CN112483074A - 一种用于预测钻井过程气侵现象的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于预测钻井过程气侵现象的方法及系统，包括：连续采集钻井过程中井筒液柱内的音频信号；接收音频信号，并对该信号进行频谱分析，根据频谱分析结果确定不同频率段的声波衰减程度，基于此，判断井下是否发生气侵情况；输出并响应气侵诊断结果。本发明能够对早期的气侵现象进行准确预测，无需在井下布置测试或监测仪器，实施方法简单、安全可靠、施工成本低。

Description

一种用于预测钻井过程气侵现象的方法及系统

技术领域

本发明涉及石油工程领域，具体地说，涉及一种用于预测钻井过程早期气侵现象的方法及系统。

背景技术

钻井施工过程中的气侵是指地层气体侵入到井筒中，并随着钻井液返排到地面，是危害最大的井下复杂情况之一。当井筒中的钻井液液柱压力小于地层流体压力时，地层中的含气流体会侵入到井筒中，发生气侵。由于井筒中的钻井液液柱压力随着深度减小而减小，侵入井筒的气体在上升过程中体积不断膨胀，排开越来越多的钻井液体积，导致井底钻井液压力迅速下降，会有更多的地层流体侵入到井筒中，使气侵急剧恶化。因此，气侵发现越早，处置难度越小。在实际钻井作业过程中，需要及时、准确地发现气侵现象，才能够尽早地进行相应处置，降低气侵带来的危害。所以，对气侵的早期监测有极其重要的意义。

目前应用的气侵监测方法，主要有三种：(1)气测录井，通过监测返排至地面的钻井液中的气体含量，来获知是否有气体侵入到钻井液中。但这种方法无法实现气侵的早期探测。当发生严重气侵时，地面探测到气体时气侵程度已经在迅速恶化中了。(2)超声波检测。将超声波收发设备安装在井筒中，连续监测超声波在钻井液中的强度等参数，气侵导致的超声参数变化可以用于识别气侵。但为了实现早期探测，必须将超声收发设备安装在较深井深的位置，因此，必须配合快速的信号传输设备，导致应用成本很高。(3)利用录井信息采用贝叶斯网络分析判断气侵风险。该方法并非直接检测气侵，其准确率严重依赖于历史数据和历史风险记录，容易发生误报、漏报。而且气侵只有发展到较为严重的程度时才会引起录井信息的明显改变，导致难以实现早期气侵检测。(4)声波相位监测。通常，在发生气侵时，会引起声波在钻井液中的传播速度改变，从而使在井口返排钻井液中连续监测的声波相位发生变化。这种方法受到的杂音干扰较多，尤其在较深的井中应用时，很难从衰减严重的声波信号中排除杂音干扰，监测准确度受限。

综上所述，现有方法的主要问题在于：A、气侵监测的准确率不高，造成误报、漏报较多；B、对于早期气侵现象的检测不够及时；C、设备投入成本较高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于预测钻井过程气侵现象的方法，包括：步骤一、连续采集钻井过程中井筒液柱内的音频信号；步骤二、接收所述音频信号，并对所述音频信号进行频谱分析，根据频谱分析结果确定不同频率段的声波衰减程度，基于此，判断井下是否发生气侵情况；步骤三、输出并响应气侵诊断结果。

优选地，在所述步骤一中，利用设置在井口或靠近井口的钻井套管内返排液中的信息采集模块，实时采集从钻井管柱连同返排流体构成的声波传输通道中的所述音频信号，其中，所述信息采集模块采用水听器。

优选地，在所述步骤二中，根据所述不同频率段的声波衰减程度，分别计算针对第一频率范围内的平均声波衰减程度、以及针对第二频率范围内的平均声波衰减程度，基于此，确定井下是否发生气侵现象，其中，所述第一频率范围的上限值低于所述第二频率范围的下限值。

优选地，进一步，在预设时间阈值内，若所述第二频率范围内的平均声波衰减程度持续低于所述第一频率范围内的平均声波衰减程度，则表明井下发生气侵情况。

优选地，根据频谱分析结果，计算每个频率段的声波平均强度及其对应的声波平均强度导数值，并用所述声波平均强度导数值表示当前频率段的声波衰减程度。

另一方面，提供了一种用于预测钻井过程气侵现象的系统，该系统利用如上述所述的方法来预测井下钻井过程早期气侵现象，所述系统包括：信息采集模块，其用于连续采集钻井过程中井筒液柱内的音频信号；气侵分析模块，其用于接收所述音频信号，并对所述音频信号进行频谱分析，根据频谱分析结果确定不同频率段的声波衰减程度，基于此，判断井下是否发生气侵情况；结果输出模块，其输出并响应气侵诊断结果。

