隨鉆當(dāng)量密度測量方法及裝置制造方法
【專利摘要】一種隨鉆當(dāng)量鉆井液密度測量方法及裝置，隨鉆測量環(huán)空壓力，井下自動跟蹤鉆進深度及井眼軌跡，實時監(jiān)測鉆井液當(dāng)量密度及其變化，并判斷當(dāng)量密度是否處于允許安全窗口范圍內(nèi)，能及時掌握井下壓力控制、井眼凈化及地層流體浸入等情況，有效地指導(dǎo)鉆井技術(shù)人員進行施工，預(yù)防井下復(fù)雜情況和事故，從而安全順利鉆達目的層，實現(xiàn)儲層保護等預(yù)期鉆井目標(biāo)。
【專利說明】隨鉆當(dāng)量密度測量方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油、天然氣鉆井作業(yè)中隨鉆當(dāng)量密度監(jiān)測方法及裝置，用于實時獲取鉆井期間井下當(dāng)量鉆井液密度，指導(dǎo)窄密度窗口鉆井、大位移井和欠平衡井等作業(yè)施工，達到安全快速鉆井和有效保護儲層的目的。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著油氣勘探開發(fā)不斷向深層發(fā)展，鉆井作業(yè)面臨的地質(zhì)條件和地層壓力系統(tǒng)更為復(fù)雜，噴漏同層、上噴下漏等復(fù)雜地層條件下的窄密度窗口安全鉆井問題突出，井下復(fù)雜情況和事故頻繁，已成為制約深層油氣開發(fā)的技術(shù)瓶頸。解決復(fù)雜地層條件下窄密度窗口鉆井問題的有效技術(shù)途徑是實施精細控壓鉆井作業(yè)，因此應(yīng)實時監(jiān)測鉆井液當(dāng)量密度，使其控制在允許范圍內(nèi)，以確保鉆井安全。
[0003]在大位移和水平井鉆井作業(yè)中，隨著大斜度井段的鉆進，環(huán)空沿程損耗不斷增加，而垂深增加緩慢，甚至不增加或減少(如井斜角>90°井段)，從而導(dǎo)致鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度(ECD)逐步增加，尤其是在小井眼大斜度長位移井段鉆井后期，當(dāng)量循環(huán)密度的控制尤為重要，它是能否安全鉆達設(shè)計完鉆井深的一個關(guān)鍵因素。
[0004]對于欠平衡鉆井作業(yè)，實時監(jiān)測鉆井液當(dāng)量密度，使其低于地層孔隙密度并維持在合理的壓差范圍內(nèi)，可有效地保護儲層，減少降低鉆井液對油氣層的傷害，提高油氣采收率，對油氣勘探開發(fā)具有重要意義。此外，隨鉆實時監(jiān)測鉆井液當(dāng)量密度及其變化，還可有助于及時了解井眼清潔、地層流體侵入以及鉆井液漏失等情況，為指導(dǎo)下步鉆井作業(yè)提供幫助。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供涉及井下隨鉆實時監(jiān)測鉆井液當(dāng)量密度的技術(shù)方案，自動跟蹤鉆進過程中鉆井液當(dāng)量密度及其變化情況，為窄密度窗口鉆井、大位移井和欠平衡井等作業(yè)施工提供施工指導(dǎo)，預(yù)防井下復(fù)雜情況和事故，達到安全快速鉆井作業(yè)和保護油氣儲層等目的。
[0006]具體來說，本發(fā)明提供了一種隨鉆當(dāng)量密度測量裝置，包括PWD (Pressure WhileDrilling)參數(shù)測量工具、MWD數(shù)據(jù)通訊工具，其特征在于，所述PWD工具上分別裝有鉆柱柱內(nèi)和環(huán)空壓力傳感器，用于測量鉆柱內(nèi)外的鉆井液流體壓力、監(jiān)測開停泵情況和檢測地面下傳信號，PWD上還裝有軸向加速度傳感器，用于測量鉆柱軸向運動情況及計算鉆柱軸向移動距離，應(yīng)用井下實時跟蹤深度和測斜數(shù)據(jù)計算壓力傳感器位置垂直深度，進而求得當(dāng)量鉆井液密度，PWD通過上下數(shù)據(jù)連接器同MWD (Measurement While Drilling)通訊連接，MWD用于隨鉆測量定向參數(shù)和上傳井下測量參數(shù)。
