CN111779476B - 一种随钻气侵检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种随钻气侵检测装置和检测方法。装置包括本体、密封盖板、环空多相流体介电特性测量传感器、钻柱内多相流体介电特性测量传感器、数据采集存储分析模块、通信接头以及数据发射模块，环空多相流体介电特性测量传感器用于测量环空多相流体介电特性；钻柱内多相流体介电特性测量传感器用于测量钻柱内多相流体介电特性；数据采集存储分析模块用于判定是否存在气侵。方法包括测量环空多相流体介电特性；测量钻柱内多相流体介电特性；计算不同时刻下环空与钻柱内多相流体介电特性差异值；根据不同时刻下差异值变化情况判定是否存在气侵。本发明的装置和方法可直接测量钻井过程中的气侵情况，测量准确度高、发现气侵情况时间短。
Description
技术领域
本发明属于石油勘探技术随钻测量技术领域，更具体地讲，涉及一种随钻气侵检测装置及检测方法，适用于油气田开发钻井过程总的气侵工况安全检测。
背景技术
钻井过程中常钻遇地层孔隙压力与坍塌压力相接近的窄泥浆密度窗口地层，而在窄泥浆密度窗口地层钻进时容易造成溢流、井涌等井下复杂事故。气侵事故一般随着时间的推移而逐步恶化，其发现时间直接影响事故的处理难度和处理效果。
目前气侵检测方法有泥浆池液面法、钻井液返出流量计法、声波气侵监测法和基于LWD、PWD气侵检测，不同的检测方法其特点亦不同。其中，泥浆池液面法简单常用，但其时间滞后较大，不利于及时发现事故，为后续处理工序提供的时间较少。其它方法受到测量精度限制，需要等气侵量达到一定程度才能被检测到。此外由于理论水平和技术水平限制，其可靠性有待进一步提高。特别是对于渗透性低的气藏，发生气侵时，单位时间内侵入的气体体积小，井底流压变化小，井底的压差变化不大，因此对于低渗透型的微量气侵难度大。
通过研究对比发现，现有的气侵检测方法和装置均需要等到气体侵入量超过某个范围时，才能被识别。由于气侵初期，气体在井底高压作用下，体积压缩或者溶于钻井液，体积变化不明显。因此基于体积变化、压力变化、流量变化、多相流界面等原理的气侵检测方法在时间方面均有一定的滞后。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够解决随钻气侵检测滞后，判断不准确的气侵检测装置。
为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种随钻气侵检测装置，所述检测装置可以包括本体、密封盖板、环空多相流体介电特性测量传感器、钻柱内多相流体介电特性测量传感器、数据采集存储分析模块、通信接头以及数据发射模块，其中，所述本体设置有沿轴向贯穿本体且能够使钻柱内多相流体流通的流体通道，在所述本体的表面开设有一面开口的电路仓，在所述电路仓与所述流体通道之间开设有钻柱内多相流体介电特性测量传感器安装孔；所述密封盖板设置在所述电路仓的开口处，用于密封电路仓，在所述密封盖板上开设有环空多相流体介电特性测量传感器安装孔；所述环空多相流体介电特性测量传感器设置在所述环空多相流体介电特性测量传感器安装孔内，用于测量环空多相流体介电特性；所述钻柱内多相流体介电特性测量传感器设置在所述钻柱内多相流体介电特性测量传感器安装孔内，用于测量钻柱内多相流体介电特性；所述数据采集存储分析模块设置在所述电路仓内，所述数据采集存储分析模块用于采集、存储所述环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性，并比对在不同时刻下环空多相流体介电特性与钻柱内多相流体介电特性差异的变化情况，判定钻井过程中是否存在气侵；所述通信接头设置在所述本体内，所述通信接头用于接收所述数据采集存储分析模块判定是否存在气侵的判定结果并将判定结果传输至数据发射模块；所述数据发射模块设置在所述本体内，所述数据发射模块用于接收所述通信接头传输的判定结果并将判定结果发射至地面。
本发明的另一方面提供了一种随钻气侵检测方法，所述检测方法可以包括以下步骤：测量环空多相流体介电特性；测量钻柱内多相流体介电特性；计算不同时刻下环空多相流体介电特性与钻柱内多相流体介电特性差异值；根据不同时刻下差异值变化情况判定是否存在气侵。
与现有技术相比，本发明的有益效果可以包括以下中的至少一项：
(1)本发明的检测装置和检测方法可直接测量钻井过程中的气侵情况，测量准确度高、发现气侵情况时间短；
