CN102808612B - 一种随钻地层压力测试唤醒方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种随钻地层压力测试唤醒方法，首先，将仪器接入钻具组合下入井下，在到达待测层位时，按以下步骤操作：1、控制器将泥浆泵启动，监测泥浆的流量，当泥浆流量达到供电流量时开始计时，然后关闭泥浆泵，当泥浆流量小于临界供电流量时，视为断电，控制供电时长不超过1min；2、断电后计时，断电时长超过40s后，使电容充分放电，重复步骤1；3、断电后计时，断电时长超过40s后，使电容充分放电，开始长供电，直至测试结束。利用该唤醒方式，可以取代国外随钻地层压力测试器常用的负脉冲系统。与Testrak相比，井口装置大大简化，井下仪器也不需要信号接收装置和解码装置。由于信号单向传输，增加了整套系统的稳定性。

Description

一种随钻地层压力测试唤醒方法

技术领域

本发明涉及一种随钻地层压力测试唤醒方法，属于石油技术领域。

背景技术

进入二十一世纪以来，国外的贝克休斯公司、哈里伯顿公司和斯伦贝谢公司相继推出各自的随钻地层压力测试器，其中最具代表性的是贝克休斯在2004年开发出的Testrak，在做地层压力测试时，采用地面负脉冲传输下行信号，控制井下仪器执行各项动作。如图3所示，Testrak属于无线随钻设备，采用泥浆脉冲上传数据。下传信号时，由地面控制台发出指令，通过换能器、转换器、编码器和调制器，将调制后的信号通过脉冲阀传送出去，再利用井下的接收装置接收信号，接收装置也包含译码器和转换器，最后由自控模块根据转换后的数据进行处理执行各项动作；上传信号时，通过井下信号发生装置发出信号，利用井口的压力传感器接收脉冲信号，再分别通过解调器、译码器、转换器和换能器传至地面控制台。随钻地层压力测试器井下部分主要包括发电机、脉冲发生器、整流模块、驱动模块、自控模块、液压驱动模块和伸缩机构，除此之外在仪器内部需要内嵌一个压力传感器(信号接收装置)用来检测接收地面传来的下行信号，并将接收到的信号解码，发送至自控模块进行识别。整套系统十分复杂，而且测试器井下部分的接收装置(压力传感器)容易出现故障，此时就必须起钻，将仪器取出进行检查，待修复或更换相应配件后下钻，继续钻进，增加建井周期，加大了钻井的成本。另一方面，无论是上行信号还是下行信号，都是在钻井液循环的过程中进行的，由于数据上传时利用井下仪器的脉冲发生器发出正脉冲，会与下传信号的负脉冲相互干扰，造成数据无法解码。

发明内容

本发明的目的是提供一种不需要下传信号传输系统，不需要井下的接收装置、解调器、译码器、转换器和井口的脉冲阀、解调器、译码器、转换器和换能器。节约仪器的生产和维护成本，避免造成井下复杂情况的发生，可以完全回避负脉冲和正脉冲信号的相互干扰的随钻地层压力测试唤醒方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明随钻地层压力测试唤醒方法包括：首先，将仪器接入钻具组合下入井下，在到达待测层位时，按以下步骤操作：1、控制器将泥浆泵启动，监测泥浆的流量，当泥浆流量达到供电流量时开始计时，然后关闭泥浆泵，当泥浆流量小于临界供电流量时，视为断电，控制供电时长不超过1min；2、断电后计时，断电时长超过40s后，使电容充分放电，重复步骤1；3.断电后计时，断电时长超过40s后，使电容充分放电，开始长供电，直至测试结束。

本发明的有益效果是：将仪器接入钻具组合下入井底，未被唤醒时，仪器不会伸出探头，可正常循环和钻进，在到达待测层位时，利用控制器按预先设计好的开关泵时序组合控制泥浆泵的开关，泵开后由钻井液水力驱动井下发电机供电，当发电机发电量达到额定值时，由井下自控模块监测上电信号，泵关闭后，发电机停止工作，自控模块检测到上电信号中断，当自控模块检测到上电时序为唤醒指令后，自控模块开始启动测试控制程序，井下仪器按预定的程序执行各项测试动作。利用该唤醒方式，可以取代国外随钻地层压力测试器常用的负脉冲系统。与Testrak相比，井口装置大大简化，减少了换能器、转换器、编码器、调制器和脉冲阀，井下仪器也不需要信号接收装置和解码装置。井口部分通过接线盒可将立压传感器、钩载传感器和绞车编码器集成，再用一根数据线连接至仪器房，由检波、滤波处理后将数据传到计算机，再由计算机软件解码。由于信号单向传输，增加了整套系统的稳定性。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的现场操作工艺示意图；其中，标号1表示水龙头，标号2表示第一水龙带，标号3表示方钻杆，标号4表示第一立管，标号5表示脉冲发生器，标号6表示涡轮发电机，标号7表示整流模块，标号8表示自控模块，标号9表示第一钻头，标号10表示立压传感器，标号11表示绞车编码器，标号12表示钩载传感器，标号13表示仪器房。

图2是开关泵时序示意图。

图3是地面信号下传系统示意图；其中，标号14表示节流阀，标号15表示蓄能器，标号16表示脉冲阀，标号17表示单向阀，标号18表示泥浆池，标号19表示泥浆泵，标号20表示地面管汇，标号21表示第二立管，标号22表示第二水龙带，标号23表示环空，标号24表示钻杆，标号25表示钻铤，标号26表示第二钻头。

