CN101696627A - 一种钻井过程事故监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油天然气钻井工程的生产安全监控技术领域，特别是一种钻井过程事故监测方法，所述事故包括井漏、溢流，其不同之处在于：所述井漏、溢流的报警判断是通过工况识别模型及报警模型对循环泥浆罐泥浆总体积的异常变化进行监测，当所述泥浆总体积变化超出井漏或溢流的报警门限值作出相应报警。该钻井过程事故监测方法能通过实时监测钻井工程参数，准确可靠地判断井漏、溢流等报警事故的发生。

Description

一种钻井过程事故监测方法

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井工程的生产安全监控技术领域，特别是一种钻井过程事故监测方法。

背景技术

钻井工程是一项高危的作业，对钻井过程工况自动识别、工程事故监测方法的研究一直是钻井安全面临的重要课题。针对钻井作业的安全问题，现有的专利技术“井涌井漏监测仪”(申请号：89208768.4)实现了井漏溢流的监测报警，还有一个专利技术“对钻井现场起下钻过程进行监测与自动灌浆控制的方法”(申请号：200710172833.6)采用CAN总线结合其他钻井仪表实现起下钻的井漏溢流监测与自动灌浆控制，然而这些专利并没有对钻井事故建立完善的钻井事故模型与工况模型，它们对溢流井漏的监测也没有考虑到高压泵启停和补充胶液等所引起的泥浆罐内泥浆的扰动量，所以无法得到钻井过程中排除可知因素外的循环泥浆总体积的异常变化量，事实上没有对钻井工况进行识别和完善的数据存储就不能保证溢流井漏报警的准确可靠。

因此，通过对钻井工程参数的分析处理，建立完善的钻井过程工况自动识别、事故监测与报警模型是钻井工程监测报警系统关键的核心技术之一。

发明内容

本发明旨在提供一种能通过实时监测钻井工程参数，准确可靠地判断井漏、溢流等报警事故发生的钻井过程事故监测方法。

本发明的技术方案是：一种钻井过程事故监测方法，所述事故包括井漏、溢流，其不同之处在于：所述井漏、溢流的报警判断是通过工况识别模型及报警模型对循环泥浆罐泥浆总体积的异常变化进行监测，当所述泥浆总体积变化超出井漏或溢流的报警门限值作出相应报警。

按以上方案，所述工况识别模型通过对钻井参数进行分析处理，自动识别出钻进、起钻、下钻三种工况。

按以上方案，所述三种工况之间的互锁是通过工况标志来实现的，根据检测到的所述工况间的切换自动切换数据处理模型。

按以上方案，所述钻进工况自动识别方法具体为：如果当前工况标志不为钻进标志，当以下各判断条件同时成立则钻进工况处于开始状态：立管压力大于或等于钻进立管压力、大钩高度接近1根单根的高度、大钩负荷大于空钩负荷、高压泵开启、出口流量大于或等于最小钻进出口流量、大钩下行速度小于或等于最大钻进速度。

按以上方案，所述起钻工况自动识别方法具体为：如果当前工况标志不为起钻标志，当以下各判断条件同时成立则起钻工况处于开始状态：立管压力小于等于起下钻立管压力、出口流量小于等于最小起下钻出口流量，高压泵关闭、大钩负荷大于等于大钩加1立柱负荷且小于等于最大大钩负荷、大钩高度大于等于起钻切换大钩高度下限并且小于等于起钻切换大钩高度上限、大钩上行速度大于等于最小起钻速度。

按以上方案，所述下钻工况自动识别方法具体为：如果当前工况标志不为下钻标志，当以下各判断条件同时成立则下钻工况处于开始状态：立管压力小于等于起下钻立管压力、出口流量小于等于最小起下钻出口流量、高压泵关闭、大钩负荷大于等于大钩加1立柱负荷且小于等于最大大钩负荷、大钩高度大于等于下钻切换大钩高度下限并且小于等于下钻切换大钩高度上限、大钩下行速度大于等于最小下钻速度。

按以上方案，所述循环泥浆罐泥浆总体积异常变化的影响因子包括：高压泵的启停引起的泥浆体积变化、起钻时泥浆体积变化、下钻时泥浆体积变化、各个工况下的理论泥浆增减量，其中各个工况下的理论泥浆增减量包括以下影响因子：钻具排代泥浆量、漏失泥浆量及因补充胶液引起的泥浆体积变化量。