(2)本发明的检测装置和检测方法能够利用钻柱内多相流体介电特性和环空多相流体介电特性对比，根据多相流体介电特性变化情况，能够准确判定钻井气侵工况，能够显著提高判断钻井气侵工况的准确度。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了本发明一个示例性实施例的随钻气侵检测装置结构示意图；
图2为图1中虚线区域放大示意图。
附图标记说明：
1-本体，2-密封盖板，3-环空多相流体介电特性测量传感器，4-钻柱内多相流体介电特性测量传感器，5-数据采集存储分析模块，6-通信接头，7-数据发射模块，8-流体通道，9-电路仓，10-钻柱内多相流体介电特性测量传感器安装孔，11-环空多相流体介电特性测量传感器安装孔，12-数据调节模块，13-承压套管，14-电源，15-电路连接器。
具体实施方式
在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的随钻气侵检测装置和检测方法。
图1示出了本发明一个示例性实施例的随钻气侵检测装置结构示意图。图2为图1中虚线区域放大示意图。
本发明的一方面提供了一种随钻气侵检测装置。在本发明的随钻气侵检测装置的一个示例性实施例中，如图1和2所示，所述检测装置可以包括本体1、密封盖板2、环空多相流体介电特性测量传感器3、钻柱内多相流体介电特性测量传感器4、数据采集存储分析模块5、通信接头6以及数据发射模块7。其中，
所述本体1的中部设置有沿本体轴向贯穿本体设置的流体通道8。所述流体通道8可以用于钻柱内的多相流体在本体1内流通。所述多相流体可以为钻井液。所述本体1的外径与现场钻井井眼尺寸相适配。所述本体1的两端分别与钻柱连接。在所述本体1的表面开设有一面开口的电路仓9。所述电路仓9可以开设在本体1侧身表面的任意位置。例如，如图1所示，所述电路仓9可以开设在本体1剖面的上部。在所述电路仓9与所述流体通道8之间可以开设有钻柱内多相流体介电特性测量传感器安装孔10。
所述密封盖板2设置在所述电路仓9的开口处。所述密封盖板2能够对电路仓9进行密封以防止井筒内的流体进入电路仓，例如，在所述密封盖板2与所述电路仓9的开口之间可以设置有密封材料以对电路仓进行更好的密封。在所述密封盖板2的上表面开设有环空多相流体介电特性测量传感器安装孔11。
所述环空多相流体介电特性测量传感器3可以安装在所述环空多相流体介电特性测量传感器安装孔11内。所述环空多相流体介电特性测量传感器3能够对环空中的多相流体介电特性进行测量。
所述钻柱内多相流体介电特性测量传感器4可以安装在所述钻柱内多相流体介电特性测量传感器安装孔10内。所述钻柱内多相流体介电特性测量传感器4能够对钻柱内的多相流体介电特性进行测量。
所述数据采集存储分析模块5可以设置在所述电路仓9内。所述数据采集存储分析模块5可以至少包含两个数据采集通道，能够分别对环空多相流体介电特性测量传感器3测量的环空多相流体介电特性与钻柱内多相流体介电特性测量传感器4测量的钻柱内多相流体介电特性进行采集并将其采集的数据存储。所述数据采集存储分析模块5还包括对采集的环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性的变化情况进行分析计算以判定是否存在气侵，并将分析计算结果进行存储后通过通信接头6传输至数据发射模块7。
所述通信接头6可以密封后设置在本体1中的流体通道8中。所述通信接头6能够将数据采集存储分析模块5判定的气侵结果传输至数据发射模块7，实现模块之间的数据传输，并能够防止井下的流体(钻井液)进入电路仓中，能够确保检测装置内部的密封性。所述通信接头的形状可以设置为任意形状，能够保证数据传输以及密封性即可。图1中的标注15表示电路连接器。
所述数据发射模块7可以设置在本体1的一端部。所述数据发射模块7能够将通信接头6传输的判定气侵结果发射至地面，以供地面人员指导气侵判定结果。
在本实施例中，所述检测装置还可以包括数据调节模块12。所述数据调节模块12可以设置在所述电路仓9中，可以设置在所述电路仓9中的一端部。所述数据调节模块12能够接收所述环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性，并将接收的环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性转换至标准信号传输至数据采集存储分析模块。所述数据调节模块12转换后的标准信号与所述数据采集存储分析模块5的AD输入范围相匹配，例如数据调节模块12的输出范围可以为-10V～+10V。
在本实施例中，所述检测装置还可以包括承压套管13、电源14以及电源连接孔(图1中未示出)。所述承压套管13设置在所述通信接头6与所述数据发射模块7之间。所述电源14设置在所述承压套管13中。所述电源14能够为所述环空多相流体介电特性测量传感器、钻柱内多相流体介电特性测量传感器、数据采集存储分析模块以及数据发射模块提供电能。所述承压套管13能够为电源14隔绝井下流体高压，保护井下电路。
