)氣體鉆井井下燃爆、鉆遇有毒氣體進(jìn)行預(yù)警。
[0021]上述實(shí)施例中工程參數(shù)監(jiān)測(cè)單元所涉及的儀器儀表均采用成熟的產(chǎn)品，通過(guò)系統(tǒng)的結(jié)合，各種信號(hào)傳送至監(jiān)測(cè)服務(wù)器16后，通過(guò)相應(yīng)的軟件分析，可較早的發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測(cè)地層出水情況，在線全過(guò)程監(jiān)測(cè)隨鉆巖屑濃度、流量及返出氣體組分、并能結(jié)合關(guān)鍵工程參數(shù)對(duì)氣體鉆井井下安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行初步評(píng)估和提前預(yù)警，可有效避免多種卡鉆及燃爆等事故的發(fā)生，保障氣體鉆井井下安全，大幅降低鉆井成本，提高鉆井效率，擴(kuò)大氣體鉆井應(yīng)用范圍，加快油氣田勘探開發(fā)進(jìn)程。
【權(quán)利要求】
1.一種氣體鉆井安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，包括工程參數(shù)監(jiān)測(cè)單元、監(jiān)測(cè)服務(wù)器和報(bào)警單元，其特征在于:工程參數(shù)監(jiān)測(cè)單元包括注入氣體壓力監(jiān)測(cè)儀、注入氣體流量監(jiān)測(cè)儀、返出氣體壓力監(jiān)測(cè)儀、隨鉆返出巖屑測(cè)量?jī)x、地層出水監(jiān)測(cè)儀和氣體組分監(jiān)測(cè)儀；其中注入氣體壓力監(jiān)測(cè)儀和注入氣體流量監(jiān)測(cè)儀設(shè)置在氣體鉆井系統(tǒng)的進(jìn)氣管線上，返出氣體壓力監(jiān)測(cè)儀、隨鉆返出巖屑測(cè)量?jī)x、地層出水監(jiān)測(cè)儀和氣體組分監(jiān)測(cè)儀設(shè)置在氣體鉆井系統(tǒng)的排砂管線上；工程參數(shù)監(jiān)測(cè)單元與監(jiān)測(cè)服務(wù)器建立信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸，并通過(guò)連接在監(jiān)測(cè)服務(wù)器上的顯示器、打印機(jī)和報(bào)警器分別進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)打印和安全預(yù)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于工程參數(shù)監(jiān)測(cè)單元中還包括扭矩監(jiān)測(cè)儀、鉆時(shí)監(jiān)測(cè)儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體鉆井安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述扭矩監(jiān)測(cè)儀、鉆時(shí)監(jiān)測(cè)儀分別為扭矩傳感器、鉆時(shí)傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2、3所述的氣體鉆井安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述注入氣體流量監(jiān)測(cè)儀為質(zhì)量流量計(jì)；所述注入氣體壓力監(jiān)測(cè)儀壓力傳感器；所述地層出水監(jiān)測(cè)儀為電解法微量水分檢測(cè)儀；所述隨鉆返出巖屑測(cè)量?jī)x為微波固體流量計(jì)。
【文檔編號(hào)】E21B47/00GK204200209SQ201420559093
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月27日
【發(fā)明者】燕修良, 李建新, 朱煥剛, 康波, 趙義, 苗智瑜, 孫宇, 宋中文, 趙緒龍 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工集團(tuán)公司, 中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院