按以上方案，所述报警模型的具体执行步骤为：对循环泥浆总体积的变化进行实时监测，根据高压泵开启和关闭发生时泥浆循环管线中的泥浆量变化对泥浆罐里总泥浆体积的影响，以及在各个工况下的理论泥浆增减量的影响，将所述影响因子的权值进行运算后再乘以泥浆体积改变系数从而得到循环泥浆总体积的正常变化量，用实时循环泥浆总体积减去历史循环泥浆总体积及循环泥浆总体积的正常变化量，则得到泥浆体积异常变化量，再将泥浆体积异常变化量和泥浆体积异常变化量门限值进行对比，从而判断是否发生井漏或溢流事故。

按以上方案，所述事故监测方法还包括以下步骤中的一种或几种：

(A)、通过监测大钩高度和大钩高度门限值对比，若超出门限值则报警；

(B)、通过监测硫化氢浓度和硫化氢浓度门限值对比，若超出门限值则报警；

(C)、通过监测立管压力、出口流量和高压泵排量的变化情况并进行综合判断来进行高压泵故障、刺钻具、溢流及井漏报警。

对比现有技术，本发明的有益效果如下：本发明对钻井事故建立了完善的钻井事故模型与工况模型，溢流井漏的监测考虑了高压泵启停和补充胶液等所引起的泥浆罐内泥浆的扰动量，对钻井工况进行识别和完善的数据存储，从而保证了溢流、井漏报警的准确可靠。

由于采用上述的技术解决方案，本发明适用于石油、天然气等钻井施工场合。本系统能随时监测钻井工况，特别是对井漏和溢流报警进行了周全而细致的建模，增强了报警的时效和可靠性，从而提高了系统在钻井施工中的安全保障作用。

附图说明

图1是本发明中系统结构图；

图2是本发明中工况自动识别原理框图；

图3是本发明中钻井事故监测与报警的原理框图。

具体实施方式

一种钻井过程事故监测方法，所述事故包括井漏、溢流，其不同之处在于：所述井漏、溢流的报警判断是通过工况识别模型及报警模型对循环泥浆罐泥浆总体积的异常变化进行监测，当所述泥浆总体积变化超出井漏或溢流的报警门限值作出相应报警。

具体的，所述工况识别模型通过对钻井参数进行分析处理，自动识别出钻进、起钻、下钻三种工况。

具体的，所述三种工况之间的互锁是通过工况标志来实现的，根据检测到的所述工况间的切换自动切换数据处理模型。

钻进工况自动识别方法具体为：如果当前工况标志不为钻进标志，当以下各判断条件同时成立则钻进工况处于开始状态：立管压力大于或等于钻进立管压力、大钩高度接近1根单根的高度、大钩负荷大于空钩负荷、高压泵开启、出口流量大于或等于最小钻进出口流量、大钩下行速度小于或等于最大钻进速度。

起钻工况自动识别方法具体为：如果当前工况标志不为起钻标志，当以下各判断条件同时成立则起钻工况处于开始状态：立管压力小于等于起下钻立管压力、出口流量小于等于最小起下钻出口流量，高压泵关闭、大钩负荷大于等于大钩加1立柱负荷且小于等于最大大钩负荷、大钩高度大于等于起钻切换大钩高度下限并且小于等于起钻切换大钩高度上限、大钩上行速度大于等于最小起钻速度。

下钻工况自动识别方法具体为：如果当前工况标志不为下钻标志，当以下各判断条件同时成立则下钻工况处于开始状态：立管压力小于等于起下钻立管压力、出口流量小于等于最小起下钻出口流量、高压泵关闭、大钩负荷大于等于大钩加1立柱负荷且小于等于最大大钩负荷、大钩高度大于等于下钻切换大钩高度下限并且小于等于下钻切换大钩高度上限、大钩下行速度大于等于最小下钻速度。

循环泥浆罐泥浆总体积的异常变化的影响因子包括：高压泵的启停引起的泥浆体积变化、起下钻和钻进时泥浆体积变化、钻进和起下钻工况下钻具排代泥浆量、泥浆正常漏失率、补充胶液对泥浆体积增加量。