在本实施例中，所述数据发射模块7可以为电磁波发射模块。所述电磁波发射模块能够将井下测量的数据转换为电磁波，电磁波携带井下信息穿透地层以达到地面。
在本实施例中，所述数据采集存储分析模块判定气侵情况可以包括：
环空多相流体介电特性测量传感器3和钻柱内多相流体介电特性测量传感器4分别用于测量环空流体和钻柱内流体的介电特性。环空多相流体介电特性测量传感器3所测量数值记为V环空，钻柱内多相流体介电特性测量传感器4所测量数值记为V钻柱。则环空多相流体介电特性与钻柱内多相流体介电特性差异表示为ΔV，其中，ΔV＝V环空-V钻柱。
在实际操作过程中，可以设定环空多相流体介电特性测量传感器3与钻柱内多相流体介电特性测量传感器4的测量频率。可以在不同的时刻对环空多相流体和钻柱内多相流体的介电特性进行测量。所述环空多相流体介电特性测量传感器3与钻柱内多相流体介电特性测量传感器4的测量间隔可以为0.5～10s。即前一次测量后可以在0.5～10s后再进行下一次测量。
假设，当前t时刻环空多相流体介电特性与钻柱内多相流体介电特性差异表示为ΔVt，前一时刻t-1环空流体与管内流体介电特性差异表示为ΔVt-1。如果
ΔVt-ΔVt-1＝0，
则当前时刻的环空多相流体介电特性与钻柱内多相流体介电特性差异稳定，钻井过程中没有气侵情况；
如果
ΔVt-ΔVt-1≠0，
则当前时刻的环空多相流体介电特性与钻柱内多相流体介电特性差异不稳定，钻井过程中有气侵情况。
进一步的，由于在钻井过程中各种工况对测量数据有影响，为了进一步提高井下工具对气侵判定的准确性，数据采集存储分析模块判定气侵情况可以包括：
确定环空多相流体介电特性测量传感器与钻柱内多相流体介电特性测量传感器的测量频率；
计算在同一时刻下环空多相流体介电特性测量传感器测量的环空多相流体介电特性V环空与钻柱内多相流体介电特性测量传感器测量的钻柱内多相流体介电特性V钻柱之间差异值ΔV，其中，ΔV＝V环空-V钻柱；
通过式1计算判定值，其中，式1为：
其中，ΔVt表示t时刻下测量的环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值，ΔVt-1表示t-1时刻下测量的环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值，ΔVt-2表示t-2时刻下测量的环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值，ΔVt-n表示t-n时刻下测量的环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值，n表示测量时刻数量，t、t-1、…、t-n表示连续的检测时刻；
将判定值与阈值进行比较，若判定值小于阈值，则判定不存在气侵，若判定值不小于阈值，则判定存在气侵，所述判定值为给定值，具体地，若
则钻井过程中没有气侵情况；
则钻井过程中有气侵情况；
其中，α为阈值。所述阈值α与钻井液、岩屑颗粒、岩性、钻具波动等因素有关。例如，所述阈值α可以取0.15～0.25，进一步的，可以取0.2。所述阈值α可以为给定值。
在本实施例中，所述数据采集存储分析模块可以在没有气侵存在下，输出二进制数据“0”；在有气侵的情况下输出二进制数据“1”。数据发射模块接收二进制数据“0”或“1”并将二进制数据“0”或“1”转换为相应的编码传输至地面。
本发明的另一方面提供了一种随钻气侵检测方法。在本发明的随钻气侵检测方法的一个示例性实施例中，所述检测方法可以包括：
S01，测量井下环空多相流体介电特性；
S02，测量钻柱内多相流体介电特性；
S03，计算环空多相流体介电特性与钻柱内多相流体介电特性的差异值；
S04，根据不同时刻下差异值的变化情况判定井下是否存在气侵。
在本实施例中，所述差异值可以是环空多相流体介电特性与钻柱内多相流体介电特性的差值。
在本实施例中，所述根据不同时刻下差异值的变化情况判定井下是否存在气侵可以包括：
确定环空多相流体介电特性测量传感器与钻柱内多相流体介电特性测量传感器的测量频率；
比对t时刻下环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值ΔVt与t-1时刻环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值ΔVt-1，若ΔVt与ΔVt-1相等，则判定不存在气侵，若ΔVt与ΔVt-1不相等，则判定存在气侵，其中，t时刻与t-1时刻为相邻两次检测时刻。例如，t-1时刻为t时刻的后一时刻。根据测量频率即可确定前一时刻与后一时刻的间隔时间差值。
