CN107366536B - 基于旋转导向的随钻井径测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于旋转导向的随钻井径测量方法，其中，基于旋转导向系统分置在钻铤外壁三个肋板的位移，以接触井壁的方式实时测量钻井过程中的井眼几何尺寸，这种测量方法将为随钻测井系统(LWD)提供井眼矫正参数，同时获取井眼工程参数测量。本发明基于旋转导向的随钻井径测量方法不受钻井液的影响，不同于非接触式(如超声井径测量)井径测量，且不改变旋转导向工具的主体结构，通过直接接触井壁的方法测量井眼几何形状，测量精度和效率高，且适应性强，应用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于旋转导向的随钻井径测量方法，其应用领域包括：适用但不局限于石油天然气钻井工程、煤层气钻井、地质探矿钻井等所有使用旋转导向工具钻井工程。
背景技术
目前在钻井工程技术应用领域，地质导向钻井技术已经得到充分应用。一般地质导向系统包括：钻井动力工具、地质工程参数测量以及纠正、地层参数测量等功能。
地质导向钻井技术将引导井眼轨迹最大限度地抵达工程设计的靶位，并尽最大可能地保证井眼轨迹在设计目标层行进，从而获得最大限度的油气采收率。
常规作业中，地质导向钻井技术依靠地层工程参数测量(井斜、方位等信息)、地层参数信息(伽马、电阻率、孔隙度、岩性密度等)实时纠正、引导钻具按照设计轨迹和真实地层信息构造钻进。
井眼直径信息是对孔隙度测井、岩性密度测井消除井眼影响的重要参数，井眼直径信息对钻井工程有着十分重要的意义。
由于随钻测井的特殊性，无法使用电缆测井中广泛应用的多臂井径测量(接触式测量)成熟技术。因此，通常使用超声波井径测量技术。
由于超声波井径测量是非接触式测量，其受到钻井液的影响，常规技术条件下适用于泥浆比重小于1.3g/cm3的条件下。超声波井径测量的精度以及应用存在很大的局限性。
目前没有发现应用于钻井条件下的接触式井径测量方案。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明公开了一种基于旋转导向的随钻井径测量方法，提供了一种在钻井条件下接触式测量井径的解决方案。
本发明无意涉及创新一种新型的旋转导向工具或者提出新的井径测量原理。任何一种被本发明实施案例选用的旋转导向工具的肋板分布以及肋板推动的结构和原理，均作为揭示本发明技术的应用对象。
本发明无意涉及旋转导向工具的原理以及其内部构造。任何一种被本发明实施案例选用的旋转导向工具以及其内部构造，均作为揭示本发明技术的应用对象。
本发明无意涉及获取肋板与井壁贴合的各种传感器的原理以及其内部构造，同时，本发明无意涉及力学传感器数据采集电路以及通过MWD传输的技术和协议。任何一种被本发明实施案例选用的力学传感器、数据采集技术、MWD传输技术及协议，均作为揭示本发明技术的应用对象。
本发明是基于旋转导向工具固有结构的接触式井径测量方法，提供了一种钻井状态中接触式实时测量井径的解决方案。
本发明的主要目的在于提供一种基于旋转导向的随钻井径测量方法，目的在于解决石油天然气钻井工程、煤层气钻井工程中，以接触井壁的方式实时获得井眼直径测量。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于旋转导向的随钻井径测量方法，包括：
①基于分置于旋转导向工具钻铤外侧的至少两个肋板且分别在每个所述肋板的最外沿安装力学传感器，每个所述肋板根据定向钻井指令依次推开、收拢，引导钻头按照设计轨迹在地层中钻进；当任意一个所述肋板推开时，该所述肋板将与井壁接触并使所述钻铤向接触井壁的所述肋板的相反方向偏移并通过所述力学传感器接收到对应位置所述肋板与井壁的贴合状态信息或者使所述力学传感器从驱动所述肋板开合的动力机构获取压力、角度、转速、行程信息以判断对应所述肋板与井壁的贴合状态，从而实现钻井轨迹的改变并获得该所述肋板最外端至所述钻铤几何中心的半径值R；
②任意所述肋板最外端与所述钻铤几何中心的半径R将被记录在电子线路板的芯片上，且任意所述肋板的R值被分别定义为R1至Rn；由于任意所述肋板与钻铤的安装有其固有的物理位置，因此，R1至Rn分别对应于对应的所述肋板且所述肋板与钻铤具有方位特征；
③将任意所述肋板实时测量的Rn进行加权计算，可以得到任意时间δt的井眼平面直径尺寸；