报警模型的具体执行步骤为：对循环泥浆总体积的变化进行实时监测，根据高压泵开启和关闭发生时泥浆循环管线中的泥浆量变化对泥浆罐里总泥浆体积的影响，以及在各个工况下的理论泥浆增减量的影响，将所述影响因子按一定权值进行计算后再乘以泥浆体积改变系数从而得到循环泥浆总体积的正常变化量，用实时循环泥浆总体积减去历史循环泥浆总体积及循环泥浆总体积的正常变化量，则得到泥浆体积异常变化量，再将泥浆体积异常变化量和泥浆体积异常变化量门限值进行对比，从而判断是否发生井漏或溢流事故。

钻井过程事故监测方法还可包括以下步骤中的一种或几种：

(A)、通过监测大钩高度和大钩高度门限值对比，若超出门限值则报警；对天车防撞报警是通过绞车传感器计算得到大钩的实时高度再综合自动识别出来的当前工况实现的。

(B)、通过监测硫化氢浓度和硫化氢浓度门限值对比，若超出门限值则报警；

(C)、通过监测立管压力、出口流量和高压泵排量的变化情况并进行综合判断来进行高压泵故障、刺钻具、溢流及井漏报警。若出口流量、入口流量持续不变而立管压力持续减小则报警提示可能是发生了刺钻具；若出、入口流量和立管压力都持续减小则报警提示可能发生泵故障；若入口流量不变，出口流量和立管压力都持续减小则报警提示可能发生井漏；若入口流量不变，出口流量持续增大，立管压力持续减小则报警提示可能发生溢流。

以下结合附图对本发明具体实施方式作进一步说明。

一、系统结构图

如图1所示，基于无线传感器网络的钻井工程监控系统，包括现场监控计算机、无线传感器网络5、传感器、输出装置，无线传感器网络5包括一个协调器节点5-1和若干终端节点5-2，每个节点均配置有无线收发模块，协调器节点5-1与现场监控计算机连接，传感器、输出装置分别连接到终端节点5-2上，所述输出装置包括报警装置3、其它输出设备4。

传感器包括若干模拟量传感器1，若干数字量传感器2。

模拟量传感器1，用于采集泥浆池液面高度，硫化氢浓度，入口、出口流量，立管压力和大钩负荷等信号，每个传感器1与一个无线传感器网络5的终端节点5-2相连。

数字量传感器2，用于采集高压泵转速和绞车转速等信号，每个传感器2与一个无线传感器网络5的终端节点5-2相连。

报警装置3可选用防爆声光报警灯，防爆声光报警灯3及灌浆泵4也各与一个无线传感器网络5的终端节点5-2相连。

另外，还可以在现场安装现场监控控制柜6，所述现场监控计算机安装在现场监控控制柜6中，现场监控控制柜一般采用防爆控制柜，其中一般还装有UPS电源、继电器、接插件。

无线网络数据采集传输网络节点包括电源模块、嵌入式无线收发模块、IO口、串口。协调器节点5-1和终端节点5-2的物理结构相同而内部所烧写的程序不同，其中与现场监控计算机相连的协调器节点5-1自动组建与维护无线网络，通过与现场监控计算机通讯，来和终端节点5-2进行数据交互，终端节点5-2进行解析指令、完成数据采集上传、通过DIO控制输出的工作。

现场监控控制柜6中的现场监控计算机，一般用于进行数据处理和图形界面显示，通过软件建立溢流、井漏等报警模型和自动灌浆数学模型，通过串口下达指令，从无线传感器网络5的协调器节点5-1获取所有传感器采集的工程数据以及命令控制输出。

当然，基于无线传感器网络的钻井工程监控系统，在以上实施例的基础上，还可以增加包括远程监控计算机7在内的设备，所述远程监控计算机7通过有线或无线网络与现场监控计算机通信。远程监控计算机7可以远程设置系统参数和进行监测控制，存储整个钻井过程的工程参数，查询实时、历史数据、历史曲线以及将有关的工程报表打印输出。具体的，现场监控控制柜6中的现场监控计算机可以通过以太网与远程监控计算机7进行数据交换，现场监控控制柜6通过UPS电源供电，在外接电源断电的情况下还可以工作15分钟，从而保证系统连续正常工作。