优选地，进一步，所述信息采集模块，其设置在井口或靠近井口的钻井套管内返排液中，用于实时采集从钻井管柱连同返排流体构成的声波传输通道中得到的所述音频信号，其中，所述信息采集模块采用水听器。

优选地，所述气侵分析模块，其进一步用于根据所述不同频率段的声波衰减程度，分别计算针对第一频率范围内的平均声波衰减程度、以及针对第二频率范围内的平均声波衰减程度，基于此，确定井下是否发生气侵现象，其中，所述第一频率范围的上限值低于所述第二频率范围的下限值。

优选地，所述气侵分析模块包括：现象诊断单元，其用于在预设时间阈值内，若所述第二频率范围内的平均声波衰减程度持续低于所述第一频率范围内的平均声波衰减程度，则表明井下发生气侵情况。

优选地，所述气侵分析模块包括：频率段衰减程度生成单元，其用于根据频谱分析结果，计算每个频率段的声波平均强度及其对应的声波平均强度导数值，并用所述声波平均强度导数值表示当前频率段的声波衰减程度。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明采用获取井口处的音频信号并对其进行频谱分析，根据不同频段的声幅衰减程度，便可对早期的气侵现象进行准确预测，无需在井下布置测试或监测仪器，实施方法简单、安全可靠、施工成本低。

虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本发明，但本领域技术人员应当理解，为并不旨在将本发明限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本发明的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，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

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例的用于预测钻井过程气侵现象的方法的步骤图。

图2为本申请实施例的用于预测钻井过程气侵现象的方法中气侵现象预测分析过程的流程图。

图3为本申请实施例的用于预测钻井过程气侵现象的系统的应用环境示意图。

图4为本申请实施例的用于预测钻井过程气侵现象的系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

钻井施工过程中的气侵是指地层气体侵入到井筒中，并随着钻井液返排到地面，是危害最大的井下复杂情况之一。当井筒中的钻井液液柱压力小于地层流体压力时，地层中的含气流体会侵入到井筒中，发生气侵。由于井筒中的钻井液液柱压力随着深度减小而减小，侵入井筒的气体在上升过程中体积不断膨胀，排开越来越多的钻井液体积，导致井底钻井液压力迅速下降，会有更多的地层流体侵入到井筒中，使气侵急剧恶化。因此，气侵发现越早，处置难度越小。在实际钻井作业过程中，需要及时、准确地发现气侵现象，才能够尽早地进行相应处置，降低气侵带来的危害。所以，对气侵的早期监测有极其重要的意义。

目前应用的气侵监测方法，主要有三种：(1)气测录井，通过监测返排至地面的钻井液中的气体含量，来获知是否有气体侵入到钻井液中。但这种方法无法实现气侵的早期探测。当发生严重气侵时，地面探测到气体时气侵程度已经在迅速恶化中了。(2)超声波检测。将超声波收发设备安装在井筒中，连续监测超声波在钻井液中的强度等参数，气侵导致的超声参数变化可以用于识别气侵。但为了实现早期探测，必须将超声收发设备安装在较深井深的位置，因此，必须配合快速的信号传输设备，导致应用成本很高。(3)利用录井信息采用贝叶斯网络分析判断气侵风险。该方法并非直接检测气侵，其准确率严重依赖于历史数据和历史风险记录，容易发生误报、漏报。而且气侵只有发展到较为严重的程度时才会引起录井信息的明显改变，导致难以实现早期气侵检测。(4)声波相位监测。通常，在发生气侵时，会引起声波在钻井液中的传播速度改变，从而使在井口返排钻井液中连续监测的声波相位发生变化。这种方法受到的杂音干扰较多，尤其在较深的井中应用时，很难从衰减严重的声波信号中排除杂音干扰，监测准确度受限。

