CN113669050A - 隔水管气侵检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种隔水管气侵检测装置及方法，所述装置包含：控制主机通过控制信号控制阀组和真空泵的运行状态，以及，根据传感器采集的检测信号与预设标准数据的比较结果获得隔水管内的气侵状态；采样管的两端接口通过隔水管的两个不同垂直高度位置分别接入隔水管；真空泵设置于采样管上，根据控制信号加快隔水管内的钻井液补入采样管，和将采样管内的钻井液排出采样管；以及，根据控制信号改变采样管内的压力；阀组包含至少三个截流阀，截流阀分别设置于采样管上预定位置，根据控制信号将流入采样管内的钻井液进行截流，保存至采样管内；传感器设置于采样管上，监测采样管内的钻井液的流动状态，将监测获得的检测信号传送至控制主机。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采勘探领域，尤指一种隔水管气侵检测装置及方法。
背景技术
石油与天然气作为世界上不可缺少的能源，陆上与浅海区域的石油与天然气经过长时间大规模的开发，石油资源的扩大化生产受到限制。因此世界各国将石油与天然气的勘探目光投向深海，随着深海的石油资源不断发现开发，会遇到各种复杂问题，其中气侵的危害尤为严重。深海钻探所面临的风险更大，钻井过程中会遇到各种复杂情况，发生井涌事故是钻井的最大危险。提高对早期气侵的监测，可降低人员伤亡和经济财产的损失，降低海洋生态环境受到的污染。因此进行早期气侵的监测是非常有必要的。
现有的隔水管气侵监测装置固定在隔水管管壁，来监测隔水管中钻井液的含气量。该技术所面临的主要问题是传感器安装在隔水管壁上，非接触式传感器监测到的管内多介质流体数据的精确性存在误差。同时，现有隔水管监测装置大多可分为水下监测的传感器系统和平台上的主机控制系统。水下监测系统包括传感器、数据传输模块。主要是将传感器接收到的数据发送到数据传输模块，并将传感器传输的电子信号转变为数字信号，再将数字信号经过电缆传输到水上主机，水上主机将有特定监测软件将水下传输上来的数据进行分析，并将分析数据显示在软件上形成曲线图。该方法将传感器安装在隔水管壁上，能够实时监测隔水管内钻井液的多普勒信号，通过信号变化判断是否出现气侵。该技术所面临的主要问题是传感器安装在隔水管壁上，传感器监测到的管内多介质流体数据的精确性存在误差。超声波传感器采用的是声学监测手段，隔水管内部的气体会影响声传播，进而实现气侵监测。但是在水深较深情况下，隔水管内部处于高压状态，引起井涌溢流的气体可能溶解于钻井液中，声学测量方法无法对其进行检测，也就无法发现井涌或气侵的发生。
发明内容
本发明目的在于提供一种隔水管气侵检测装置及方法，采用对直接采样的隔水管内部流体进行测量，可以在含气量较小的情况下发现气侵的发生。
为达上述目的，本发明所提供的一种隔水管气侵检测装置，具体包含控制主机、阀组、真空泵、传感器和采样管；所述控制主机用于通过控制信号控制所述阀组和所述真空泵的运行状态，以及，根据所述传感器采集的检测信号与预设标准数据的比较结果获得隔水管内的气侵状态；所述采样管的两端接口通过隔水管的两个不同垂直高度位置分别接入所述隔水管；所述真空泵设置于所述采样管上，用于根据控制信号加快所述隔水管内的钻井液补入所述采样管，和将所述采样管内的钻井液排出所述采样管；以及，根据控制信号改变所述采样管内的压力；所述阀组包含至少三个截流阀，所述截流阀分别设置于所述采样管上预定位置，用于根据控制信号将流入所述采样管内的钻井液进行截流，保存至所述采样管内；所述传感器设置于所述采样管上，用于监测所述采样管内的钻井液的流动状态，将监测获得的检测信号传送至所述控制主机。
在上述隔水管气侵检测装置中，优选的，所述控制主机包含水上控制单元和水下控制单元；所述水上控制单元和所述水下控制单元通过电缆连接；所述水上控制单元用于根据接收到的操作指令生成控制信号，将所述控制信号转发至所述水下控制单元；以及，根据所述传感器采集的检测信号与预设标准数据的比较结果获得隔水管内的气侵状态；所述水下控制单元用于根据预设的控制策略或接收到的控制信号控制所述阀组和所述真空泵的运行状态，以及，将所述传感器采集的检测信号转发至所述水上控制单元。
在上述隔水管气侵检测装置中，优选的，所述截流阀分别设置于所述采样管与所述隔水管相接的端口位置和所述采样管的中部。
