CN107387065A - 一种固井胶塞动态跟踪指示系统及方法 - Google Patents

一种固井胶塞动态跟踪指示系统及方法 Download PDF

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    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00Survey of boreholes or wells
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Abstract

本发明属于固井技术领域,公开了一种固井胶塞动态跟踪指示系统及方法,所述系统包括用于胶塞通过的标识挡圈;通过标识挡圈后,用于测量压力的井上压力单元;与井上压力单元相连接,用于测量排量的排量传感器;与排量传感器相连接,用于数据采集的数据AD采集卡;与数据AD采集卡相连接,用于软件记录的电脑;与电脑相连接,用于实时动态显示的人机交互界面软件。可以十分廉价的方案全程实时动画直观显示,标识位置准确;标识前用公式拟合固井胶塞位置,标识后校准拟合公式;压力升阻结构为一次性损消产生颗粒小于5mm,胶塞通过后通径不变,不影响后续施工。

Description

一种固井胶塞动态跟踪指示系统及方法
技术领域
本发明属于固井技术领域,尤其涉及一种固井胶塞动态跟踪指示系统及方法。
背景技术
固井过程中,常常需要利用外部仪器来对固定胶塞的位置进行确定,以便于固井指挥过程的顺利执行。然而,现有固井胶塞位置的确定需要通过排量计算估判胶塞位置,配合压力表做碰压判断,不能直观可视化动态指示;在碰压结束前,由于泵车排量的波动性、管汇滞留泥浆、传感器精度低等因素导致了固井胶塞的位置不确定性,对固井指挥增加难度与风险。
现有固井胶塞位置确定需要通过排量计算估判胶塞位置,配合压力表做碰压判断,不能直观可视化动态指示;在碰压结束前,由于泵车排量的波动性、管汇滞留泥浆、传感器精度低等因素导致了固井胶塞的位置不确定性,对固井指挥增加难度与风险。难点在于单凭人工难以精准把握多个细微数据之间的逻辑关系、难以进行有效运算、无法同时把握很多相关参数的逻辑关系,更不能在对时间粗略解算的情况下对胶塞动态实时估算。好比只看一眼棒球激发来估算它在空中的轨迹未知一般,人类的生理运作方式不适合精细化实时计算,除非经过反复在相对固定环境下的强化联系形成本能反应。但是固井情况每次都会变化不适合人类训练。通过三参仪器人工判断,由于操作人员素质参差不齐,导致判断失误或者不能准确判断。
现有超声波信号标志物方案,精度虽然高但是存在成本发射功率、泥浆环境下的衰减等问题,技术难度较高。目前在水声通讯方面最深记录在7千米,且不能重复使用的问题,造价较高。超声波信标标识物,造价昂贵,设备不可回收重复利用。
综上所述,现有技术存在的问题是:
a、通过三参仪器人工判断,由于操作人员素质参差不齐,导致判断失误或者不能准确判断。
b、现有超声波信号标志物方案,精度虽然高但是存在成本发射功率、泥浆环境下的衰减等问题,技术难度较高。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种固井胶塞动态跟踪指示系统及方法。
本发明是这样实现的,
一种固井胶塞动态跟踪指示系统,所述固井胶塞动态跟踪指示系统包括:
入框图所示:
(1)标识挡圈:用于胶塞通过的标识挡圈;(如示意图所示的环形钢化玻璃,加压破碎后会粉碎为微珠的结构)
(2)井上压力单元:通过标识挡圈后,用于测量压力的井上回波压力单元;(与固井水泥头连接的T型三通结构总成)
(3)排量传感器:与井上压力单元T三通结构相连接,用于测量排量的排量传感器总成;
(4)数据AD采集卡:与排量传感器相连接,用于数据采集的数据AD采集卡;(包括:电路、电源、通讯接口、ABS工程塑料壳体总成)
