CN105626030A - 钻井参数监控系统及监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井参数监控系统及监控方法，该系统包括：数据采集装置，实时获取钻井过程中的钻井参数，参数包括以下中的一个或多个：钻井液返出流量、固井液泵冲次数、井眼尺寸、转盘转速、钻头扭矩、钻头尺寸、井深、钻压、钻柱悬重和钻井液中侵入的气体体积；处理装置，根据获取的参数确定以下中的一个或多个：根据返出流量、钻头扭矩和/或钻柱悬重及第一规则确定钻井返出液流量状态、钻具状态和/或井眼清洁状态，根据泵冲次数和井眼尺寸及第二规则确定固井状态，根据转盘转速、钻头扭矩、钻头尺寸、井深和钻压及第三规则确定钻井效率，和/或根据气体体积及第四规则确定钻井液密度状态。由此能够实时监控钻井状态。

Description

钻井参数监控系统及监控方法

技术领域

本发明涉及油气勘探领域，具体地，涉及一种钻井参数监控系统及监控方法。

背景技术

录井是油气勘探工作必不可少的作业，能够实时取全取准钻井过程中的各项数据资料，从而为发现、评价油气藏提供最及时、最直接、最可靠的信息。

在油气钻探过程中，目前的钻井参数监控系统和方法是利用各种传感器来测量钻井参数，如大钩负荷传感器、立管压力传感器、泵冲传感器、转速传感器、扭矩传感器、体积传感器等，通过数据采集系统进行信号的采集和转换，将数据结果以图表形式显示，从而实现对钻井参数的监测。

然而，上述数据结果的显示并不能直观反映钻井状态，仍然需要通过人工对这些参数进行分析以进一步确定钻井状态。并且，复杂多变的工程条件会导致设备监测参数多、数据分析量大、信息共享处理慢、数据库存储时间有限等问题，由此使得常规的监控系统和方法还存在以下问题：①钻井参数信号受干扰大、采集频率低，信号质量较差，影响数据分析的准确性；②系统处理复杂数据的传递和处理能力不足，无法实现钻井状态的定量计算和实时监测，有效信息同步分析能力低；③钻井参数繁多，无法实时传递反馈，人工分析关键数据的工作量巨大；④工程录井数据多，数据库的存储范围小，进行工程实况回放时数据的分析和调用受限。因此，目前的钻井参数监控系统和方法已无法满足钻井参数实时监测及优化控制的要求，进而也就无法及时发现井涌、井漏、卡钻、钻具振动等复杂情况，严重影响作业安全，导致钻井效率低、钻井周期长、工程风险高，制约了油气田的勘探开发进程。

发明内容

本发明的目的是提供一种钻井参数监控系统及监控方法，以解决现有技术中无法实时监控钻井参数的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种钻井参数监控系统，该系统包括：数据采集装置，用于实时获取钻井过程中的钻井参数，其中所述钻井参数包括以下参数中的一个或多个：钻井液返出流量、固井液泵冲次数、井眼尺寸、转盘转速、钻头扭矩、钻头尺寸、井深、钻压、钻柱悬重和钻井液中侵入的气体体积；以及处理装置，与所述数据采集装置连接，用于根据所获取的钻井参数确定以下状态中的一个或多个：根据所述钻井液返出流量、钻头扭矩和/或钻柱悬重及第一规则确定钻井返出液流量状态、钻具状态和/或井眼清洁状态，根据所述固井液泵冲次数和所述井眼尺寸及第二规则确定固井状态，根据所述转盘转速、所述钻头扭矩、所述钻头尺寸、所述井深和所述钻压及第三规则确定钻井效率，和/或根据所述钻井液中侵入的气体体积及第四规则确定钻井液密度状态。