如图1所示，系统通过无线模块采集传感器数据并通过其中的一个无线模块5与现场监控控制器6通讯，系统也可以通过无线模块控制报警输出和自动灌浆控制输出；远程监控计算机7与现场监控控制器6通过以太网进行通讯，实现远程监控、数据存贮、数据查询和报表输出等功能，现场监控控制器6可以方便的扩展多个网络监控终端。

二、现场监控控制器软件功能模块

现场监控控制器软件功能模块包括：

数据采集与处理模块，采集各个传感器数据，并把传感器数据转换成钻井工程参数；

显示控制模块主要完成图形界面的显示和对输出对象进行控制，包括实时泥浆体积曲线显示、报警状态显示、控制声光报警灯和操作按钮等；

工况识别模块是通过对钻井参数进行分析处理，识别钻井过程中的典型工况，自动识别钻进、起钻和下钻工况；

报警模块主要完成对采集的钻井参数建模，分别得到钻井事故报警模型，钻井事故报警包括井漏、溢流、硫化氢浓度超标、刺钻具、高压泵故障和天车防撞报警；

存贮输出模块，存贮系统参数、钻井相关工程参数和报警记录等数据，可以进行数据报表输出。

三、工况自动识别原理框图

如图2所示，工况自动识别是根据立管压力(SP_P)、大钩负荷(H_W)、大钩高度(H_H)、高压泵排量(HP_V)、出口流量(O_V)、大钩上行速度(H_US)、大钩下行速度(H_DS)、大钩历史最大负荷(MH_HW)、钻进工况标志(F_Z)、起钻工况标志(F_Q)、下钻工况标志(F_X)、钻进立管压力(Z_SPP为钻进时最小立管压力)、大钩空钩负荷(V_HW)、1根单根高度(1S_H)、最大钻进速度(MAX_ZS)、最小开泵排量(MIN_PV)、最小钻进出口流量(MIN_OV)、起下钻立管压力(QX_SPP)、大钩加1立柱负荷(1P_HW)、起钻切换大钩高度上限(MAX_QH)、起钻切换大钩高度下限(MIN_QH)、最小起钻速度(MIN_QS)、最小起下钻出口流量(MIN_QXOV)、下钻切换大钩高度上限(MAX_XH)、下钻切换大钩高度下限(MIN_XH)、最小下钻速度(MIN_XS)、最大起下钻出口流量(MAX_QXOV)来判断识别的，在以上参数中立管压力(SP_P)至下钻工况标志(F_X)共11个变量是从传感器数据分析处理得到的，其余16个均为可以设置的系统参数(它们均为经验值)；在本方法中，系统只需要捕捉各个工况间的转换即可，针对系统功能的需要，只需要识别钻进、起钻和下钻工况，其他所有工况都可以归于钻进工况中；

(1)钻进工况自动识别是为了在下钻完成或意外情况下起钻中切换到钻进工况时可以系统自动识别并转换监控界面和数据处理模型，如果当前工况标志不为钻进标志，则系统判断钻进工况是否开始，钻进工况的状态为：立管压力大于等于钻进立管压力(Z_SPP为钻进时最小立管压力)，大钩高度接近1根单根的高度(1S_H)，大钩负荷大于等于空钩负荷，高压泵开启(高压泵排量大于最小开泵排量)，出口流量大于等于最小钻进出口流量(MIN_OV)，大钩下行速度小于等于最大钻进速度(MAX_ZS为最大钻进速度的经验值，目的是区别正常钻进时的大钩速度与起下钻的大钩移动速度)，在满足以上条件的情况下系统自动切换为钻进工况。

(2)起钻工况有可能发生在钻进后或者短起下钻之后，只要当前工况标志不为起钻标志，系统就会判断起钻工况是否发生，在本方法中判别起钻工况的发生是在起钻了2根后和坐卡之前的一个时间段内，初始设定起钻切换大钩高度上限(MAX_QH)为25米、起钻切换大钩高度下限(MIN_QH)为23米，此时起钻的状态为：立管压力小于等于起下钻立管压力(QX_SPP接近为零)、出口流量小于等于最小起下钻出口流量(MIN_QXOV)，高压泵关闭(高压泵排量小于最小开泵排量)，大钩负荷大于等于大钩加1立柱负荷且小于最大大钩负荷，大钩高度大于等于起钻切换大钩高度下限并且小于等于起钻切换大钩高度上限，大钩上行速度大于等于最小起钻速度(MIN_QS)。