(5)电脑:与数据AD采集卡相连接,用于记录的电脑;(存储数据、存放操作系统以及相关软件的便携笔记本电脑)
(6)人机交互界面软件:与电脑相连接,用于实时动态显示的人机交互界面。(直观敏捷的把井下情况通过图像、声音的方式传递给用户)
进一步,所述标识挡圈为压力提升阻结构,用于增加胶塞通过时的压力波动。在胶塞前端接触挡圈的瞬时形成柔性与刚性短暂静态压力密封状态,压力纵波会以较快的速度传递上行且几乎不衰减的到达井口。
进一步,所述数据AD采集卡根据现场情况自供电,用于远程无线通信。
在长达数小时的工作过程中系统使用自身电池供电,避免接入电网导致的干扰、供电不稳定等问题。而且通过数据透传模块把井口(4)AD采集单元设备连接无线化方便施工人员活动操作,方便监控人员远距离观察指挥、避免狭小空间人员过多导致的拥挤、避免有线连接拖拽收放电缆,方便现场使用。
本发明另一目的在于提供一种固井胶塞动态跟踪指示方法,使用压力单元和排量传感器检测信号并进行判断,具体包括:
首先,把井口泵压P的斜率定义为参数a,泵压P突然升高大于45°/min时:a逻辑值=1;
其次,把泵送流量F的斜率定义为参数b,流量F瞬间减小-45°/(n sec)或等于0时:b逻辑值为1;
设定碰压信号T出现,则T=1,if(a||b){T=1;};
初始理论井深(L)位置计算:
L=测量排量/内径截面积;
当在校验信号出现的时候更新误差值(E),实际井深:
Lfa=有效排量/内径截面积;
E=测量排量-有效排量=内径截面积*(Lfa-L);
则按照排量单位可以得到排量误差值校准E;
校准后井深(Le)=(测量排量+E)/内径截面积。
进一步,所述的固井胶塞动态跟踪指示方法还包括:
标识挡圈在下套管施工时预先放入套管柱,并记录标识挡圈上下套管节数,输入至电脑的UI软件;在替浆时,当胶塞通过标识挡圈时导致压力升高,标识挡圈粉碎后继而通过套管内液体传递压力直至井口的排量传感器进行标识与校准,标识是在胶塞与挡圈接触的时刻进行标识,入45分32秒;校准是在第二次碰撞的时刻校准理论深度数学模型中的误差参数。配合排量传感器终通过人机交互界面实时计算并显示胶塞位置。
实时计算并显示胶塞位置:
初始胶塞理论井深(L)位置计算:
L=测量排量/内径截面积;
当在校验信号出现的时候更新误差值(E),实际井深:
Lfa=有效排量/内径截面积;
E=测量排量-有效排量=内径截面积*(Lfa-L);
则按照排量单位可以得到排量误差值校准E;
校准后井深(Le)=(测量排量+E)/内径截面积。
校准后井深即为胶塞位置。
进一步,所述的固井胶塞动态跟踪指示方法还包括:
固井下套管开始前设计距离碰压前预警距离,在下套管施工时接入胶塞挡圈在预定套管节数之间;
预警距离在根据设计最后一次校准后会有n根左右套管,根据不同套管和排量的胶塞运行速度每秒0.5~2米左右,每一根套管内运行时间在20秒到5秒时间,根据现场施工特点控制n的数量,获得预警距离n*8米,则在预警距离内控制好排量避免事故。根据施工人员的需求设定具体值n,系统范围在0~1023。套管尺寸通常在8~12米之间根据型号规格不同有所区别,依照实际参数为准。
预定套管节数依据不同井的固井设计井深,使用的套管单根长度计算出需要的节数,系统范围在0~2048。
在水泥头与替浆管汇间连接压力、排量传感器与AD采集卡通过TCP/IP上传至上位机,输入安装节数、深度参数;由LABVIEW接收按照公式解算位置并动画实时显示;
实时计算并显示胶塞位置:
初始胶塞理论井深(L)位置计算:
L=测量排量/内径截面积;
当在校验信号出现的时候更新误差值(E),实际井深:
Lfa=有效排量/内径截面积;
E=测量排量-有效排量=内径截面积*(Lfa-L);
则按照排量单位可以得到排量误差值校准E;
校准后井深(Le)=(测量排量+E)/内径截面积。
可得Le值
在到达挡圈后产生匹配正确的压力排量信号后校准拟合替浆物理模型公式,产生声光动画预警。公式就是包含校准、判断、计算的多个关联公式组。