具体实施方式

本发明具体实施方式提供的一种随钻地层压力测试唤醒方法(见图1和图2)，随钻地层压力测试唤醒方法包括：首先，将仪器接入钻具组合下入井下，在到达待测层位时，按以下步骤操作：1、控制器将泥浆泵启动，监测泥浆的流量，当泥浆流量达到供电流量时开始计时，然后关闭泥浆泵，当泥浆流量小于临界供电流量时，视为断电，控制供电时长不超过1min；2、断电后计时，断电时长超过40s后，使电容充分放电，重复步骤1；3.断电后计时，断电时长超过40s后，使电容充分放电，开始长供电，直至测试动作结束。

本发明唤醒指令的实现是由井下设备和井口设备共同完成的，其中井下设备包括：涡轮发电机与脉冲发生器、整流模块和自控模块，井口设备包括立压传感器、检波滤波处理器、数据还原盒和泥浆泵开关控制器。其中泥浆泵开关控制器是唤醒指令的核心部件，它能够监测泵的流量、记录循环时间和控制泵的开关。

当钻头钻达一定的井深需要进行地层压力测试时，先锁定大钩和转盘。然后地面以开关泵的方式对井下仪器进行唤醒，以一组确定时序的间隔供电作为井下系统测试开机的下行控制指令。泥浆泵开关控制器按约定的时序开关泥浆泵，井下涡轮发电机因此而间隔地启动发电，由整流模块整流为额定功率的直流电供给井下自控模块，井下控制系统计算机也间隔地上电启动、掉电复位。计算机在每次上电时，重新记录上电时长，结合以前记录的上电数据进行预测试开机判定，经过两次短供电(时长不超过1min)，第三次供电为长供电，需一直到整个测试结束。

为防止井下仪器被误启动，需要以特定的精度间隔供电时序来控制，并且需要充分考虑到泥浆流动的惯性和粘度、涡轮发电机等环节的惯性和自控模块电容放电等因素，以及常规钻井作业的实际情况。其中泥浆流动惯性和粘度以及发电机涡轮的惯性会影响供电时长的精度，同时泥浆的粘度和含沙量会影响发电机的使用寿命，而断电时自控模块中电容放电不充分，会影响自控模块中电源模块的正常工作。因此通过室内试验确定了以下参数：1.泥浆的粘度应小于80s(马氏漏斗粘度)，泥浆的含沙量应小于1％；2.发电机涡轮转速由泥浆的流量来控制，当泥浆流量达到供电的临界流量1.26m³/min时，发电机发出的电才能通过整流模块整流为额定功率的电流发送给自控模块，当流量小于供电临界流量，即使发电机涡轮转动，整流模块也不会给自控模块供电，即视为断电；3.自控模块的电容在供电时可以缓解电流振荡，但是在断电后需要充分放电，否则会影响自控模块中电源模块的正常工作，进而导致唤醒指令失效，因此放电时间需要大于5s。

每当整流模块成功的给井下控制系统供电后，井下控制系统就会发送一个上电信号给驱动模块，由驱动模块控制脉冲发生器以约定好的脉冲组合发送至地面，由井口的立压传感器接收脉冲信号，再由检波滤波处理器将信号解码还原至PC，工作人员以此来监测井下仪器工作是否正常。

表1开关泵时序表

综合上述因素，约定如下：

1)表1中的具体时间长度和精度可根据实际情况调整；

2)发送一次完整的开机指令约需210s，完成一次预测试开机控制的时间约为300s；

3)脉冲前沿以计算机完成初始化开始计时的时刻为准。(从上电就绪到开始计时的时间延迟不大于5ms，可忽略不计)；

4)任何一次不符合该脉冲序列规律的供电，均被视为对已经收到的不完整的开机指令的彻底清除，而最后收到的一个满足TK1要求的脉冲将被保留。(可将一次小于20s或一次大于60s的供电作为防止井下仪器误启动的清零信号)；

5)计算机收到完整的开机指令后，将在下一次上电工作后顺序执行开机和预测试程序；

a)0～30s，上电初始化和电路自检程序，延时至30s；

b)30s～90s，清除已经收到的“开机指令”，间隔重复上传“已收到开机指令”信号，直至最后一个上传信号发送完毕；

c)约90s后，启动液压系统自检程序，自检合格后，发送“液压系统自检合格”信号；开始地层压力预测试；

6)为提高对开机信号的识别精度，可将实际收到的三个脉冲宽度进行适当处理，消除由于深度和惯性等因素造成的系统误差。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种随钻地层压力测试唤醒方法，其特征在于，随钻地层压力测试唤醒方法包括：首先，将仪器接入钻具组合下入井下，在到达待测层位时，按以下步骤操作：1、控制器将泥浆泵启动，监测泥浆的流量，当泥浆流量达到供电流量时开始计时，然后关闭泥浆泵，当泥浆流量小于临界供电流量时，视为断电，控制供电时长不超过1min；2、断电后计时，断电时长超过40s后，使电容充分放电，重复步骤1；3.断电后计时，断电时长超过40s后，使电容充分放电，开始长供电，直至测试结束。

2.根据权利要求1所述的随钻地层压力测试唤醒方法，其特征在于，泥浆的粘度小于80s。

3.根据权利要求1所述的随钻地层压力测试唤醒方法，其特征在于，泥浆的含沙量小于1％。

4.根据权利要求1所述的随钻地层压力测试唤醒方法，其特征在于，放电时间大于40s。