本发明还提供了一种钻井参数监控方法，其中，该方法包括：实时获取钻井过程中的钻井参数，其中所述钻井参数包括以下参数中的一个或多个：钻井液返出流量、固井液泵冲次数、井眼尺寸、转盘转速、钻头扭矩、钻头尺寸、井深、钻压、钻柱悬重和钻井液中侵入的气体体积；以及根据所获取的钻井参数确定以下状态中的一个或多个：根据所述钻井液返出流量、钻头扭矩和/或钻柱悬重及第一规则确定钻井返出液流量状态、钻具状态和/或井眼清洁状态，根据所述固井液泵冲次数和所述井眼尺寸及第二规则确定固井状态，根据所述转盘转速、所述钻头扭矩、所述钻头尺寸、所述井深和所述钻压及第三规则确定钻井效率，和/或根据所述钻井液中侵入的气体体积及第四规则确定钻井液密度状态。

通过上述技术方案，通过实时获取钻井过程中的钻井参数，可以根据所获取的钻井参数基于相应的规则确定钻井相关状态。由此，通过上述的钻井参数监控系统和监控方法能够实现对钻井状态的实时监控。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一种实施方式的钻井参数监控系统的方框图；以及

图2是根据本发明一种实施方式的钻井参数监控方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是根据本发明一种实施方式的钻井参数监控系统的方框图。

如图1所示，本发明的钻井参数监控系统包括：数据采集装置10，用于实时获取钻井过程中的钻井参数，其中所述钻井参数包括以下参数中的一个或多个：钻井液返出流量、固井液泵冲次数、井眼尺寸、转盘转速、钻头扭矩、钻头尺寸、井深、钻压、钻柱悬重和钻井液中侵入的气体体积；以及处理装置20，与所述数据采集装置10连接，用于根据所获取的钻井参数确定以下状态中的一个或多个：根据所述钻井液返出流量、钻头扭矩和/或钻柱悬重及第一规则确定钻井返出液流量状态、钻具状态和/或井眼清洁状态，根据所述固井液泵冲次数和所述井眼尺寸及第二规则确定固井状态，根据所述转盘转速、所述钻头扭矩、所述钻头尺寸、所述井深和所述钻压及第三规则确定钻井效率，和/或根据所述钻井液中侵入的气体体积及第四规则确定钻井液密度状态。

通过实时获取钻井过程中的钻井参数，可以根据所获取的钻井参数基于相应的规则确定钻井相关状态。由此，通过上述的钻井参数监控系统能够实现对钻井状态的实时监控。

其中，在本发明实施方式中，数据采集装置10可以采用通过总线方式连接的大容量数据采集器，由此可以实现与多个传感器(例如228个)以及其他装置(例如井径测井装置和输入装置等)连接，大大提高了钻井参数获取范围。并且由于通过总线方式连接，获取的钻井参数不受其他电磁信号的干扰影响，具有更高的信噪比，能够增强数据的采集和处理能力，同时提高信号采集频率值50Hz，最高达100Hz。其中，所述传感器可以包括以下中的一个或多个：用于测量钻井液返出流量的流量传感器、用于测量固井液泵冲次数的泵冲传感器、用于测量转盘转速的转速传感器、用于测量钻头扭矩的扭矩传感器、用于测量井深的位移传感器、用于测量钻压的和钻柱悬重的拉力传感器和用于测量钻井液中侵入的气体体积的体积传感器，所述井径测井装置用于测量井眼尺寸，所述输入装置用于输入钻头尺寸。

根据本发明一种实施方式，所获取的钻井参数为所述钻井液返出流量、钻头扭矩和/或钻柱悬重，根据所述钻井液返出流量、钻头扭矩和/或钻柱悬重及所述第一规则确定所述钻井返出液流量状态、钻具状态和/或井眼清洁状态包括：在所述钻井液返出流量、钻头扭矩和/或钻柱悬重未处于对应的预定范围内的情况下，确定所述钻井液返出流量状态为异常、所述钻具状态为异常和/或所述井眼清洁状态为异常。

其中，当所获取的钻井参数为所述钻井液返出流量时，根据钻井液返出流量及第一规则确定钻井返出液流量状态，对应的预定范围可以指预定流量范围，具体地：在所述钻井液返出流量未处于预定流量范围内的情况下，确定所述钻井液返出流量状态为异常(例如，钻井液返出流量减少的情况下的井筒内的钻井液漏失；或者钻井液返出流量增加的情况下的地层的流体进入井筒内)；在所述钻井液返出流量处于预定流量范围内的情况下，确定所述钻井液返出流量状态为正常。