[0007]本發(fā)明還提供一種隨鉆當(dāng)量密度測量方法，其特征在于，包括在井下存儲器中設(shè)置已鉆井眼軌跡基本參數(shù)、待鉆井眼深度校驗點、不同地層深度允許當(dāng)量密度范圍、壓力傳感器及定向參數(shù)傳感器位置、壓力和軸向加速度傳感器采樣時間等參數(shù)步驟；下鉆到井底后鉆柱處于暫停運動狀態(tài)，地面向井下發(fā)送信息后開始鉆進，初始化速度及軸向位移后，利用加速度傳感器進行鉆柱軸向運動距離(深度)跟蹤步驟；應(yīng)用井下實時跟蹤深度和測斜數(shù)據(jù)計算壓力傳感器位置垂直深度，進而求得當(dāng)量鉆井液密度步驟，其中，若當(dāng)量密度超出允許范圍或偏離正常變化趨勢時，通過MWD及時上傳到地面系統(tǒng)，并進行預(yù)警顯示，否則間隔一定時間上傳當(dāng)量鉆井液密度；當(dāng)鉆達預(yù)定深度校驗點時(通常設(shè)為鉆進接單根深度)時，暫停鉆柱運動進行測斜，測斜上傳到地面系統(tǒng)確認(rèn)后，向井下發(fā)送信息并恢復(fù)鉆鉆進作業(yè)，繼續(xù)鉆進深度跟蹤和隨鉆當(dāng)量密度監(jiān)測直到結(jié)束鉆進作業(yè)。
[0008]本發(fā)明還提供一種用于測量鉆柱軸向運動距離的測量方法，其特征在于，利用軸向加速度傳感器測量軸向加速度，然后對測量軸向加速度進行濾波，以濾除疊加于其中的直流誤差信號和噪聲干擾信號，求得鉆進時有效的鉆柱軸向運動加速度，對有效運動加速度一次積分可求得軸向運動速度；再對計算出的軸向運動速度進行濾波，以濾除疊加于其中的直流誤差信號和噪聲干擾信號，求得鉆進時有效的鉆柱軸向運動速度，對有效運動速度一次積分可求得軸向移動距離，由此實現(xiàn)鉆柱軸向移動距離的測量。
[0009]本發(fā)明還提供一種井下獲取完整測斜數(shù)據(jù)的方法，其特征在于，通過井下預(yù)設(shè)深度校驗點，到預(yù)定深度時，暫停鉆柱運動測斜并上傳測量結(jié)果，地面確認(rèn)后下發(fā)信息，從而井下可獲得測量點深度數(shù)據(jù)。
[0010]本發(fā)明還提供一種隨鉆當(dāng)量密度測量方法，其特征在于，包括隨鉆深度跟蹤步驟和當(dāng)量密度計算步驟，即
[0011]獲取測量點深度數(shù)據(jù)、獲取鉆進時的位移增量、測量壓力傳感器與井斜傳感器間的間距，根據(jù)所獲得的準(zhǔn)確的深度數(shù)據(jù)、所述位移增量及所述間距，求得環(huán)空壓力測量點深度L，進一步利用測斜數(shù)據(jù)計算其對應(yīng)垂直深度H，根據(jù)隨鉆測量的環(huán)空壓力Pa及其對應(yīng)垂深H，計算出當(dāng)量鉆井液密度P e
【權(quán)利要求】
1.一種隨鉆當(dāng)量密度測量裝置，包括PWD參數(shù)測量工具、MWD數(shù)據(jù)通訊工具，其特征在于，所述PWD工具上分別裝有鉆柱柱內(nèi)和環(huán)空壓力傳感器，用于測量鉆柱內(nèi)外的鉆井液流體壓力、監(jiān)測開停泵情況和檢測地面下傳信號，PWD上還裝有軸向加速度傳感器，用于測量鉆柱軸向運動情況及計算鉆柱軸向移動距離，應(yīng)用井下實時跟蹤深度和測斜數(shù)據(jù)計算壓力傳感器位置垂直深度，進而求得當(dāng)量鉆井液密度，PWD通過上下數(shù)據(jù)連接器同MWD通訊連接，MWD用于隨鉆測量定向參數(shù)和上傳井下測量參數(shù)。
