CN111364978B - 一种井涌井漏监测装置和监测方法 - Google Patents

Abstract

一种井涌井漏监测装置和监测方法。井涌井漏监测装置包括第一检测单元、第二检测单元和分析单元，所述第一检测单元和所述第二检测单元均与所述分析单元相连接，第一检测单元获取隔水管组内液面相对于分流器的参照高度变化数据信息，第二检测单元获取伸缩节内筒相对于隔水管组的伸缩节外筒的实际伸缩变化数据信息；分析单元根据参照高度变化数据信息和实际伸缩变化数据信息生成隔水管组内液面相对于伸缩节外筒的实际高度变化数据信息，输出对应监测结果，作业者根据监测结果确定是否发生井涌井漏。该装置可大大提高深水钻井过程中井涌、井漏监测的准确度和效率，而且能够满足在各种不同工况下有效使用。

Description

一种井涌井漏监测装置和监测方法

技术领域

本文涉及海洋石油工程技术，尤指一种井涌井漏监测装置、一种井涌井漏监测方法。

背景技术

在海洋石油开发过程中，受钻井液窄安全密度窗口、裂缝的碳酸盐岩储层、高温高压地层等复杂因素的影响，很容易发生井涌、井漏事故，严重影响钻井的安全和时效。若深水井涌、井漏发现不及时，气侵流体可能进入水下防喷器和隔水管组，而由于防喷器结构复杂，气侵流体在防喷器内高压低温的环境下可能形成固态水合物，从而导致防喷器失效；进入隔水管组的气侵流体，会引起隔水管组内外压力不平衡，从而导致隔水管组被压毁，钻井液无法建立循环，进而造成井喷事故。因此，在深水钻井过程中做到对井涌、井漏的早发现，对海洋钻井作业具有十分重要的意义。

现有的井涌、井漏监测方法包括以下几种：

(1)基于流量的井涌、井漏监测方法，该方法一种是通过采用挡板流量计测量井口处钻井液出口流量的变化趋势来定性分析井涌发展过程，但其对于井涌报警具有延后性，测量精度低；另一种是采用高精度流量计测量井口处钻井液入口流量和钻井液出口流量，对比流量差的变化，实时监测井涌是否发生，但该方法需要大直径的科式流量计，造价昂贵，平台改造复杂；

(2)基于池体积变化的井涌、井漏监测方法，该方法是根据泥浆池内钻井液的体积变化来反应井筒内钻井液流入流出量的变化趋势，其受平台晃动及配浆、移罐等作业影响显著，而且泥浆池截面积大，不利于精确监测；

(3)基于井筒压力的井涌监测方法，该方法是通过对比井底压力的井筒水力学计算结果和PWD测量值(即压力测量值)，实时监测井涌是否发生，但由于这种方法受井下复杂工况和测量环境的干扰以及数据传输速度的影响显著，在无钻井液返出工况下不能有效使用；

(4)基于钻井液气体组分监测的方法，该方法是利用半透膜的透气、不透水的特殊性质，通过监测钻井液中烃类气体的浓度来判断井涌是否发生，但由于该种方法受半透膜渗透效率的影响较大，在高压条件下使用效果一般。

故此，如何经济、有效、准确地监测深水钻井过程中的井涌、井漏问题，亟需本领域技术人员解决。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少之一，本申请提供了一种井涌井漏监测装置，能够经济、有效、准确地监测深水钻井过程中的井涌、井漏问题，从而防止发生井喷事故。

本申请还提供了一种井涌井漏监测方法。

本发明实施例提供的井涌井漏监测装置，用于浮式钻井系统，所述浮式钻井系统包括隔水管组，所述隔水管组包括自上至下依次设置的分流器、伸缩节内筒、伸缩节外筒和隔水管管串；所述井涌井漏监测装置包括第一检测单元、第二检测单元和分析单元，所述第一检测单元和所述第二检测单元均与所述分析单元相连接；