(3)下钻工况有可能发生在起钻后或者意外情况下的非起钻工况之后，只要当前工况标志不为下钻标志，系统就会判断下钻工况是否发生，在本方法中判别下钻工况的发生是在下钻入2根后和坐卡之前的某一时间段内，初始设定下钻切换大钩高度上限(MAX_XH)为7米、下钻切换大钩高度下限(MIN_XH)为5米，此时下钻的状态为：立管压力小于等于起下钻立管压力(QX_SPP接近为零)、出口流量小于等于最小起下钻出口流量(MIN_QXOV)，高压泵关闭(高压泵排量小于最小开泵排量)，大钩负荷大于等于大钩加1立柱负荷且小于等于最大大钩负荷，大钩高度大于等于下钻切换大钩高度下限并且小于等于下钻切换大钩高度上限，大钩下行速度大于等于最小下钻速度(MIN_XS)。

以上工况之间的互锁是通过工况标志为来实现的，即各个时间内工况必为三者之一，此方法可以检测到这三个工况间的切换并在系统中据此自动切换数据处理模型和监控显示界面。当然，事实上工况不是三个，只是其他工况都可以归结为钻进工况。

四、钻井事故监测与报警的原理框图

如图3所示，在此方法中对钻井过程中的溢流、井漏、硫化氢浓度超标、天车防撞、刺钻具和高压泵故障等事故建立了报警模型，监测报警部分的监测时间间隔均为1秒钟；

(1)通过监测循环泥浆总体积的异常变化来对井漏或溢流进行报警建模，使用了以下变量：当前泥浆体积(R_MV)、历史泥浆体积(H_MV)、泥浆体积异常变化量(E_MVC)、泥浆体积正常变化量(N_MVC)、高压泵启动(F_PON)、高压泵停止(F_POFF)、高压泵启动影响因子权值(PON_MV)、高压泵停止影响因子权值(POFF_MV)、高压泵启停时延(T_P初始设置为3分钟，即在高压泵启停三分钟后不再考虑其影响)、钻进泥浆理论变化量影响因子权值(Z_MV)、起钻泥浆理论量影响因子权值(Q_MV)、下钻泥浆理论变化量影响因子权值(X_MV)、泥浆体积改变系数(kx)、泥浆体积异常变化门限值(EX_MVC)，本发明实时对循环泥浆总体积的变化进行监测，考虑到了高压泵开启和关闭发生时泥浆循环管线中的泥浆量对泥浆罐里总泥浆体积的影响，以及在各个工况下理论泥浆变化量的影响(各个工况下理论泥浆变化强度的计算考虑了钻具排代泥浆、漏失泥浆及补充胶液等因素的影响)，将高压泵启动或停止以及各工况下的理论泥浆变化量影响因子权值(高压泵启动、停止时影响因子权值分别为PON_MV、POFF_MV，钻进、起钻和下钻时理论泥浆变化量影响因子权值分别为Z_MV、Q_MV和X_MV)乘以泥浆体积改变系数kx(为0.1立方米，可以设置)，从而得到各工况下泥浆体积正常变化量N_MVC的统一公式N_MVC＝((PON_MV-POFF_MV)+(Z_MV+X_MV+Q_MV))*kx，用当前泥浆体积减去历史泥浆体积(时间跨度可以设置)及泥浆体积正常变化量，得到泥浆体积异常变化量E_MVC，再和泥浆体积异常变化量门限值(为1立方米，可以设置)进行对比，从而判断是否发生井漏或溢流事故，若发生事故则对相应标志位置1，系统会发出声光报警和显示相应的报警画面显示；

一些参数及影响因子的说明：PON_MV的取值范围一般为20～30，POFF_MV的取值范围也可以为20～30，例如：PON_MV＝POFF_MV＝20(乘以0.1等于2立方米，在计算理论增减量时区分正负)；

钻进时理论泥浆变化量影响因子权值Z_MV可以按此计算公式进行计算：Z_MV＝胶液补充量-钻具排浆量-漏失量，例如：Z_MV＝(1立方米/时-7″钻杆开排泥浆量*钻速-0.5方/时)×时间跨度，Z_MV的取值范围一般可以为0.03167～0.16667；