在上述隔水管气侵检测装置中，优选的，所述真空泵设置于垂直高度最高和所述采样管中部的所述截流阀之间；所述传感器设置于垂直高度最低和所述采样管中部的所述截流阀之间。
本发明还提供一种适用于所述的隔水管气侵检测装置的隔水管气侵检测方法，所述方法包含：通过控制三个阀位开关的变化抽取对应时间隔水管内循环的钻井液；通过真空泵调整所述采样管内的压力分离所述采样管内钻井液中的气泡，获得所述隔水管内气侵状态。
在上述隔水管气侵检测方法中，优选的，通过控制三个阀位开关的变化抽取对应时间隔水管内循环的钻井液包含：通过控制主机控制所述阀组开启所述采样管并启动所述真空泵，将所述隔水管内的钻井液补入所述采样管内；当所述采样管内充满钻井液后，通过控制主机关闭所述阀组和所述真空泵。
在上述隔水管气侵检测方法中，优选的，通过真空泵调整所述采样管内的压力分离所述采样管内钻井液中的气泡，获得所述隔水管内气侵状态包含：开启所述阀组中垂直高度最高的截流阀并启动真空泵，将所述采样管内垂直高度最高的截流阀至中段位置的截流阀之间的钻井液排出后，关闭所述阀组中垂直高度最高的截流阀和真空泵；开启中段位置的截流阀使所述采样管内的压力降低，分离所述采样管内钻井液中的气泡；并通过传感器采集所述采样管内的气体流动情况获得检测信号；根据所述检测信号分析获得所述隔水管内气侵状态。
在上述隔水管气侵检测方法中，优选的，根据所述检测信号分析获得所述隔水管内气侵状态还包含：将所述隔水管内气侵状态与预设气侵状态比较，根据比较结果生成提示信号。
本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
本发明的有益技术效果在于：通过控制三个阀位开关的变化抽取某一时刻隔水管循环的钻井液，利用真空泵改变封闭后采样管内的压力，以真空方式分离钻井液中的气泡，来更加真实准确地测量实际气体成分含率，避免由于高压引起的气体溶解造成的测量误差，实现气侵的早期识别。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为本发明一实施例所提供的隔水管气侵检测装置的结构示意图；
图2为本发明一实施例所提供的隔水管气侵检测方法的流程示意图；
图3为本发明一实施例所提供的钻井液抽取流程示意图；
图4为本发明一实施例所提供的气侵状态识别流程示意图；
图5为本发明一实施例所提供的电子设备的结构示意图。
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。
请参考图1所示，本发明所提供的一种隔水管气侵检测装置，具体包含控制主机、阀组、真空泵104、传感器105和采样管106；所述控制主机用于通过控制信号控制所述阀组和所述真空泵104的运行状态，以及，根据所述传感器105采集的检测信号与预设标准数据的比较结果获得隔水管107内的气侵状态；所述采样管106的两端接口通过隔水管107的两个不同垂直高度位置分别接入所述隔水管107；所述真空泵104设置于所述采样管106上，用于根据控制信号加快所述隔水管107内的钻井液补入所述采样管106，和将所述采样管106内的钻井液排出所述采样管106；以及，根据控制信号改变所述采样管106内的压力；所述阀组包含至少三个截流阀(101、102、103)，所述截流阀(101、102、103)分别设置于所述采样管上预定位置，用于根据控制信号将流入所述采样管106内的钻井液进行截流，保存至所述采样管106内；所述传感器105设置于所述采样管106上，用于监测所述采样管106内的钻井液的流动状态，将监测获得的检测信号传送至所述控制主机。其中，所述传感器105可根据实际情况选择设定，例如液体流动监测传感器、气体体积检测传感器或其他类似可检测采样管内液态变化、气体变化的传感器设备，本发明在此并不做进一步限定。
以此，通过上述实施例实现高压环境下对钻井液中含气性进行直接采样检测的隔水管气侵监测；通过控制真空泵以及组合阀的开关控制采样管中的压力，使钻井液中可能含有的气体发生析出现象，并根据是否出现析出来判断高压钻井液中否溶解了气侵气体的监测。
在上述实施例中，所述控制主机可包含水上控制单元和水下控制单元；所述水上控制单元和所述水下控制单元通过电缆连接；所述水上控制单元用于根据接收到的操作指令生成控制信号，将所述控制信号转发至所述水下控制单元；以及，根据所述传感器采集的检测信号与预设标准数据的比较结果获得隔水管内的气侵状态；所述水下控制单元用于根据预设的控制策略或接收到的控制信号控制所述阀组和所述真空泵的运行状态，以及，将所述传感器采集的检测信号转发至所述水上控制单元。实际工作中，水上控制单元与水下控制单元用电缆连接，水上控制单元可发指令至水下控制单元控制其操作，水下控制单元也可自主独立运行，水下控制单元可主动向水上控制单元上传状态数据。