所述第一检测单元用于获取所述隔水管组内液面相对于所述分流器的参照高度变化数据信息；

所述第二检测单元用于获取所述伸缩节内筒相对于所述伸缩节外筒的实际伸缩变化数据信息；

所述分析单元用于根据所述参照高度变化数据信息和所述实际伸缩变化数据信息生成所述隔水管组内液面相对于所述伸缩节外筒的实际高度变化数据信息，通过将所述实际高度变化数据信息与所述分析单元内预存数据信息进行对比，输出对应监测结果。

可选地，所述第一检测单元固定在所述分流器上。

可选地，所述第一检测单元和所述第二检测单元均配置有信号放大器和信号稳定器。

可选地，所述第一检测单元为液位监测器。

可选地，所述第二检测单元包括信号发射件和信号接收件，所述信号发射件和所述信号接收件中的一个安装在所述伸缩节内筒上、另一个安装在所述伸缩节外筒上。

可选地，所述伸缩节内筒的上端沿径向向外凸出有第一安装部，所述伸缩节外筒的上端沿径向向外凸出有第二安装部，所述第一安装部和所述第二安装部轴向正对，所述信号发射件和信号接收件中的一个安装在所述第一安装部上、另一个安装在所述第二安装部上。

可选地，所述分析单元为CPU处理器。

本发明实施例提供的井涌井漏监测方法，应用于上述任一实施例所述的井涌井漏监测装置；所述井涌井漏监测方法包括：

所述第一检测单元获取所述隔水管组内液面相对于所述分流器的参照高度变化数据信息，并将所述参照高度变化数据信息传输给所述分析单元；

第二检测单元获取所述伸缩节内筒相对于所述伸缩节外筒的实际伸缩变化数据信息，并将所述实际伸缩变化数据信息传输给所述分析单元；

所述分析单元根据所述参照高度变化数据信息和所述实际伸缩变化数据信息生成所述隔水管组内液面相对于所述伸缩节外筒的实际高度变化数据信息，通过将所述实际高度变化数据信息与所述分析单元内预存数据信息进行对比，输出对应监测结果。

与现有技术相比，本发明实施例提供的井涌井漏监测装置，第一检测单元获取隔水管组内液面相对于分流器的参照高度变化数据信息，第二检测单元获取伸缩节内筒相对于伸缩节外筒的实际伸缩变化数据信息；分析单元根据参照高度变化数据信息和实际伸缩变化数据信息生成隔水管组内液面相对于伸缩节外筒的实际高度变化数据信息，消除伸缩节内筒升降对隔水管组内液位在检测时存在的影响，再通过将实际高度变化数据信息与分析单元内预存数据信息进行对比，输出对应监测结果，作业者根据监测结果确定是否发生井涌井漏。该装置可大大提高深水钻井过程中井涌、井漏监测的准确度和效率，而且能够满足在各种不同工况下有效使用。

本文的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本文而了解。本文的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本文技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本文的技术方案，并不构成对本文技术方案的限制。

图1为本发明一个实施例所述的浮式钻井系统的剖视结构示意图，剖面线未示出。

其中，图1中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

101防喷器，102分流器，103伸缩节内筒，104伸缩节外筒，105隔水管管串，200井筒，301钻杆，302泥浆池，303泥浆输入管线，304泥浆输出管线，305钻头，401第一检测单元，402分析单元，403信号发射件，404信号接收件，501海平面，502海底面，600泥浆泵。

具体实施方式

为使本文的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本文的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本文，但是，本文还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本文的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，浮式钻井系统包括隔水管组和防喷器101，隔水管组包括自上至下依次设置的分流器102、伸缩节内筒103、伸缩节外筒104和隔水管管串105，隔水管管串105的下端连接防喷器101，防喷器101安装在井筒200的井口处。