④对任意时间δt的井眼平面直径尺寸进行积分计算，则获得一定时间间隔内的井筒轮廓尺寸；
⑤上述计算结果的井眼直径尺寸信息、井筒轮廓尺寸信息，通过MWD上传至地面控制系统或存储在MWD仪器内部，将作为井眼工程参数或对孔隙度测井、岩性密度测井等数据的井眼校正依据。
其中，所述动力机构为液压马达，通过采集所述液压马达的转速、角度、液压缸行程等信息，换算得出判断对应所述肋板是否接触井壁的状态，得到R值是否有效；或者，通过对应所述肋板端部的力学传感器和液压马达的转速、角度、行程信息的综合计算，得出判断对应所述肋板是否接触井壁的状态，得到R值是否有效。
其中，所述钻铤外侧分布有三个所述肋板并由所述液压马达驱动实现所述肋板的开合。
其中，三个所述肋板沿所述钻铤的圆周侧径向等间距分布；或三个所述肋板沿所述钻铤的外侧轴向错位分布。
其中，任意所述肋板根据定向钻井指令依次向外推开，使得所述肋板依次接触井壁且不允许两个以及两个以上的肋板同时向外推出，由此依次获得多个对应所述肋板的Rn测量值。
进一步的，还包括：方位传感器，所述方位传感器分别对应所述肋板，并通过所述肋板与对应位置所述方位传感器的接触而确定所述肋板与钻铤的方位特征，并将该方位信息记录在电子线路板的芯片上。
由于肋板至需要井眼校正仪器的距离可以从钻具组合方式获得，从而比较准确地为随钻测井系统(LWD)提供井眼校正的工程参数；井径尺寸以及井筒轮廓不局限于为随钻测井系统(LWD)提供井眼校正参数，还可以为钻井工程提供可靠的数据。
本发明的技术和方法不排斥非接触式(如超声波等)井径测量；本发明的方法与其它井径测量方法所获得的井眼工程参数可以互补使用。
通过上述技术方案，本发明的基于旋转导向的随钻井径测量方法不受钻井液的影响，不同于非接触式(如超声井径测量)井径测量，且不改变旋转导向工具的主体结构，通过直接接触井壁的方法测量井眼几何形状，测量精度高且适应性强，具有广泛的应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例所公开的钻铤主视结构示意图；
图2为本发明实施例所公开的任意肋板与井壁非接触状态下钻铤截面结构示意图；
图3为本发明实施例所公开的任意肋板与井壁接触状态钻铤截面结构示意图。
图中数字表示：
10.井壁 11.钻头 12.钻铤
13.肋板 14.力学传感器 15.液压马达
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供的基于旋转导向的随钻井径测量方法为：
基于图1及2所示的安装有钻头11的旋转导向工具，其包括钻铤12，以及径向均布在钻铤12圆周侧的三个肋板13，本实施例中，肋板13是旋转导向工具的固有部件，仅作为本发明实施案例中借以贴合井壁10的载体。
分别在每个肋板13的最外沿安装力学传感器14，使力学传感器14接收到对应位置肋板13与井壁10的贴合状态信息；或者使力学传感器14从驱动肋板13开合的液压马达15采集液压马达15的转速、角度、液压缸行程等信息，换算得出判断对应肋板13是否接触井壁10的状态，得到R值是否有效；或者，通过对应肋板13端部的力学传感器14和液压马达的转速、角度、行程信息的综合计算，得出判断对应肋板13是否接触井壁10的状态，得到R值是否有效。
参考图3，每个肋板13根据定向钻井指令依次推开、收拢，引导钻头11按照设计轨迹在地层中钻进；当任意一个肋板13推开时，该肋板13将与井壁10接触并使钻铤12向接触井壁10的肋板13的相反方向偏移，从而实现钻井轨迹的改变并获得该肋板13最外端至钻铤12几何中心的半径值R。
任意肋板13最外端与钻铤12几何中心的半径R将被记录在电子线路板的芯片上，且任意肋板13的R值被分别定义为R1、R2、R3，由于各个肋板13与钻铤12的安装有其固有的物理位置，因此，R1、R2、R3分别对应于三个肋板13且每个肋板13与钻铤12具有方位特征，这些方位特征与MWD的方位信息建立关联关系。
其中，当肋板13根据定向钻井指令依次向外推开，使得、肋板13依次接触井壁10，且不允许两个以及两个以上的、肋板13同时向外推出，由此，将依次获得R1、R2、R3测量值并将肋板13实时测量的R1、R2、R3进行加权计算，可以得到某个时间δt的井眼平面直径尺寸。