在本实施例中，所述根据不同时刻下差异值的变化情况判定井下是否存在气侵可以包括：
确定环空多相流体介电特性测量传感器与钻柱内多相流体介电特性测量传感器的测量频率；
计算在同一时刻下环空多相流体介电特性测量传感器测量的环空多相流体介电特性V环空与钻柱内多相流体介电特性测量传感器测量的钻柱内多相流体介电特性V钻柱之间差异值ΔV，其中，ΔV＝V环空-V钻柱；
通过式1计算判定值，其中，式1为：
其中，ΔVt表示t时刻下测量的环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值，ΔVt-1表示t-1时刻下测量的环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值，ΔVt-2表示t-2时刻下测量的环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值，ΔVt-n表示t-n时刻下测量的环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值，n表示测量时刻数量，t、t-1、…、t-n表示连续的检测时刻；
将判定值与阈值进行比较，若判定值小于阈值，则判定不存在气侵，若判定值不小于阈值，则判定存在气侵，所述判定值为给定值。具体地，若
则钻井过程中没有气侵情况；
则钻井过程中有气侵情况；
其中，α为阈值。所述阈值α可以为给定值。
以上，需要说明的是S01与S02之间并没有先后顺序，也可以同时进行。
综上所述，本发明的检测工具和方法可直接测量钻井过程中的气侵情况，测量准确度高、发现气侵情况时间短；本发明的检测装置和检测方法利用钻柱内多相流体介电特性和环空多相流体介电特性对比，根据多相流体介电特性变化情况，能够显著提高判断钻井气侵工况的准确度。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。
Claims (8)
1.一种随钻气侵检测装置，其特征在于，所述检测装置包括本体、密封盖板、环空多相流体介电特性测量传感器、钻柱内多相流体介电特性测量传感器、数据采集存储分析模块、通信接头以及数据发射模块，其中，
所述本体设置有沿轴向贯穿本体且能够使钻柱内多相流体流通的流体通道，在所述本体的表面开设有一侧开口的电路仓，在所述电路仓与所述流体通道之间开设有钻柱内多相流体介电特性测量传感器安装孔；
所述密封盖板设置在所述电路仓的开口处，用于密封电路仓，在所述密封盖板上开设有环空多相流体介电特性测量传感器安装孔；
所述环空多相流体介电特性测量传感器设置在所述环空多相流体介电特性测量传感器安装孔内，用于测量环空多相流体介电特性；
所述钻柱内多相流体介电特性测量传感器设置在所述钻柱内多相流体介电特性测量传感器安装孔内，用于测量钻柱内多相流体介电特性；
所述数据采集存储分析模块设置在所述电路仓内，所述数据采集存储分析模块用于采集、存储所述环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性，并比对在不同时刻下环空多相流体介电特性与钻柱内多相流体介电特性差异的变化情况，判定钻井过程中是否存在气侵；
所述数据采集存储分析模块比对在不同时刻下环空多相流体介电特性与钻柱内多相流体介电特性差异变化包括：
确定环空多相流体介电特性测量传感器与钻柱内多相流体介电特性测量传感器的测量频率；
计算在同一时刻下环空多相流体介电特性测量传感器测量的环空多相流体介电特性V环空与钻柱内多相流体介电特性测量传感器测量的钻柱内多相流体介电特性V钻柱之间差异值ΔV，其中，ΔV＝V环空-V钻柱；
比对t时刻下环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值ΔVt与t-1时刻环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值ΔVt-1，若ΔVt与ΔVt-1相等，则判定不存在气侵，若ΔVt与ΔVt-1不相等，则判定存在气侵，其中，t时刻与t-1时刻为相邻两次检测时刻；
所述通信接头设置在所述本体内，所述通信接头用于接收所述数据采集存储分析模块判定是否存在气侵的判定结果并将判定结果传输至数据发射模块；
所述数据发射模块设置在所述本体内，所述数据发射模块用于接收所述通信接头传输的判定结果并将判定结果发射至地面。