如图1所示，用于钻进和泥浆循环的设备包括钻杆301、泥浆池302、泥浆输入管线303、泥浆泵600以及泥浆输出管线304，钻杆301自隔水管组经过防喷器101插入井筒200内，钻杆301的底端设置有钻头305，泥浆池302位于井筒200之上，用于盛装钻井液，泥浆池302与钻杆301的上端通过泥浆输入管线303连接，分流器102与泥浆池302通过泥浆输出管线304连接。

在钻井过程中，泥浆池302内的钻井液经泥浆输入管线303进入钻杆301中，沿钻杆301向下传输并通过钻头305上的钻头水眼喷出，喷出的钻井液会携带井底岩屑(当出现气侵，钻井液中还携带有气侵流体)依次经井筒200、防喷器101、隔水管管串、伸缩节外筒104和伸缩节内筒103与钻杆301之间的环空上返至分流器102，最后自泥浆输出管线304流入泥浆池302中。

从井筒200上返的钻井液会在分流器102、伸缩节内筒103、伸缩节外筒104、隔水管管串105和防喷器101的环形空间内形成液位。正常工况下，也就是在没有发生井涌、井漏时，隔水管组内的液位是稳定的(即：液位即液面)，而在发生井涌、井漏时，隔水管组内的液位会产生较大波动。

本发明根据隔水管组内的液位的变化情况，实现对井涌、井漏进行监测，能够适用于各种不同工况。在钻井过程中，海平面会发生波动，伸缩节内筒103和伸缩节外筒104作为补偿装置，伸缩节内筒103会通过在伸缩节外筒104内上升或下降来进行升沉补偿，以此来适应海平面波动。标号501为海平面，标号502为海底面。

本发明实施例提供的用于浮式钻井系统的井涌井漏监测装置，如图1所示，包括第一检测单元401、第二检测单元和分析单元402，第一检测单元401和第二检测单元均与分析单元402相连接，第一检测单元401固定在分流器102上。第一检测单元401用于获取隔水管组内液面相对于分流器102的参照高度变化数据信息；第二检测单元用于获取伸缩节内筒103相对于伸缩节外筒104的实际伸缩变化数据信息；分析单元402用于根据参照高度变化数据信息和实际伸缩变化数据信息生成隔水管组内液面相对于伸缩节外筒104的实际高度变化数据信息，通过将实际高度变化数据信息与分析单元402内预存数据信息进行对比，输出对应监测结果。

该井涌井漏监测装置，第一检测单元401获取(“获取”的方式可以是实时检测)隔水管组内液面相对于分流器102的参照高度变化数据信息，并将参照高度变化数据信息传输给分析单元402；第二检测单元获取(“获取”的方式可以是实时检测)伸缩节内筒103相对于伸缩节外筒104的实际伸缩变化数据信息(如伸缩节内筒103伸出长度的变化量)，并将实际伸缩变化数据信息传输给分析单元402；分析单元402根据参照高度变化数据信息和实际伸缩变化数据信息生成隔水管组内液面相对于伸缩节外筒104的实际高度变化数据信息(如液面实际高度变化量)，消除伸缩节内筒103升降对隔水管组内液位在检测时存在的影响，得到隔水管组内液面的实际波动情况，再通过将实际高度变化数据信息与分析单元402内预存数据信息进行对比，输出对应监测结果，作业者根据监测结果即可确定是否发生井涌、井漏，可避免发生井喷事故。该装置可大大提高深水钻井过程中井涌、井漏监测的准确度和效率，而且能够满足在各种不同工况下有效使用。

预存数据信息可以是正常工况下的隔水管组内液面的波动情况。监测结果为是否发生井涌、井漏。在实际高度变化数据信息与预存数据信息相对应时，确定为未发生井涌、井漏；在实际高度变化数据信息与预存数据信息不对应时，确定为发生井涌、井漏。