在本发明一实施例中，所述截流阀分别设置于所述采样管与所述隔水管相接的端口位置和所述采样管的中部。所述真空泵设置于垂直高度最高和所述采样管中部的所述截流阀之间；所述传感器设置于垂直高度最低和所述采样管中部的所述截流阀之间。具体的，请再参考图1所示，本发明所提供的隔水管气侵检测装置在实际工作中，可包含控制主机、三个阀(阀上、阀中、阀下)、真空泵、传感器、采样管；所述的控制主机分水上部分和水下部分，水上主机与水下主机用电缆连接，水上主机可发指令至水下主机控制其操作，水下主机也可自主独立运行，水下主机可主动向水上主机上传状态数据。水下主机可以控制阀的动作和泵的运行状态；水下主机可以对传感器信号进行采集和分析；采样管固定于隔水管上，有两个连接口与隔水管联通；三个阀位于采样管的顶部、中部和底端三个位置，可根据需要将流入采样管的钻井液进行截流，储存在导流管中；真空泵位于在阀上和阀中之间，可以加快钻井液充满采样管，也可将部分钻井液排出采样管；传感器位于阀下和阀中之间，监测采样管中的钻井液，将采集到的信号传送到水下主机。
请参考图2所示，本发明还提供一种适用于所述的隔水管气侵检测装置的隔水管气侵检测方法，所述方法包含：
S201通过控制三个阀位开关的变化抽取对应时间隔水管内循环的钻井液；
S202通过真空泵调整所述采样管内的压力分离所述采样管内钻井液中的气泡，获得所述隔水管内气侵状态。
请参考图3所示，在上述实施例中，通过控制三个阀位开关的变化抽取对应时间隔水管内循环的钻井液包含：
S301通过控制主机控制所述阀组开启所述采样管并启动所述真空泵，将所述隔水管内的钻井液补入所述采样管内；
S302当所述采样管内充满钻井液后，通过控制主机关闭所述阀组和所述真空泵。
其后，如图4所示，步骤S202中通过真空泵调整所述采样管内的压力分离所述采样管内钻井液中的气泡，获得所述隔水管内气侵状态可包含：
S401开启所述阀组中垂直高度最高的截流阀并启动真空泵，将所述采样管内垂直高度最高的截流阀至中段位置的截流阀之间的钻井液排出后，关闭所述阀组中垂直高度最高的截流阀和真空泵；
S402开启中段位置的截流阀使所述采样管内的压力降低，分离所述采样管内钻井液中的气泡；并通过传感器采集所述采样管内的气体流动情况获得检测信号；
S403根据所述检测信号分析获得所述隔水管内气侵状态。
其中，根据所述检测信号分析所述隔水管内气侵状态可采用现有技术中气体变化监测，或钻井液提及监测等方式实现，本发明在此并不做进一步限定，本领域相关技术人员可根据实际需要选择设定。
在本发明一实施例中，根据所述检测信号分析获得所述隔水管内气侵状态还可包含：将所述隔水管内气侵状态与预设气侵状态比较，根据比较结果生成提示信号。具体的，当所述隔水管内气侵状态高于或第一预期的标准气侵状态时，则代表存在气侵风险，此刻生成提示信号告知相关工作人员提前应对；本领域相关工作人员也可根据实际需要选择其他提示方式，本发明对此并不做限定。请结合参考图1所述的隔水管气侵检测装置所示，在实际工作中，所述隔水管气侵检测方法主要包含如下流程：
(1)打开全部阀门；
(2)启动泵，使隔水管内部流体快速进入采样管，顶替出采样管中原有的流体；
(3)停泵，关闭全部阀门，将采样流体封闭到导流管中；
(4)打开阀(上)，启动泵，将上部流体排出至隔水管；
(5)关闭阀(上)，同时停泵；
(6)水下主机采集传感器信号，作为比对基础数据；
(7)打开阀(中)；
(8)水下主机通过传感器采集阀(中)与阀(下)导流管内部的流动，与(6)中的基础数据进行比对，判断是否有异常流动；
(9)如果出现异常，则说明钻井液中出现了溶解气，井下有气侵发生，进行报警；
(10)如未出现异常，说明无气侵发生；
(11)等待一定时长，重复步骤(1)进行下一次检测。
具体的，该隔水管气侵检测装置在开始时处于全封闭状态，在钻头钻进至高压储层或异常压力储层时，水上主机通过指令控制水下主机打开全部阀门开关，启动真空泵，使隔水管中循环的钻井液快速充满采样管。待钻井液充满采样管后，控制主机关闭真空泵以及采样管上中下三个阀门。之后水上主机发送指令到水下主机，开启阀上开关，启动真空泵，将阀上到阀中这一段采样管中流入的钻井液排出采样管外，关闭阀上开关和真空泵。最后开启阀中开关和开启传感器，由于阀上和阀中管内钻井液被排出，使得开启阀中后，整个采样管中得压力降低，致使封闭空间管中可能存在气泡的钻井液出现气液分离，这段时间传感器监测封闭管内的信号，并将信号传输至水下主机，水下主机根据基础数据判断是否出现异常信号，据此判断钻井液中的含气与否。