当所获取的钻井参数为所述钻头扭矩时，根据钻头扭矩及第一规则确定井眼清洁状态，对应的预定范围可以指预定扭矩范围，具体地：在所述钻头扭矩未处于预定扭矩范围内的情况下，确定所述钻具状态为异常(例如，钻具处于超负荷等非正常工作状态)；在所述钻头扭矩处于预定扭矩范围内的情况下，确定所述钻具状态为正常。其中，预定扭矩范围可以为T-ΔT₂＜T＜T+ΔT₁，T表示钻具扭矩，ΔT₁和ΔT₂表示钻具扭矩变化量，可以相等也可以不等。在确定钻具状态为异常的情况下，操作人员可以通过调整钻压和钻速来调整钻头扭矩，以保证施工安全。

当所获取的钻井参数为所述钻柱悬重时，根据钻柱悬重及第一规则确定钻具状态，对应的预定范围可以指预定悬重范围，具体地：在所述钻头悬重未处于预定悬重范围内的情况下，确定所述井眼清洁状态为异常(例如，井眼中与该悬重对应的井眼深度处出现异常点使得钻柱无法正常上提)；在所述钻头悬重未处于预定悬重范围内的情况下，确定所述井眼清洁状态为正常。

本领域技术人员应当理解，在上述实施方式中，第一规则指的是将获取的参数与该参数对应的预定范围相比较，并根据比较结果确定与该参数对应的状态。此外，本领域技术人员可以根据实际情况设定预定流量范围、预定扭矩范围和预定悬重范围。

并且，处理装置20还可以根据实时获取的钻井液返出流量、钻头扭矩及钻柱悬重分别绘制时间与钻井液返出流量关系图、深度与钻头扭矩关系图及深度与钻柱悬重关系图。

根据本发明一种实施方式，该系统还可以包括显示装置，用于对上述的时间与钻井液返出流量关系图、深度与钻头扭矩关系图及深度与钻柱悬重关系图进行显示。

由此可以使得操作人员能够直观地观察返出流量、钻头扭矩及钻柱悬重的变化趋势，从而及时发现异常情况，以减少复杂事故的发生。该显示装置例如可以为液晶显示器(例如，可以是大小为10.4英寸、分辨率为800*600的薄膜晶体管显示器，但本发明不限于此)，或者可以是具有Wifi功能的平板电脑，其可以通过Wifi方式与处理装置20连接。

该系统还可以包括报警装置，用于在处理装置20确定所述钻井液返出流量状态为异常、所述钻具状态为异常和/或所述井眼清洁状态为异常时发出报警信号。例如，报警装置可以为发光二极管或声光报警器(如蜂鸣器或扬声器)，可以通过不同的声音或发光颜色来对区分不同的报警信号。此外，显示装置(例如液晶显示器)也可以作为报警装置用于直接显示报警信号。

根据本发明一种实施方式，所获取的钻井参数为所述固井液泵冲次数和所述井眼尺寸，根据所述固井液泵冲次数和所述井眼尺寸及所述第二规则确定固井状态包括：根据所述固井液泵冲次数确定固井液体积，根据所述固井液体积和所述井眼尺寸计算所述固井液的高度，在所计算的固井液的高度未处于预定高度范围内的情况下，确定所述固井状态为异常。其中，每一次泵冲的固井液的量(体积)是固定的，根据该固定量和泵冲次数可以确定固井液的体积。

其中，根据所述固井液体积和所述井眼尺寸计算所述固井液的高度包括：

根据所述井眼尺寸计算所述井眼的横截面积，其中所述井眼尺寸为所述井眼的半径或直径；

根据公式计算所述固井液的高度，其中h表示所述固井液的高度，Q_i表示第i个井深处的固井液体积，A_i表示第i个井深处计算的井眼的横截面积，i＝0,1,2,……n，n为自然数。其中，n个井深处的固井液体积之和表示该固井液的总体积。