2.根据权利要求1所述的随钻气侵检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括数据调节模块，所述数据调节模块设置在所述电路仓内，所述数据调节模块用于接收所述环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性，并将接收的环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性转换至标准信号传输至数据采集存储分析模块。
3.根据权利要求1所述的随钻气侵检测装置，其特征在于，所述电路仓的内部设置有电源连接孔，用于接通电源。
4.根据权利要求1所述的随钻气侵检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括承压套管以及电源，所述承压套管设置在所述通信接头与所述数据发射模块之间，所述电源设置在所述承压套管内，所述电源能够为所述检测装置提供电能。
5.根据权利要求1所述的随钻气侵检测装置，其特征在于，所述数据采集存储分析模块比对在不同时刻下环空多相流体介电特性与钻柱内多相流体介电特性差异变化包括：
确定环空多相流体介电特性测量传感器与钻柱内多相流体介电特性测量传感器的测量频率；
计算在同一时刻下环空多相流体介电特性测量传感器测量的环空多相流体介电特性V环空与钻柱内多相流体介电特性测量传感器测量的钻柱内多相流体介电特性V钻柱之间差异值ΔV，其中，ΔV＝V环空-V钻柱；
通过式1计算判定值，其中，式1为：
其中，ΔVt表示t时刻下测量的环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值，ΔVt-1表示t-1时刻下测量的环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值，ΔVt-2表示t-2时刻下测量的环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值，ΔVt-n表示t-n时刻下测量的环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值，n表示测量时刻数量，t、t-1、…、t-n表示连续的检测时刻；
将判定值与阈值进行比较，若判定值小于阈值，则判定不存在气侵，若判定值不小于阈值，则判定存在气侵，所述阈值为给定值。
6.根据权利要求1所述的随钻气侵检测装置，其特征在于，所述数据发射模块为电磁波发射模块，所述电磁波发射模块能够将接收的气侵判定结果进行编码后传输至地面。
7.一种随钻气侵检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：
测量环空多相流体介电特性；
测量钻柱内多相流体介电特性；
计算不同时刻下环空多相流体介电特性与钻柱内多相流体介电特性差异值；
根据不同时刻下差异值变化情况判定是否存在气侵；
所述根据不同时刻下差异值变化情况判定是否存在气侵包括：
比对t时刻下环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值ΔVt与t-1时刻环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值ΔVt-1，若ΔVt与ΔVt-1相等，则判定不存在气侵，若ΔVt与ΔVt-1不相等，则判定存在气侵，其中，t时刻与t-1时刻为相邻两次检测时刻。
8.根据权利要求7所述的随钻气侵检测方法，其特征在于，所述根据不同时刻下差异值变化情况判定是否存在气侵包括：
通过式1计算判定值，其中，式1为：
其中，ΔVt表示t时刻下测量的环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值，ΔVt-1表示t-1时刻下测量的环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值，ΔVt-2表示t-2时刻下测量的环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值，ΔVt-n表示t-n时刻下测量的环空多相流体介电特性和钻柱内多相流体介电特性之间差异值，n表示测量时刻数量，t、t-1、…、t-n表示连续的检测时刻；
将判定值与阈值进行比较，若判定值小于阈值，则判定不存在气侵，若判定值不小于阈值，则判定存在气侵，所述阈值为给定值。
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