由于钻井过程中，钻具实时钻进，且旋转导向工具钻铤12的肋板13一般安装在尽可能靠近钻头11位置，而需要进行井眼校正的随钻测井系统(LWD)仪器通常距离钻头11有一定的距离，因此，为了相对准确地获得井眼因素对测井的影响，本发明实施案例提出对时间δt的井眼平面直径尺寸进行积分计算，则可以获得一定时间间隔内(或者钻具组合长度方向)的井筒轮廓尺寸。
积分计算得到的井眼直径尺寸信息、井筒轮廓尺寸信息，通过MWD上传或存储在仪器内部，将作为井眼工程参数或对孔隙度测井、岩性密度测井等数据的井眼校正依据。
本发明实施案例基于旋转导向的随钻井径测量方法的工程化应用包括多种途径：
①在肋板13顶端安装力学传感器14，通过测量肋板13与井壁10之间力学特性判断肋板13在井筒中的状态，确定R值；
②利用旋转导向工具自身的液压马达的参数特征(如液压马达压力变化、液压马达15转速参数、液压缸行程、肋板13与钻铤12之间的开合角度等)判断肋板13在井筒中的状态，换算确定R值；
③上述两种工程化方案的叠加应用等。
本发明的基于旋转导向的随钻井径测量方法，通过标准环境下对井径测量进行校正、刻度，这些参数构成基于旋转导向的随钻井径测量方法校正参数。
本发明的基于旋转导向的随钻井径测量方法，不限于一种结构的旋转导向工具，适用于含有肋板13结构的旋转导向工具。
本发明的基于旋转导向的随钻井径测量方法，不局限于石油天然气钻井工程，应用还包括：煤层气钻井、地质探矿钻井等所有使用旋转导向工具钻井的工程应用领域。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对上述实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种基于旋转导向的随钻井径测量方法，其特征在于，包括：
①基于分置于旋转导向工具钻铤外侧的至少两个肋板且分别在每个所述肋板的最外沿安装力学传感器，每个所述肋板根据定向钻井指令依次推开、收拢，引导钻头按照设计轨迹在地层中钻进；当任意一个所述肋板推开时，该所述肋板将与井壁接触并使所述钻铤向接触井壁的所述肋板的相反方向偏移并通过所述力学传感器接收到对应位置所述肋板与井壁的贴合状态信息或者使所述力学传感器从驱动所述肋板开合的动力机构获取压力、角度、转速、行程信息以判断对应所述肋板与井壁的贴合状态，从而实现钻井轨迹的改变并获得该所述肋板最外端至所述钻铤几何中心的半径值R；
②任意所述肋板最外端与所述钻铤几何中心的半径R将被记录在电子线路板的芯片上，且任意所述肋板的R值被分别定义为R1至Rn；由于任意所述肋板与钻铤的安装有其固有的物理位置，因此，R1至Rn分别对应于对应的所述肋板且所述肋板与钻铤具有方位特征；
③将任意所述肋板实时测量的Rn进行加权计算，可以得到任意时间δt的井眼平面直径尺寸；
④对任意时间δt的井眼平面直径尺寸进行积分计算，则获得一定时间间隔内的井筒轮廓尺寸；
⑤上述计算结果将导入MWD系统并上传至地面控制系统。
2.根据权利要求1所述的基于旋转导向的随钻井径测量方法，其特征在于，所述动力机构为液压马达，通过采集所述液压马达的转速、角度、液压缸行程等三种信息，换算得出判断对应所述肋板是否接触井壁的状态，得到R值是否有效；或者，通过对应所述肋板端部的力学传感器和液压马达的转速、角度、行程信息的综合计算，得出判断对应所述肋板是否接触井壁的状态，得到R值是否有效。
3.根据权利要求2所述的基于旋转导向的随钻井径测量方法，其特征在于，所述钻铤外侧分布有三个所述肋板并由所述液压马达驱动实现所述肋板的开合。
4.根据权利要求3所述的基于旋转导向的随钻井径测量方法，其特征在于，三个所述肋板沿所述钻铤的圆周侧径向等间距分布；或三个所述肋板沿所述钻铤的外侧轴向错位分布。
5.根据权利要求4所述的基于旋转导向的随钻井径测量方法，其特征在于，任意所述肋板根据定向钻井指令依次向外推开，使得所述肋板依次接触井壁且不允许两个以及两个以上的肋板同时向外推出，由此依次获得多个对应所述肋板的Rn测量值。
6.根据权利要求1所述的基于旋转导向的随钻井径测量方法，其特征在于，还包括：方位传感器，所述方位传感器分别对应所述肋板，并通过所述肋板与对应位置所述方位传感器的接触而确定所述肋板与钻铤的方位特征，并将该方位信息记录在电子线路板的芯片上。
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