由于钻井的井眼内部是不规则的，井眼不同深度处的横截面积也有所不同，因而通过多个井深处的固井液体积和井眼的横截面积计算固井液的高度，可以提高计算精度。

报警装置还用于在处理装置20确定所述固井状态为异常时，发出报警信号。由此，可以及时提示操作人员进行相应处理。

本领域技术人员应当理解，在上述实施方式中，第二规则指的是根据所述固井液泵冲次数确定固井液体积，根据所述固井液体积和所述井眼尺寸计算所述固井液的高度，将所计算的固井液的高度与预定高度范围进行比较，并根据比较结果确定固井状态。此外，本领域技术人员可以根据实际需要对预定高度范围进行设定。

根据本发明一种实施方式，所获取的钻井参数为所述转盘转速、所述钻头扭矩、所述钻头尺寸、所述井深和所述钻压，根据所述转盘转速、所述钻头扭矩、所述钻头尺寸、所述井深和所述钻压及所述第三规则确定钻井效率包括：根据所述井深确定钻头机械钻速，根据所述转盘转速、所述钻头扭矩、所述钻头尺寸、所述钻头机械钻速和所述钻压计算机械比能，当在预定时间段内所计算的机械比能均大于预定机械比能的情况下，确定所述钻井效率为低。其中，钻头机械钻速指钻井过程中钻头在单位时间内的钻进进尺(即，井深的变化量)，是反映钻进速度快慢的参数。由此可知，可以根据该井深的变化量和所花费的时间来确定机械钻速。

其中，

根据公式 $\mathrm{MSE}=(8\×\mathrm{RPS}\×\frac{\mathrm{TOB}}{{\mathrm{Bit}\_\mathrm{diameter}}^2\×\mathrm{ROP}})+(4\×9.81\×\frac{\mathrm{WOB}}{\mathrm{\π}\×\mathrm{bit}\_\mathrm{diame}{\mathrm{ter}}^2})$ 计算所述机械比能，其中MSE表示所述机械比能，RPS表示所述转盘转速；TOB表示所述钻头扭矩，Bit_diameter表示所述钻头尺寸，ROP表示所述钻头机械钻速，WOB表示所述钻压。

本领域技术人员应当理解，在上述实施方式中，第三规则指的是根据所述井深确定钻头机械钻速，根据所述转盘转速、所述钻头扭矩、所述钻头尺寸、所述钻头机械钻速和所述钻压计算机械比能，将所计算的机械比能与预定机械比能比较，并根据比较结果确定钻井效率。此外，本领域技术人员可以根据实际需要对预定机械比能进行设定。

所述报警装置还可以用于在处理装置20确定所述钻井效率为低时，发出报警信号。可以及时提示操作人员进行相应处理，例如调整钻压或钻速。

根据本发明一种实施方式，所获取的钻井参数为所述钻井液中侵入的气体体积，根据所述钻井液中侵入的气体体积及上述第四规则确定钻井液密度状态包括：在所述气体体积大于预定体积的情况下，确定所述钻井液密度状态为异常(钻井液密度小，无法平衡地层压力)；在所述气体体积等于或小于预定体积的情况下，确定所述钻井液密度状态为正常(钻井液密度合理，能够有效平衡地层压力)。

报警装置还用于在处理装置20确定所述钻井液密度状态为异常时，发出报警信号。由此，可以及时提示操作人员进行相应处理，例如提高钻井液密度，以避免事故出现。

本领域技术人员应当理解，在上述实施方式中，钻井液中侵入的气体体积是指侵入到钻井液中的气体的体积，第四规则指的是将实时获得的气体体积与预定体积比较，并根据比较结果确定钻井液密度状态。此外，本领域技术人员可以根据实际需要对预定体积进行设定(例如，可以根据历史体积数据和操作人员的工程经验设定该预定体积)。

图2是根据本发明一种实施方式的钻井参数监控方法的流程图。

如图2所示，本发明的钻井参数监控方法包括：

S200，实时获取钻井过程中的钻井参数，其中所述钻井参数包括以下参数中的一个或多个：钻井液返出流量、固井液泵冲次数、井眼尺寸、转盘转速、钻头扭矩、钻头尺寸、井深、钻压、钻柱悬重和钻井液中侵入的气体体积；以及