2.一種隨鉆當(dāng)量密度測量方法，其特征在于，包括在井下存儲器中設(shè)置已鉆井眼軌跡基本參數(shù)、待鉆井眼深度校驗點、不同地層深度允許當(dāng)量密度范圍、壓力傳感器及定向參數(shù)傳感器位置、壓力和軸向加速度傳感器采樣時間等參數(shù)步驟；下鉆到井底后鉆柱處于暫停運動狀態(tài)，地面向井下發(fā)送信息后開始鉆進，初始化速度及軸向位移后，利用加速度傳感器進行鉆柱軸向運動距離跟蹤步驟；應(yīng)用井下實時跟蹤深度和測斜數(shù)據(jù)計算壓力傳感器位置垂直深度，進而求得當(dāng)量鉆井液密度步驟，其中，若當(dāng)量密度超出允許范圍或偏離正常變化趨勢時，通過MWD及時上傳到地面系統(tǒng)，并進行預(yù)警顯示，否則間隔一定時間上傳當(dāng)量鉆井液密度；當(dāng)鉆達預(yù)定深度校驗點時，暫停鉆柱運動進行測斜，測斜上傳到地面系統(tǒng)確認(rèn)后，向井下發(fā)送信息 并恢復(fù)鉆進作業(yè)，繼續(xù)鉆進深度跟蹤和隨鉆當(dāng)量密度監(jiān)測直到結(jié)束鉆進作業(yè)。
3.一種用于測量鉆柱軸向運動距離的測量方法，其特征在于，利用軸向加速度傳感器測量軸向加速度，然后對測量軸向加速度進行濾波，以濾除疊加于其中的直流誤差信號和噪聲干擾信號，求得鉆進時有效的鉆柱軸向運動加速度，對有效運動加速度一次積分可求得軸向運動速度；再對計算出的軸向運動速度進行濾波，以濾除疊加于其中的直流誤差信號和噪聲干擾信號，求得鉆進時有效的鉆柱軸向運動速度，對有效運動速度一次積分可求得軸向移動距離，由此實現(xiàn)鉆柱軸向移動距離的測量。
4.一種井下獲取完整測斜數(shù)據(jù)的方法，其特征在于，通過井下預(yù)設(shè)深度校驗點，到達預(yù)定深度時，暫停鉆柱運動測斜并上傳測量結(jié)果，地面確認(rèn)后下發(fā)信息，從而井下獲得測量點深度數(shù)據(jù)。
5.一種隨鉆當(dāng)量密度測量方法，其特征在于，包括隨鉆深度跟蹤步驟和當(dāng)量密度計算步驟，即 獲取測量點深度數(shù)據(jù)、獲取鉆進時的位移增量、測量壓力傳感器與井斜傳感器間的間距，根據(jù)所獲得的準(zhǔn)確的深度數(shù)據(jù)、所述位移增量及所述間距，求得環(huán)空壓力測量點深度L，進一步利用測斜數(shù)據(jù)計算其對應(yīng)垂直深度H，根據(jù)隨鉆測量的環(huán)空壓力Pa及其對應(yīng)垂深H，計算出當(dāng)量鉆井液密度PeP1
Pc 二
SH 式中g(shù)為重力加速度。
6.一種隨鉆當(dāng)量密度上傳方法，其特征在于，包括對所獲取的當(dāng)量密度進行安全判斷步驟及上傳步驟，即 利用井下存儲安全密度窗口數(shù)據(jù)表，查詢允許的當(dāng)量密度范圍Pmin~Pmax; 判斷壓力測量點垂直深度H處所計算的當(dāng)量鉆井液密度P e是否對應(yīng)所述數(shù)據(jù)表所允許的密度范圍Pmin~Pmax;如果當(dāng)量鉆井液密度Pmin≤Pe^ Pmax，則間隔一定時間上傳隨鉆當(dāng)量密度Pe，否則，MWD立即上傳結(jié)果到 地面系統(tǒng)，并進行預(yù)警提示。
【文檔編號】E21B47/022GK103982174SQ201410233859
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】鄧樂, 唐雪平, 盛利民, 竇修榮, 王家進, 王鵬, 藍蓉, 艾維平, 呂海川 申請人:中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院