该井涌井漏监测装置基本不无需对浮式钻井系统进行改造，成本较低。

分流器102、伸缩节内筒103、伸缩节外筒104和隔水管管串的内径相差很小，一般深水钻井所用的21in隔水管组的内径约为20in，考虑到钻杆301外径的影响，隔水管组与钻杆301所形成环空的外径约为20in(508mm)，内径约为5in(127mm)，横截面积较小，故隔水管组内钻井液的液面变化较灵敏，隔水管组内液面对井涌、井漏的响应速度快速，从而能够准确地对深水钻井井涌进行早期监测，可以实现深水井涌、井漏的监测、预警及溢流状态的动态监控，填补无钻井液返出工况下井漏早期监测的技术空白，完善和优化井涌、井漏早期监测方法，形成一套基于深水隔水管液面安全监控及井喷智能预警的综合技术，做到井涌早发现，为深水安全高效钻井提供技术支撑。

可选地，第一检测单元401为液位监测器，液位监测器可以配置有信号放大器和信号稳定器。信号放大器和信号稳定器能够对液位监测器监测到的液面的参照高度变化数据信息进行稳定加强处理，从而提高监测结果的准确性。信号放大器和信号稳定器与第一检测单元和分析单元的连接关系为常规结构，在此不再赘述。

可选地，如图1所示，第二检测单元包括信号发射件403(如信号发射传感器)和信号接收件404(如信号接收传感器)，信号发射件403和信号接收件404中的一个安装在伸缩节内筒103上、另一个安装在伸缩节外筒104上。第二检测单元也可以配置信号放大器和信号稳定器等，以提高监测结果的准确性。信号放大器和信号稳定器与第二检测单元和分析单元的连接关系也为常规结构，在此不再赘述。

信号接收传感器接收信号发射传感器发射的信号后，将信号传送至分析单元402。可以是，相邻两信号的变化量作为实际伸缩变化数据信息。

具体地，伸缩节内筒103的上端沿径向向外凸出有第一安装部，伸缩节外筒104的上端沿径向向外凸出有第二安装部，第一安装部和第二安装部轴向正对(上下正对)，信号发射件403和信号接收件404中的一个安装在第一安装部上、另一个安装在第二安装部上。第一安装部和第二安装部可以为安装板或安装块等结构，均可实现本申请的目的，其宗旨未脱离本发明的设计思想，在此不再赘述，均应属于本申请的保护范围内。

当然，信号发射件和信号接收件也可以均设置在伸缩节内筒和伸缩节外筒中一个上、另一个上设置反射件(此方案图中未示出)，信号发射件发射的信号传输至反射件上，经过反射件反射后反向传输至信号接收件上，并被信号接收件接收，也可实现本申请的目的，其宗旨未脱离本发明的设计思想，在此不再赘述，均应属于本申请的保护范围内。

具体地，分析单元402为CPU处理器。

本发明实施例提供的井涌井漏监测方法(图中未示出)，应用于上述任一实施例的井涌井漏监测装置；井涌井漏监测方法包括：

第一检测单元401获取隔水管组内液面相对于分流器102的参照高度变化数据信息，并将参照高度变化数据信息传输给分析单元402；

第二检测单元获取伸缩节内筒103相对于伸缩节外筒104的实际伸缩变化数据信息，并将实际伸缩变化数据信息传输给分析单元402；

分析单元402根据参照高度变化数据信息和实际伸缩变化数据信息生成隔水管组内液面相对于伸缩节外筒104的实际高度变化数据信息，通过将实际高度变化数据信息与分析单元402内预存数据信息进行对比，输出对应监测结果。

该井涌井漏监测方法，第一检测单元401获取隔水管组内液面相对于分流器102的参照高度变化数据信息，第二检测单元获取伸缩节内筒103相对于伸缩节外筒104的实际伸缩变化数据信息；分析单元402根据参照高度变化数据信息和实际伸缩变化数据信息生成隔水管组内液面相对于伸缩节外筒104的实际高度变化数据信息，消除伸缩节内筒103升降对隔水管组内液位在检测时存在的影响，再通过将实际高度变化数据信息与分析单元402内预存数据信息进行对比，输出对应监测结果，作业者根据监测结果确定是否发生井涌井漏，该方法可大大提高深水钻井过程中井涌、井漏监测的准确度和效率，而且能够满足在各种不同工况下有效使用。