S202，根据所获取的钻井参数确定钻井相关状态，具体地，根据所获取的钻井参数确定以下状态中的一个或多个：根据所述钻井液返出流量、钻头扭矩和/或钻柱悬重及第一规则确定钻井返出液流量状态、井眼清洁状态和/或钻具状态，根据所述固井液泵冲次数和所述井眼尺寸及第二规则确定固井状态，根据所述转盘转速、所述钻头扭矩、所述钻头尺寸、所述井深和所述钻压及第三规则确定钻井效率，和/或根据所述钻井液中侵入的气体体积及第四规则确定钻井液密度状态。

通过实时获取钻井过程中的钻井参数，可以根据所获取的钻井参数基于相应的规则确定钻井相关状态。由此，通过上述的钻井参数监控方法能够实现对钻井状态的实时监控。

根据本发明一种实施方式，所获取的钻井参数为所述钻井液返出流量、钻头扭矩和/或钻柱悬重，根据所述钻井液返出流量、钻头扭矩和/或钻柱悬重及所述第一规则确定所述钻井返出液流量状态、井眼清洁状态和/或钻具状态包括：在所述钻井液返出流量、钻头扭矩和/或钻柱悬重未处于对应的预定范围内的情况下，确定所述钻井液返出流量状态为异常、所述井眼清洁状态为异常和/或所述钻具状态为异常。

其中，当所获取的钻井参数为所述钻井液返出流量时，根据钻井液返出流量及第一规则确定钻井返出液流量状态，对应的预定范围可以指预定流量范围，具体地：在所述钻井液返出流量未处于预定流量范围内的情况下，确定所述钻井液返出流量状态为异常(例如，钻井液返出流量减少的情况下的井筒内的钻井液漏失；或者钻井液返出流量增加的情况下的地层的流体进入井筒内)；在所述钻井液返出流量处于预定流量范围内的情况下，确定所述钻井液返出流量状态为正常。

当所获取的钻井参数为所述钻头扭矩时，根据钻头扭矩及第一规则确定井眼清洁状态，对应的预定范围可以指预定扭矩范围，具体地：在所述钻头扭矩未处于预定扭矩范围内的情况下，确定所述钻具状态为异常(例如，钻具处于超负荷等非正常工作状态)；在所述钻头扭矩处于预定扭矩范围内的情况下，确定所述钻具状态为正常。其中，预定扭矩范围可以为T-ΔT₂＜T＜T+ΔT₁，T表示钻具扭矩，ΔT₁和ΔT₂表示钻具扭矩变化量，可以相等也可以不等。在确定钻具状态为异常的情况下，操作人员可以通过调整钻压和钻速来调整钻头扭矩，以保证施工安全。

当所获取的钻井参数为所述钻柱悬重时，根据钻柱悬重及第一规则确定钻具状态，对应的预定范围可以指预定悬重范围，具体地：在所述钻头悬重未处于预定悬重范围内的情况下，确定所述井眼清洁状态为异常(例如，井眼中与该悬重对应的井眼深度处出现异常点使得钻柱无法正常上提)；在所述钻头悬重未处于预定悬重范围内的情况下，确定所述井眼清洁状态为正常。

本领域技术人员应当理解，在上述实施方式中，第一规则指的是将获取的参数与该参数对应的预定范围相比较，并根据比较结果确定与该参数对应的状态。此外，本领域技术人员可以根据实际情况设定预定流量范围、预定扭矩范围和预定悬重范围。

根据本发明一种实施方式，该方法还可以包括：根据实时获取的钻井液返出流量、钻头扭矩及钻柱悬重分别绘制时间与钻井液返出流量关系图、深度与钻头扭矩关系图及深度与钻柱悬重关系图。