为了解决上述问题，本发明提出了一种用于预测钻井过程气侵现象的方法及系统。在正常钻进过程中，沿井筒液柱传递到地面的声音具有一定的音频特征，在发生井下气侵时，钻井液中的气泡对声波的传播有衰减作用，由于波长大于气泡直径的声波发生绕射其衰减程度较小，所以声波中越低频的部分衰减程度越小，越高频的部分衰减程度越大。因此，该方法及系统利用在井口或靠近井口处设置的信息采集模块，实时采集通过井筒液柱传导的含有钻进状态(此处的钻进状态指的是是否发生气侵现象)信息的音频信号，通过对该信号进行频谱分析，计算不同频率段的(平均)声波衰减程度，在高频段部分衰减程度大于低频段部分衰减程度时，判断此时发生了气侵的现象。这样，由于井底声波沿着钻井管柱将含有钻进状态信息的声频信号传递到地面并进行气侵现象分析所需的时间远远小于，发生气侵现象时钻井液中产生的气泡上升到井口的时间，因此，本发明能够通过对不同频段的声幅衰减程度的分析，对早期的气侵现象进行准确预测，并且无需在井下布置测试或监测仪器，实施方法简单、安全可靠、施工成本低。

在说明本发明具体实施步骤前，首先说明本发明的实施原理。在实际的井下钻井过程中，井底钻头破岩处产生的声音，能够经由钻井管柱传递到地面。由于井筒流体(井筒液柱)构成了一个很好的声波传输通道，能够很好地传递声波。因此，井底产生的声音传播到地面时仍能够保持一定的强度，用于音频分析。具体地，在正常钻进过程中，传递到地面的声音具有一定的音频特征，而在发生井下气侵时，钻井液中会产生相应的气泡，该气泡对声波的传播有阻挡作用，使得声波的幅度会发生明显的衰减，但是，不同频率段内的声波衰减的程度不同。进一步，对于波长大于气泡直径的声波，由于发生绕射现象，使得声波幅度的衰减程度较小，所以，声波中越低频的部分其衰减程度越小，越高频的部分其衰减程度越大。另外，由于侵入井筒的气体在上升过程中，由于压力下降气泡体积不断变大，这会导致声波高频部分的衰减幅度迅速增大。因此，通过记录传递到地面的钻井套管中的声波信号不同频率分量的衰减程度，实时检测是否发生了高频部分衰减幅度的增大，就可以得知是否发生了气侵现象。

此外，虽然钻井液中携带的岩屑也会引起声波衰减，但是，在一定时间内岩屑粒径分布相对稳定，不会像气侵那样导致较高频段的声波衰减幅度持续增大。

实施例一

图1为本发明实施例的用于预测钻井过程气侵现象的方法的步骤图。如图1所示，步骤S110信息采集模块41按照预设时间间隔，实时(连续)采集表征钻井过程中井下当前气侵状态(是否发生气侵现象)的井筒液柱内的音频信号。步骤S120信息分析模块42接收上述实时采集到的音频信号，并对该音频信号进行实时的频谱分析，根据频谱分析结果确定不同频率段的声波衰减程度，基于此，判断井下是否发生气侵情况。而后，进入到步骤S130中，输出并响应气侵诊断结果，以提示工作人员当前是否发生气侵现象。

图2为本申请实施例的用于预测钻井过程气侵现象的方法中气侵现象预测分析过程的流程图。如图2所示，通过步骤S201～步骤S207实时采集从井底反馈的音频信号并进行实时的频谱分析，从而判断是否发生气侵现象(诊断结果)，以进行相应的输出。具体地，在步骤S201中，在每个采集时间间隔内，信息采集模块41采集从钻井管柱连同返排流体构成的声波传输通道中的音频信号。该音频信号表示井底钻头破岩处产生的声音对应的声波信号，能够反映井底钻进状态(此处的钻进状态指的是是否发生气侵现象)的信号。其中，信息采集模块41设置在井口或靠近井口的钻井套管内的返排液中。

需要说明的是，本发明对信息采集模块41所采用的器件不作具体限定，本领域技术人员可根据实际情况进行选择，优选地，在本发明实施例中，信息采集模块41采用水听器。

在采集到音频信号后，进入到步骤S202中，通过步骤S202～步骤206对当前采集时间间隔内采集到的音频信号进行频谱分析，根据不同频率段的声波衰减程度，分别计算针对第一频率范围内的平均声波衰减程度、以及针对第二频率范围内的平均声波衰减程度，基于此，确定井下是否发生气侵现象，以对当前井下是否发生气侵现象进行分析及诊断。

进一步，步骤S202实时接收上述音频信号，并对其进行频谱分析，以获得相应的频率与声波强度(声波幅度)变化曲线信息。其中，本发明对频谱分析方法不作具体限定，本领域技术人员可根据实际情况进行选择，优选地，在本发明实施例中，频谱分析方法采用快速傅里叶变换法。