起钻泥浆理论量影响因子权值Q_MV可以按此计算公式进行计算：Q_MV＝-单根7″钻杆开排泥浆量*时间跨度内起钻柱数-0.3方/时*时间跨度；Q_MV的取值范围一般可以为-0.41～-0.025；

下钻泥浆理论变化量影响因子权值X_MV可以按此计算公式进行计算：X_MV＝-单根7″钻杆开排泥浆量*时间跨度内下钻柱数-0.3方/时*时间跨度；X_MV的取值范围一般可以为-0.05~0.335；

Kx可取0.1立方米；泥浆体积异常变化门限值EX_MVC＝1立方米。

(2)通过监测大钩高度和硫化氢浓度来对天车防撞和硫化氢浓度超标进行报警，实时监测大钩高度和硫化氢浓度并分别和大钩高度门限值(EX_HH)以及硫化氢浓度门限值(EX_H2S初始设置为10ppm)对比，若超出门限值则相应的报警标志位置1，系统会发出声光报警和显示相应的报警画面显示；

(3)通过监测立管压力、出口流量和高压泵排量的变化情况并进行综合判断来进行高压泵故障、刺钻具、溢流和井漏报警，实时地监测以下四种状态下可能发生的钻井事故：当立管压力减小而高压泵排量和出口流量基本不变并持续一段时间的时候可能发生刺钻具事故；当立管压力、高压泵排量和出口流量都减小并持续一段时间的时候可能发生高压泵损坏事故；当立管压力减小、高压泵排量不变而出口流量持续减少并维持一段时间的时候可能发生井漏事故；当立管压力减小、高压泵排量不变而出口流量持续增加并维持一段时间的时候可能发生溢流事故。若某一状态存在则开始计时，连续计时达到持续异常计时门限值(EX_TC初始设置为10秒)则针对此状态对相应的标志位置1，系统会发出声光报警和显示相应的报警画面显示。

如上所述，钻井工程事故监测与报警方法对泥浆池液面高度、硫化氢浓度、出口流量、立管压力、大钩负荷、高压泵转速和绞车转速等参数进行采集并通过数据处理进行了工况识别，建立了井漏、溢流、硫化氢浓度超标、天车防撞、刺钻具和高压泵故障的报警模型，能够提供准确可靠、实时的报警信息，以及图形界面显示和数据报表输出，为钻井工程的安全作业和自动化、信息化钻井提供了一种有效的监测报警方法。

本发明钻井过程事故监测方法中应用的传感器包括：超声波液位传感器(监测循环泥浆罐泥浆液面高度并换算成泥浆体积，传感器数量选取可定制)，泵冲传感器(监测高压泵转速并换算成排量，共2个传感器)，绞车传感器(测量绞车转速并换算成大钩高度和大钩速度)，压力传感器(测量立管压力和大钩负荷，共2个传感器)，流量传感器(测量出口流量)和硫化氢浓度传感器。

在上述的钻井过程事故监测方法中，现场监控控制柜包括：防爆控制柜、嵌入式工控机、数据采集与控制模块等，远程监控计算机为工控计算机。

综上所述，在上述的钻井过程事故监测方法中，井漏和溢流的判断主要是通过对应用于循环的泥浆罐泥浆总体积的变化情况进行分析建模实现的，对比实时泥浆总体积与一段时间间隔之前的泥浆总体积获得泥浆体积变化量，建模时考虑了因高压泵的启停引起的泥浆体积变化以及起下钻和钻进时泥浆体积变化的影响，以及钻进和起下钻工况下钻具排代泥浆量、泥浆正常漏失率以及补充胶液对泥浆体积增加量的影响，在此基础上得到泥浆总体积的异常变化量，若超出井漏或溢流的报警门限值则系统发出报警。报警系统中的参数如时间间隔与报警门限值在系统参数设置中设定，为了消除因传感器数据异常而产生误报警，在硬件上使用了防浪涌等方法来获得平静的泥浆测量液面，在软件上使用了数字滤波等方法对异常数据进行了滤波。

采集钻井过程的相关参数包括：所有循环罐泥浆池液面高度、硫化氢浓度、出口流量、立管压力、大钩负荷、高压泵冲次和绞车转速等，并通过这些数据建立工况识别模型和报警模型，对循环泥浆罐泥浆总体积的异常变化、硫化氢浓度、立管压力与出入口流量的变化趋势进行监测，综合实时工况做出井漏、溢流、硫化氢浓度超标、刺钻具、高压泵故障、天车防撞报警。