此外，该方法还可以包括：用于对上述的时间与钻井液返出流量关系图、深度与钻头扭矩关系图及深度与钻柱悬重关系图进行显示。

由此可以使得操作人员能够直观地观察返出流量、钻头扭矩及钻柱悬重的变化趋势，从而及时发现异常情况，以减少复杂事故的发生。

根据本发明一种实施方式，所获取的钻井参数为所述固井液泵冲次数和所述井眼尺寸，根据所述固井液泵冲次数和所述井眼尺寸及所述第二规则确定固井状态包括：根据所述固井液泵冲次数确定固井液体积，根据所述固井液体积和井眼尺寸计算所述固井液的高度，在所计算的固井液的高度未处于预定高度范围内的情况下，确定所述固井状态为异常。其中，每一次泵冲的固井液的量(体积)是固定的，根据该固定量和泵冲次数可以确定固井液的体积。

其中，所述根据所述固井液体积和所述井眼尺寸计算所述固井液的高度包括：

根据所述井眼尺寸计算所述井眼的横截面积，其中所述井眼尺寸为所述井眼的半径或直径；

根据公式计算所述固井液的高度，其中h表示所述固井液的高度，Q_i表示第i个井深处的固井液体积，A_i表示第i个井深处计算的井眼的横截面积，i＝0,1,2,……n，n为自然数。其中，n个井深处的固井液体积之和表示该固井液的总体积。

由于钻井的井眼内部是不规则的，井眼不同深度处的横截面积也有所不同，因而通过多个井深处的固井液体积和井眼的横截面积计算固井液的深度，可以提高计算精度。

本领域技术人员应当理解，在上述实施方式中，第二规则指的是根据所述固井液泵冲次数确定固井液体积，根据所述固井液体积和所述井眼尺寸计算所述固井液的高度，将所计算的固井液的高度与预定高度范围进行比较，并根据比较结果确定固井状态。此外，本领域技术人员可以根据实际需要对预定高度范围进行设定。

根据本发明一种实施方式，所获取的钻井参数为所述转盘转速、所述钻头扭矩、所述钻头尺寸、所述井深和所述钻压，根据所述转盘转速、所述钻头扭矩、所述钻头尺寸、所述井深和所述钻压及所述第三规则确定钻井效率包括：根据所述井深确定钻头机械钻速，根据所述转盘转速、所述钻头扭矩、所述钻头尺寸、所述钻头机械钻速和所述钻压计算机械比能，当在预定时间段内所计算的机械比能均大于预定机械比能的情况下，确定所述钻井效率为低。

其中，

根据公式 $\mathrm{MSE}=(8\×\mathrm{RPS}\×\frac{\mathrm{TOB}}{{\mathrm{Bit}\_\mathrm{diameter}}^2\×\mathrm{ROP}})+(4\×9.81\×\frac{\mathrm{WOB}}{\mathrm{\π}\×\mathrm{bit}\_\mathrm{diame}{\mathrm{ter}}^2})$ 计算所述机械比能，其中MSE表示所述机械比能，RPS表示所述转盘转速；TOB表示所述钻头扭矩，Bit_diameter表示所述钻头尺寸，ROP表示所述钻头机械钻速，WOB表示所述钻压。

本领域技术人员应当理解，在上述实施方式中，第三规则指的是根据所述井深确定钻头机械钻速，根据所述转盘转速、所述钻头扭矩、所述钻头尺寸、所述钻头机械钻速和所述钻压计算机械比能，将所计算的机械比能与预定机械比能比较，并根据比较结果确定钻井效率。此外，本领域技术人员可以根据实际需要对预定机械比能进行设定。

根据本发明一种实施方式，所获取的钻井参数为所述钻井液中侵入的气体体积，根据所述钻井液中侵入的气体体积及上述第四规则确定钻井液密度状态包括：在所述气体体积大于预定体积的情况下，确定所述钻井液密度状态为异常(钻井液密度小，无法平衡地层压力)；在所述气体体积等于或小于预定体积的情况下，确定所述钻井液密度状态为正常(钻井液密度合理，能够有效平衡地层压力)。

本领域技术人员应当理解，在上述实施方式中，第四规则指的是将实时获得的气体体积与预定机械比能比较，并根据比较结果确定钻井液密度状态。此外，本领域技术人员可以根据实际需要对预定体积进行设定。

此外，该方法还可以包括：在确定所述钻井液返出流量状态为异常、所述钻具状态为异常、所述井眼清洁状态为异常、所述固井状态为异常、钻井效率为低和/或钻井液密度为异常时发出报警信号。由此可以提示操作人员及时进行相应处理。