通常，井下钻进过程的声音对应有一定的有效检测频率范围，在本发明实施例中，需要将这个有效检测频率范围按照预设的频率间隔段划分为相应数量的含有不用频率范围的频率段。例如，当前有效检测频率范围为0～10000Hz，频率间隔段为1000Hz时，可将该有效频率范围划分为10段，每段频率段的频率跨度为1000Hz，第1段频率段的范围为0～1000Hz，第2段频率段的范围为1000～2000Hz，第3段频率段的范围为2000～3000Hz……，以此类推。

而后，进入到步骤S203中，根据上述频谱分析结果，计算每个频率段的声波平均强度，以及该频率段的声波平均强度的导数值，并利用该声波平均强度导数值表示当前频率段的声波衰减程度。由于在每个信号采集时间间隔内，均采集到相应的音频信号，因此，需要对每个时间间隔内采集到的音频信号进行频谱分析，进一步根据当前时间间隔内的频谱分析结果，记录该时间间隔内的每个频率段的声波平均强度，以及该频率段的声波平均强度的导数值，故在对每个连续的时间间隔进行相同的处理，以达到连续记录不同频率段的声波平均强度及其导数的目的。

进一步，在计算完当前采集时间间隔内的每个频率段的声波衰减程度后，进入到步骤S204中，根据不同频率段的声波衰减程度，计算针对第一频率范围内的平均声波衰减程度。其中，第一频率范围代表的是音频信号中具有低频特征部分的频率范围，也就是指上述有效检测频率范围中频率范围数值较小的频率段对应的频率范围。进一步，若将上述有效检测频率范围按照预设的频率间隔段划分为相应数量的含有不用频率范围的频率段，并按照频率段数值从低到高的顺序进行排列，优选地，可将有效检测频率范围中不同频率段的前半部分划分为第一频率范围。具体地，根据属于第一频率范围内的不同频率段的声波衰减程度，基于此，对这些声波衰减程度进行平均值取值处理，得到相应的第一频率范围内的平均声波衰减程度。

进一步，进入到步骤S205中，根据不同频率段的声波衰减程度，计算针对第二频率范围内的平均声波衰减程度。其中，第二频率范围代表的是音频信号中具有高频特征部分的频率范围，也就是指上述有效检测频率范围中频率范围数值较大的频率段对应的频率范围。进一步，若将上述有效检测频率范围按照预设的频率间隔段划分为相应数量的含有不用频率范围的频率段，并按照频率段数值从低到高的顺序进行排列，优选地，可将有效检测频率范围中不同频率段的后半部分划分为第二频率范围，即不属于第一频率范围的频率段。由此可以看出，本发明实施例中的第一频率范围对应的上限频率数值小于第二频率范围对应的下限频率数值。

具体地，根据属于第二频率范围内的不同频率段的声波衰减程度，基于此，对这些声波衰减程度进行平均值取值处理，得到相应的第二频率范围内的平均声波衰减程度。

接着，在预设时间阈值内连续记录出音频信号在低频部分对应的声波衰减程度、以及音频信号在高频部分对应的声波衰减程度后，对井下是否发生气侵情况进行诊断，直到到达时间阈值后，进入到步骤S206中。具体地，步骤S206根据第一频率范围内的平均声波衰减程度、以及针对第二频率范围内的平均声波衰减程度，判断在预设时间阈值内，第二频率范围内的平均声波衰减程度是否持续低于第一频率范围内的平均声波衰减程度，基于此，对当前井下是否发生气侵情况进行诊断，并得到相应的气侵诊断结果。

需要说明的是，本发明对时间阈值的数值不作具体限定，本领域技术人员可根据实际情况进行设置，优选地，在本发明实施例中，时间阈值为5s。

具体地，在一个实施例中，在预设时间阈值内，若上述步骤S205得到的第二频率范围内的平均声波衰减程度持续低于上述步骤S204得到的第一频率范围内的平均声波衰减程度，则表明井下发生气侵情况，相应的生成表示发生井下气侵的有效的警示信号(气侵诊断结果)。

在另一个实施例中，在预设时间阈值内，若上述步骤S205得到的第二频率范围内的平均声波衰减程度并未持续低于上述步骤S204得到的第一频率范围内的平均声波衰减程度，则表明当前井下并未发生气侵情况，相应的生成表示未发生井下气侵的无效的警示信号(气侵诊断结果)。