凡是依据本发明的技术本质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化和修饰，均仍属于本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种钻井过程事故监测方法，所述事故包括井漏、溢流，其特征在于：所述井漏、溢流的报警判断是通过工况识别模型及报警模型对循环泥浆罐泥浆总体积的异常变化进行监测，当所述泥浆总体积变化超出井漏或溢流的报警门限值作出相应报警。

2.如权利要求1所述的钻井过程事故监测方法，其特征在于：所述工况识别模型通过对钻井参数进行分析处理，自动识别出钻进、起钻、下钻三种工况。

3.如权利要求2所述的钻井过程事故监测方法，其特征在于：所述三种工况之间的互锁是通过工况标志来实现的，根据检测到的所述工况间的切换自动切换数据处理模型。

4.如权利要求2所述的钻井过程事故监测方法，其特征在于：所述钻进工况自动识别方法具体为：如果当前工况标志不为钻进标志，当以下各判断条件同时成立则钻进工况处于开始状态：立管压力大于或等于钻进立管压力、大钩高度接近1根单根的高度、大钩负荷大于空钩负荷、高压泵开启、出口流量大于或等于最小钻进出口流量、大钩下行速度小于或等于最大钻进速度。

5.如权利要求2所述的钻井过程事故监测方法，其特征在于：所述起钻工况自动识别方法具体为：如果当前工况标志不为起钻标志，当以下各判断条件同时成立则起钻工况处于开始状态：立管压力小于等于起下钻立管压力、出口流量小于等于最小起下钻出口流量，高压泵关闭、大钩负荷大于等于大钩加1立柱负荷且小于等于最大大钩负荷、大钩高度大于等于起钻切换大钩高度下限并且小于等于起钻切换大钩高度上限、大钩上行速度大于等于最小起钻速度。

6.如权利要求2所述的钻井过程事故监测方法，其特征在于：所述下钻工况自动识别方法具体为：如果当前工况标志不为下钻标志，当以下各判断条件同时成立则下钻工况处于开始状态：立管压力小于等于起下钻立管压力、出口流量小于等于最小起下钻出口流量、高压泵关闭、大钩负荷大于等于大钩加1立柱负荷且小于等于最大大钩负荷、大钩高度大于等于下钻切换大钩高度下限并且小于等于下钻切换大钩高度上限、大钩下行速度大于等于最小下钻速度。

7.如权利要求1所述的钻井过程事故监测方法，其特征在于：所述循环泥浆罐泥浆总体积异常变化的影响因子包括：高压泵的启停引起的泥浆体积变化、起钻时泥浆体积变化、下钻时泥浆体积变化、各个工况下的理论泥浆增减量，其中各个工况下的理论泥浆增减量包括以下影响因子：钻具排代泥浆量、漏失泥浆量及因补充胶液引起的泥浆体积变化量。

8.如权利要求7所述的钻井过程事故监测方法，其特征在于：所述报警模型的具体执行步骤为：对循环泥浆总体积的变化进行实时监测，根据高压泵开启和关闭发生时泥浆循环管线中的泥浆量变化对泥浆罐里总泥浆体积的影响，以及在各个工况下的理论泥浆增减量的影响，将所述影响因子的权值进行运算后再乘以泥浆体积改变系数从而得到循环泥浆总体积的正常变化量，用实时循环泥浆总体积减去历史循环泥浆总体积及循环泥浆总体积的正常变化量，则得到泥浆体积异常变化量，再将泥浆体积异常变化量和泥浆体积异常变化量门限值进行对比，从而判断是否发生井漏或溢流事故。

9.如权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的钻井过程事故监测方法，其特征在于：所述事故监测方法还包括以下步骤中的一种或几种：

(A)、通过监测大钩高度和大钩高度门限值对比，若超出门限值则报警；

(B)、通过监测硫化氢浓度和硫化氢浓度门限值对比，若超出门限值则报警；

(C)、通过监测立管压力、出口流量和高压泵排量的变化情况并进行综合判断来进行高压泵故障、刺钻具、溢流及井漏报警。

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