在本发明中涉及的各种钻井参数，本领域技术人员例如可以通过各种已有传感器测量获取，本发明不再赘述。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (14)

1.一种钻井参数监控系统，其中，该系统包括：

数据采集装置，用于实时获取钻井过程中的钻井参数，其中所述钻井参数包括以下参数中的一个或多个：钻井液返出流量、固井液泵冲次数、井眼尺寸、转盘转速、钻头扭矩、钻头尺寸、井深、钻压、钻柱悬重和钻井液中侵入的气体体积；以及

处理装置，与所述数据采集装置连接，用于根据所获取的钻井参数确定以下状态中的一个或多个：根据所述钻井液返出流量、钻头扭矩和/或钻柱悬重及第一规则确定钻井返出液流量状态、钻具状态和/或井眼清洁状态，根据所述固井液泵冲次数和所述井眼尺寸及第二规则确定固井状态，根据所述转盘转速、所述钻头扭矩、所述钻头尺寸、所述井深和所述钻压及第三规则确定钻井效率，和/或根据所述钻井液中侵入的气体体积及第四规则确定钻井液密度状态。

2.根据权利要求1所述的监控系统，其中，所获取的钻井参数为所述钻井液返出流量、钻头扭矩和/或钻柱悬重，根据所述钻井液返出流量、钻头扭矩和/或钻柱悬重及所述第一规则确定所述钻井返出液流量状态、钻具状态和/或井眼清洁状态包括：在所述钻井液返出流量、钻头扭矩和/或钻柱悬重未处于对应的预定范围内的情况下，确定所述钻井液返出流量状态为异常、所述钻具状态为异常和/或所述井眼清洁状态为异常。

3.根据权利要求1所述的监控系统，其中，所获取的钻井参数为所述固井液泵冲次数和所述井眼尺寸，根据所述固井液泵冲次数和所述井眼尺寸及所述第二规则确定固井状态包括：根据所述固井液泵冲次数确定固井液体积，根据所述固井液体积和所述井眼尺寸计算所述固井液的高度，在所计算的固井液的高度未处于预定高度范围内的情况下，确定所述固井状态为异常。

4.根据权利要求3所述的监控系统，其中，根据所述固井液体积和所述井眼尺寸计算所述固井液的高度包括：

根据所述井眼尺寸计算所述井眼的横截面积，其中所述井眼尺寸为所述井眼的半径或直径；

根据公式计算所述固井液的高度，其中h表示所述固井液的高度，Q_i表示第i个井深处的固井液体积，A_i表示第i个井深处计算的井眼的横截面积，i＝0,1,2,……n，n为自然数。

5.根据权利要求1所述的监控系统，其中，所获取的钻井参数为所述转盘转速、所述钻头扭矩、所述钻头尺寸、所述井深和所述钻压，根据所述转盘转速、所述钻头扭矩、所述钻头尺寸、所述井深和所述钻压及所述第三规则确定钻井效率包括：根据所述井深确定钻头机械钻速，根据所述转盘转速、所述钻头扭矩、所述钻头尺寸、所述钻头机械钻速和所述钻压计算机械比能，当在预定时间段内所计算的机械比能均大于预定机械比能的情况下，确定所述钻井效率为低。

6.根据权利要求5所述的监控系统，其中，

根据公式 $\mathrm{MSE}=(8\×\mathrm{RPS}\×\frac{\mathrm{TOB}}{{\mathrm{Bit}\_\mathrm{diameter}}^2\×\mathrm{ROP}})+(4\×9.81\×\frac{\mathrm{WOB}}{\mathrm{\π}\×{\mathrm{bit}\_\mathrm{diameter}}^2})$ 计算所述机械比能，其中MSE表示所述机械比能，RPS表示所述转盘转速；TOB表示所述钻头扭矩，Bit_diameter表示所述钻头尺寸，ROP表示所述钻头机械钻速，WOB表示所述钻压。

7.根据权利要求1所述的监控系统，其中，所获取的钻井参数为所述钻井液中侵入的气体体积，根据所述钻井液中侵入的气体体积及所述第四规则确定钻井液密度状态包括：在所述气体体积大于预定体积的情况下，确定所述钻井液密度状态为异常。