最后，在得到气侵诊断结果后，进入到步骤S207中。步骤S207接收气侵诊断结果，并对其进行响应并进行输出。在发生气侵情况下，通过警示装置(未图示，例如：蜂鸣器、指示灯等)响应有效的警示信号，以对工作人员进行提示，使得工作人员针对井下气侵情况进行人工检测或执行相应的应对手段。

这样，通过上述技术方案实时计算(连续计算)每个采集时间间隔内的每个频率段的声波平均强度及其导数值、计算每个采集时间间隔内的第一频率范围内的平均声波衰减程度、计算每个采集时间间隔内的第二频率范围内的平均声波衰减程度，进一步，通过对预设时间阈值内所包含的采集时间间隔的连续处理及记录计算结果(第一频率范围内的平均声波衰减程度和第二频率范围内的平均声波衰减程度)，对井下气侵现象进行诊断，从而完成针对早期气侵情况的实时监测。

实施例二

基于上述实施例一，给出了本发明所提出的一种用于预测钻井过程气侵现象的方法的一个具体示例。

(1)在地面钻井套管中安装水听器，所收集到的音频信号通过信号传输线缆传输到工控机内的信息分析模块42中。

(2)启动工控机，运行分析程序。分析程序连续对音频信号进行快速傅立叶变换处理，并将所得到的频谱划分为每1000Hz一个频段，0至10000Hz共分为10个频段，从低到高依次编号为1至10。记录每个频段的平均声强，以及平均声强对时间的导数。

(3)开始钻井作业，分析程序连续监测每个频段的声强导数。当发现6至10号频段的声强导数的平均值，连续5秒小于1至5号频段的声强导数平均值时，判断发生气侵现象。

实施例三

基于本发明实施例一和实施例二对应的方法，本发明还提出了一种用于预测钻井过程气侵现象的系统，该系统利用上述所述的方法来预测井下钻井过程早期气侵现象。图3为本申请实施例的用于预测钻井过程气侵现象的系统的应用环境示意图。图4为本申请实施例的用于预测钻井过程气侵现象的系统的结构示意图。下面结合图3和图4对上述系统进行详细说明。

如图3、图4所示，该系统包括：信息采集模块41、信息分析模块42和结果输出模块43。其中，信息采集模块41设置在井口钻井套管内的返排液中，其按照上述步骤S110实施，配置为按照预设时间间隔，实时(连续)采集表征钻井过程中井下实时气侵情况的井筒液柱内的音频信号。信息分析模块42集成于井上(地面)工控机内，并通过信号传输线缆与上述信息采集模块41连接，其按照上述步骤S120实施，配置为接收音频信号，并对音频信号进行频谱分析，根据频谱分析结果确定不同频率段的声波衰减程度，基于此，判断井下是否发生气侵情况。结果输出模块43为警示装置(未图示，例如：蜂鸣器、指示灯等)，与上述地面工控机连接，其按照上述步骤S130实施，配置为输出并响应气侵诊断结果。

具体地，参考图4，信息采集模块41优选地采用水听器，其进一步按照上述步骤S201实施，配置为用于实时采集从钻井管柱连同返排流体构成的声波传输通道中得到的音频信号。

信息分析模块42包括：频率分析单元421、频率段衰减程度生成单元422、第一平均声波衰减程度生成单元423、第二平均声波衰减程度生成单元424、和现象诊断单元425，其进一步按照上述步骤S202～步骤S206实施，配置为根据不同频率段的声波衰减程度，分别计算针对第一频率范围内的平均声波衰减程度、以及针对第二频率范围内的平均声波衰减程度，基于此，确定井下是否发生气侵现象，其中，第一频率范围的上限值低于第二频率范围的下限值。

进一步，频率分析模块421，其按照上述步骤S202实施，配置为实时接收上述音频信号，并对其进行频谱分析，以获得相应的频率与声波强度(声波幅度)变化曲线信息。

频率段衰减程度生成单元422，其按照上述步骤S203实施，配置为根据上述频谱分析结果，计算每个频率段的声波平均强度，以及该频率段的声波平均强度的导数值，并利用该声波平均强度导数值表示当前频率段的声波衰减程度。