综上所述，本发明实施例提供的井涌井漏监测装置，第一检测单元获取隔水管组内液面相对于分流器的参照高度变化数据信息，第二检测单元获取伸缩节内筒相对于伸缩节外筒的实际伸缩变化数据信息；分析单元根据参照高度变化数据信息和实际伸缩变化数据信息生成隔水管组内液面相对于伸缩节外筒的实际高度变化数据信息，消除伸缩节内筒升降对隔水管组内液位在检测时存在的影响，再通过将实际高度变化数据信息与分析单元内预存数据信息进行对比，输出对应监测结果，作业者根据监测结果确定是否发生井涌井漏，该装置可大大提高深水钻井过程中井涌、井漏监测的准确度和效率，而且能够满足在各种不同工况下有效使用。

在本文的描述中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本文的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

虽然本文所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本文而采用的实施方式，并非用以限定本文。任何本文所属领域内的技术人员，在不脱离本文所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本文的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种井涌井漏监测装置，用于浮式钻井系统，所述浮式钻井系统包括隔水管组，所述隔水管组包括：自上至下依次设置的分流器、伸缩节内筒、伸缩节外筒和隔水管管串；其特征在于，所述井涌井漏监测装置包括：第一检测单元、第二检测单元和分析单元，所述第一检测单元和所述第二检测单元均与所述分析单元相连接；

所述第一检测单元用于获取所述隔水管组内液面相对于所述分流器的参照高度变化数据信息；

所述第二检测单元用于获取所述伸缩节内筒相对于所述伸缩节外筒的实际伸缩变化数据信息；

所述分析单元用于根据所述参照高度变化数据信息和所述实际伸缩变化数据信息生成所述隔水管组内液面相对于所述伸缩节外筒的实际高度变化数据信息，通过将所述实际高度变化数据信息与所述分析单元内预存数据信息进行对比，输出对应监测结果。

2.根据权利要求1所述的井涌井漏监测装置，其特征在于，所述第一检测单元固定在所述分流器上。

3.根据权利要求1所述的井涌井漏监测装置，其特征在于，所述第一检测单元和所述第二检测单元均配置有信号放大器和信号稳定器。

4.根据权利要求1所述的井涌井漏监测装置，其特征在于，所述第一检测单元为液位监测器。

5.根据权利要求1所述的井涌井漏监测装置，其特征在于，所述第二检测单元包括信号发射件和信号接收件，所述信号发射件和所述信号接收件中的一个安装在所述伸缩节内筒上、另一个安装在所述伸缩节外筒上。

6.根据权利要求5所述的井涌井漏监测装置，其特征在于，所述伸缩节内筒的上端沿径向向外凸出有第一安装部，所述伸缩节外筒的上端沿径向向外凸出有第二安装部，所述第一安装部和所述第二安装部轴向正对，所述信号发射件和信号接收件中的一个安装在所述第一安装部上、另一个安装在所述第二安装部上。

7.根据权利要求1所述的井涌井漏监测装置，其特征在于，所述分析单元为CPU处理器。

8.一种井涌井漏监测方法，其特征在于，应用于如权利要求1至7中任一项所述的井涌井漏监测装置；所述井涌井漏监测方法包括：

所述第一检测单元获取所述隔水管组内液面相对于所述分流器的参照高度变化数据信息，并将所述参照高度变化数据信息传输给所述分析单元；

第二检测单元获取所述伸缩节内筒相对于所述伸缩节外筒的实际伸缩变化数据信息，并将所述实际伸缩变化数据信息传输给所述分析单元；

所述分析单元根据所述参照高度变化数据信息和所述实际伸缩变化数据信息生成所述隔水管组内液面相对于所述伸缩节外筒的实际高度变化数据信息，通过将所述实际高度变化数据信息与所述分析单元内预存数据信息进行对比，输出对应监测结果。

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