8.一种钻井参数监控方法，其中，该方法包括：

实时获取钻井过程中的钻井参数，其中所述钻井参数包括以下参数中的一个或多个：钻井液返出流量、固井液泵冲次数、井眼尺寸、转盘转速、钻头扭矩、钻头尺寸、井深、钻压、钻柱悬重和钻井液中侵入的气体体积；以及

根据所获取的钻井参数确定以下状态中的一个或多个：根据所述钻井液返出流量、钻头扭矩和/或钻柱悬重及第一规则确定钻井返出液流量状态、钻具状态和/或井眼清洁状态，根据所述固井液泵冲次数和所述井眼尺寸及第二规则确定固井状态，根据所述转盘转速、所述钻头扭矩、所述钻头尺寸、所述井深和所述钻压及第三规则确定钻井效率，和/或根据所述钻井液中侵入的气体体积及第四规则确定钻井液密度状态。

9.根据权利要求8所述的监控方法，其中，所获取的钻井参数为所述钻井液返出流量、钻头扭矩和/或钻柱悬重，根据所述钻井液返出流量、钻头扭矩和/或钻柱悬重及所述第一规则确定所述钻井返出液流量状态、钻具状态和/或井眼清洁状态包括：在所述钻井液返出流量、钻头扭矩和/或钻柱悬重未处于对应的预定范围内的情况下，确定所述钻井液返出流量状态为异常、所述钻具状态为异常和/或井眼清洁状态所述为异常。

10.根据权利要求8所述的监控方法，其中，所获取的钻井参数为所述固井液泵冲次数和所述井眼尺寸，根据所述固井液泵冲次数和所述井眼尺寸及所述第二规则确定固井状态包括：根据所述固井液泵冲次数确定固井液体积，根据所述固井液体积和井眼尺寸计算所述固井液的高度，在所计算的固井液的高度未处于预定高度范围内的情况下，确定所述固井状态为异常。

11.根据权利要求10所述的监控方法，其中，所述根据所述固井液体积和所述井眼尺寸计算所述固井液的高度包括：

根据所述井眼尺寸计算所述井眼的横截面积，其中所述井眼尺寸为所述井眼的半径或直径；

根据公式计算所述固井液的高度，其中h表示所述固井液的高度，Q_i表示第i个井深处的固井液体积，A_i表示第i个井深处计算的井眼的横截面积，i＝0,1,2,……n，n为自然数。

12.根据权利要求8所述的监控方法，其中，所获取的钻井参数为所述转盘转速、所述钻头扭矩、所述钻头尺寸、所述井深和所述钻压，根据所述转盘转速、所述钻头扭矩、所述钻头尺寸、所述井深和所述钻压及所述第三规则确定钻井效率包括：根据所述井深确定钻头机械钻速，根据所述转盘转速、所述钻头扭矩、所述钻头尺寸、所述钻头机械钻速和所述钻压计算机械比能，当在预定时间段内所计算的机械比能均大于预定机械比能的情况下，确定所述钻井效率为低。

13.根据权利要求12所述的监控方法，其中，

根据公式 $\mathrm{MSE}=(8\×\mathrm{RPS}\×\frac{\mathrm{TOB}}{{\mathrm{Bit}\_\mathrm{diameter}}^2\×\mathrm{ROP}})+(4\×9.81\×\frac{\mathrm{WOB}}{\mathrm{\π}\×{\mathrm{bit}\_\mathrm{diameter}}^2})$ 计算所述机械比能，其中MSE表示所述机械比能，RPS表示所述转盘转速；TOB表示所述钻头扭矩，Bit_diameter表示所述钻头尺寸，ROP表示所述钻头机械钻速，WOB表示所述钻压。

14.根据权利要求10所述的监控方法，其中，所获取的钻井参数为所述钻井液中侵入的气体体积，根据所述钻井液中侵入的气体体积及所述第四规则确定钻井液密度状态包括：在所述气体体积大于预定体积的情况下，确定所述钻井液密度状态为异常。