第一平均声波衰减程度生成单元423，其按照上述步骤S204实施，配置为根据不同频率段的声波衰减程度，计算针对第一频率范围内的平均声波衰减程度。

第二平均声波衰减程度生成单元424，其按照上述步骤S205实施，配置为根据不同频率段的声波衰减程度，计算针对第二频率范围内的平均声波衰减程度。

现象诊断单元425，其按照上述步骤S206实施，配置为根据第一频率范围内的平均声波衰减程度、以及针对第二频率范围内的平均声波衰减程度，判断在预设时间阈值内，第二频率范围内的平均声波衰减程度是否持续低于第一频率范围内的平均声波衰减程度，基于此，对当前井下是否发生气侵情况进行诊断，并得到相应的气侵诊断结果。其中，在一个实施例中，在预设时间阈值内，若上述第二平均声波衰减程度生成单元424得到的第二频率范围内的平均声波衰减程度持续低于上述第一平均声波衰减程度生成单元423得到的第一频率范围内的平均声波衰减程度，则表明井下发生气侵情况。

结果输出模块43，其按照上述步骤S207实施，配置为接收气侵诊断结果，并对其进行响应并进行输出。其中，在发生气侵情况下，通过警示装置(未图示，例如：蜂鸣器、指示灯等)对工作人员进行提示，使得工作人员针对井下气侵情况进行人工检测或执行相应的应对手段。

综上所述，本发明涉及一种用于钻井过程气侵早期预警的音频信号采集及分析方法。在钻井过程中采集井筒套管中的声波，连续分析其不同频段的声强，求其导数，并连续地比较低频段和高频段的声强导数；当高频段的声波强度导数在持续一段时间内低于低频段的声波强度导数时，判断发生了气侵。本发明无需在井下布置仪器，系统构成主要为地面仪器，布置实施方法简单，安全可靠，施工成本低。进一步，本发明监测的结果与所用的钻井液性能无关，能够排除岩屑的干扰，具有更高的准确率。另外，本发明能够更早地发现井下复杂情况，不必等到侵入井筒的气体上升到地面时，即可根据传至地面的声波发现气侵现象。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于预测钻井过程气侵现象的方法，其特征在于，包括：

步骤一、连续采集钻井过程中井筒液柱内的音频信号；

步骤二、接收所述音频信号，并对所述音频信号进行频谱分析，根据频谱分析结果确定不同频率段的声波衰减程度，基于此，判断井下是否发生气侵情况；

步骤三、输出并响应气侵诊断结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤一中，

利用设置在井口或靠近井口的钻井套管内返排液中的信息采集模块，实时采集从钻井管柱连同返排流体构成的声波传输通道中的所述音频信号，其中，所述信息采集模块采用水听器。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤二中，

根据所述不同频率段的声波衰减程度，分别计算针对第一频率范围内的平均声波衰减程度、以及针对第二频率范围内的平均声波衰减程度，基于此，确定井下是否发生气侵现象，其中，

所述第一频率范围的上限值低于所述第二频率范围的下限值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步，

在预设时间阈值内，若所述第二频率范围内的平均声波衰减程度持续低于所述第一频率范围内的平均声波衰减程度，则表明井下发生气侵情况。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，

根据频谱分析结果，计算每个频率段的声波平均强度及其对应的声波平均强度导数值，并用所述声波平均强度导数值表示当前频率段的声波衰减程度。

6.一种用于预测钻井过程气侵现象的系统，其特征在于，该系统利用如权利要求1～5中任一项所述的方法来预测井下钻井过程早期气侵现象，所述系统包括：

信息采集模块，其用于连续采集钻井过程中井筒液柱内的音频信号；

气侵分析模块，其用于接收所述音频信号，并对所述音频信号进行频谱分析，根据频谱分析结果确定不同频率段的声波衰减程度，基于此，判断井下是否发生气侵情况；

结果输出模块，其输出并响应气侵诊断结果。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，进一步，

所述信息采集模块，其设置在井口或靠近井口的钻井套管内返排液中，用于实时采集从钻井管柱连同返排流体构成的声波传输通道中得到的所述音频信号，其中，所述信息采集模块采用水听器。

8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，

所述气侵分析模块，其进一步用于根据所述不同频率段的声波衰减程度，分别计算针对第一频率范围内的平均声波衰减程度、以及针对第二频率范围内的平均声波衰减程度，基于此，确定井下是否发生气侵现象，其中，所述第一频率范围的上限值低于所述第二频率范围的下限值。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述气侵分析模块包括：

现象诊断单元，其用于在预设时间阈值内，若所述第二频率范围内的平均声波衰减程度持续低于所述第一频率范围内的平均声波衰减程度，则表明井下发生气侵情况。

10.根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述气侵分析模块包括：

频率段衰减程度生成单元，其用于根据频谱分析结果，计算每个频率段的声波平均强度及其对应的声波平均强度导数值，并用所述声波平均强度导数值表示当前频率段的声波衰减程度。

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