《----
首先,把井口泵压P的斜率定义为参数a,泵压P突然升高大于45°/min时:a逻辑值=1;
其次,把泵送流量F的斜率定义为参数b,流量F瞬间减小-45°/min或等于0时:b逻辑值为1;
设定碰压信号T出现,则T=1,if(a||b){T=1;};
初始理论井深(L)位置计算:
L=测量排量/内径截面积;
当在校验信号出现的时候更新误差值(E),实际井深:
Lfa=有效排量/内径截面积;
E=测量排量-有效排量=内径截面积*(Lfa-L);
则按照排量单位可以得到排量误差值校准E;
校准后井深(Le)=(测量排量+E)/内径截面积。
-----》
本发明的优点及积极效果为:本发明可以利用压力回波进行标定校准,依据排量跟踪胶塞位置,多通道测量实时知识胶塞位,使用带有固定算法的软件界面,采用多个数据集成系统,可以全程实时动画直观显示,标识位置准确;过标识前用公式拟合固井胶塞位置,过标识后校准拟合公式;压力升阻结构为一次性损消产生颗粒小于5mm,胶塞通过后通径不变,不影响后续施工。通过安装本胶塞指示器,可使得胶塞碰压位置指示精确到1套管长度。本方案技术效果体现为,与背景技术中的方案相比较,相对a方案智能化、可视化,直观便捷。b技术可靠性高。井下使用纯物理器件,不怕进水高温。单个挡圈损耗件成本小于20元。单口井实际井测量消耗品成本不超过500元。可以十分廉价的方案全程实时动画直观显示,标识位置准确;标识前用公式拟合固井胶塞位置,标识后校准拟合公式;压力升阻结构为一次性损消产生颗粒小于5mm,胶塞通过后通径不变,不影响后续施工。
附图说明
图1是本发明实施例提供的固井胶塞动态跟踪指示系统的结构框图;
图2是本发明实施例提供的标识挡圈结构示意图。
图中:1、标识挡圈;2、井上压力单元;3、排量传感器;4、数据AD采集卡;5、电脑;6、人机交互界面软件;7、套管;8、套管接箍。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
固井胶塞动态跟踪指示系统包括用于胶塞通过的标识挡圈1;
通过标识挡圈1后,用于测量压力的井上压力单元2;
与井上压力单元2相连接,用于测量排量的排量传感器3;
与排量传感器3相连接,用于数据采集的数据AD采集卡4;
与数据AD采集卡4相连接,用于软件记录的电脑5;
与电脑5相连接,用于实时动态显示的人机交互界面6。
所述标识挡圈1为压力提升阻结构,增加胶塞通过时的压力波动。
所述标识挡圈1为钢化玻璃圈,超过设计弯曲强度后可碎裂为5mm以下粉碎末不影响胶塞坐封浮箍。
所述数据AD采集卡4可以根据现场情况自供电,远程无线通信,方便施工指挥使用。
本发明实施例提供的固井胶塞动态跟踪指示方法,使用压力单元和排量传感器检测信号并进行判断,具体包括:
首先,把井口泵压P的斜率定义为参数a,泵压P突然升高大于45°/min时:a逻辑值=1;
其次,把泵送流量F的斜率定义为参数b,流量F瞬间减小-45°/min或等于0时:b逻辑值为1;
设定碰压信号T出现,则T=1,if(a||b){T=1;};
初始理论井深(L)位置计算:
L=测量排量/内径截面积;
当在校验信号出现的时候更新误差值(E),实际井深:
Lfa=有效排量/内径截面积;
E=测量排量-有效排量=内径截面积*(Lfa-L);
则按照排量单位可以得到排量误差值校准E;
校准后井深(Le)=(测量排量+E)/内径截面积。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
1)本发明实施例提供的固井胶塞动态跟踪指示方法还包括:标识挡圈1在下套管施工时预先放入套管柱,并记录标识挡圈1上下套管节数,输入至电脑2的UI软件;在替浆时,当胶塞通过标识挡圈1时导致压力升高,标识挡圈1粉碎后继而通过套管7内液体传递压力直至井口的排量传感器3进行标识与校准,配合排量传感器3终通过人机交互界面6实时计算并显示胶塞位置。套管接箍8填充在套管外部。
2)本发明实施例提供的固井胶塞动态跟踪指示方法还包括:
1、固井下套管开始前设计距离碰压前预警距离,在下套管施工时接入胶塞挡圈在预定套管7节数之间。
2、在水泥头与替浆管汇间连接压力、排量传感器与AD采集卡通过TCP/IP上传至上位机,输入:安装节数、深度参数等。由LABVIEW接收安装公式解算位置并动画实时显示。
3、在到达挡圈后产生匹配正确的压力排量信号后校准拟合替浆物理模型公式,产生声光动画预警。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
本发明实施例提供的固井胶塞动态跟踪指示方法中,
1、钢化玻璃圈,超过设计弯曲强度后可碎裂为5mm以下粉碎末不影响胶塞坐封浮箍。
2、现场实时可视动画,由PC软件直观显示替浆碰压预警。
3、由传感器、AD采集卡上传至PC做替浆物理模型匹配,经数据处理区分挡圈碰压物理模型和井壁坍塌产生的噪音。
4、AD采集卡可以根据现场情况自供电,远程无线通信,方便施工指挥使用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种固井胶塞动态跟踪指示系统,其特征在于,所述固井胶塞动态跟踪指示系统包括:
标识挡圈,用于胶塞通过的标识挡圈;
井上压力单元,通过标识挡圈后,用于测量压力的井上回波压力单元;
排量传感器,与井上压力单元T三通结构相连接,用于测量排量的排量传感器总成;
数据AD采集卡,与排量传感器相连接,用于数据采集;
电脑,与数据AD采集卡相连接,用于记录的电脑;
人机交互界面软件,与电脑相连接,用于实时动态显示的人机交互界面。
2.如权利要求1所述固井胶塞动态跟踪指示系统,其特征在于,所述标识挡圈为压力提升阻结构,用于增加胶塞通过时的压力波动。
3.如权利要求1所述固井胶塞动态跟踪指示系统,其特征在于,所述数据AD采集卡根据现场情况自供电,用于远程无线通信。
4.一种如权利要求1所述固井胶塞动态跟踪指示系统的固井胶塞动态跟踪指示方法,其特征在于,所述固井胶塞动态跟踪指示方法使用压力单元和排量传感器检测信号并进行判断,具体包括:
首先,把井口泵压P的斜率定义为参数a,泵压P突然升高大于45°/min时:a逻辑值=1;
其次,把泵送流量F的斜率定义为参数b,流量F瞬间减小-45°/min或等于0时:b逻辑值为1;
设定碰压信号T出现,则T=1,if(a||b){T=1;};
初始理论井深(L)位置计算:
L=测量排量/内径截面积;
当在校验信号出现的时候更新误差值(E),实际井深:
Lfa=有效排量/内径截面积;
E=测量排量-有效排量=内径截面积*(Lfa-L);
则按照排量单位可以得到排量误差值校准E;
校准后井深(Le)=(测量排量+E)/内径截面积。
5.如权利要求4所述的固井胶塞动态跟踪指示方法,其特征在于,所述的固井胶塞动态跟踪指示方法还包括:
标识挡圈在下套管施工时预先放入套管柱,并记录标识挡圈上下套管节数,输入至电脑的UI软件;在替浆时,当胶塞通过标识挡圈时导致压力升高,标识挡圈粉碎后继而通过套管内液体传递压力直至井口的排量传感器进行标识与校准,配合排量传感器终通过人机交互界面实时计算并显示胶塞位置。
6.如权利要求4所述的固井胶塞动态跟踪指示方法,其特征在于,所述的固井胶塞动态跟踪指示方法还包括:
固井下套管开始前设计距离碰压前预警距离,在下套管施工时接入胶塞挡圈在预定套管节数之间;
在水泥头与替浆管汇间连接压力、排量传感器与AD采集卡通过TCP/IP上传至上位机,输入安装节数、深度参数;由LABVIEW接收安装公式解算位置并动画实时显示;
在到达挡圈后产生匹配正确的压力排量信号后校准拟合替浆物理模型公式,产生声光动画预警。
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