本发明的有益技术效果在于：通过控制三个阀位开关的变化抽取某一时刻隔水管循环的钻井液，利用真空泵改变封闭后采样管内的压力，以真空方式分离钻井液中的气泡，来更加真实准确地测量实际气体成分含率，避免由于高压引起的气体溶解造成的测量误差，实现气侵的早期识别。
本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
如图5所示，该电子设备600还可以包括：通信模块110、输入单元120、显示器160、电源170。值得注意的是，电子设备600也并不是必须要包括图5中所示的所有部件；此外，电子设备600还可以包括图5中没有示出的部件，可以参考现有技术。
如图5所示，中央处理器100有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器100接收输入并控制电子设备600的各个部件的操作。
其中，存储器140，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与失败有关的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器100可执行该存储器140存储的该程序，以实现信息存储或处理等。
输入单元120向中央处理器100提供输入。该输入单元120例如为按键或触摸输入装置。电源170用于向电子设备600提供电力。显示器160用于进行图像和文字等显示对象的显示。该显示器例如可为LCD显示器，但并不限于此。
该存储器140可以是固态存储器，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、SIM卡等。还可以是这样的存储器，其即使在断电时也保存信息，可被选择性地擦除且设有更多数据，该存储器的示例有时被称为EPROM等。存储器140还可以是某种其它类型的装置。存储器140包括缓冲存储器141(有时被称为缓冲器)。存储器140可以包括应用/功能存储部142，该应用/功能存储部142用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器100执行电子设备600的操作的流程。
存储器140还可以包括数据存储部143，该数据存储部143用于存储数据，例如联系人、数字数据、图片、声音和/或任何其他由电子设备使用的数据。存储器140的驱动程序存储部144可以包括电子设备的用于通信功能和/或用于执行电子设备的其他功能(如消息传送应用、通讯录应用等)的各种驱动程序。
通信模块110即为经由天线111发送和接收信号的发送机/接收机110。通信模块(发送机/接收机)110耦合到中央处理器100，以提供输入信号和接收输出信号，这可以和常规移动通信终端的情况相同。
基于不同的通信技术，在同一电子设备中，可以设置有多个通信模块110，如蜂窝网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种隔水管气侵检测装置，其特征在于，所述装置包含控制主机、阀组、真空泵、传感器和采样管；
所述控制主机用于通过控制信号控制所述阀组和所述真空泵的运行状态，以及，根据所述传感器采集的检测信号与预设标准数据的比较结果获得隔水管内的气侵状态；
所述采样管的两端接口通过隔水管的两个不同垂直高度位置分别接入所述隔水管；
所述真空泵设置于所述采样管上，用于根据控制信号加快所述隔水管内的钻井液补入所述采样管，和将所述采样管内的钻井液排出所述采样管；以及，根据控制信号改变所述采样管内的压力；
所述阀组包含至少三个截流阀，所述截流阀分别设置于所述采样管上预定位置，用于根据控制信号将流入所述采样管内的钻井液进行截流，保存至所述采样管内；
所述传感器设置于所述采样管上，用于监测所述采样管内的钻井液的流动状态，将监测获得的检测信号传送至所述控制主机。
2.根据权利要求1所述的隔水管气侵检测装置，其特征在于，所述控制主机包含水上控制单元和水下控制单元；
所述水上控制单元和所述水下控制单元通过电缆连接；
所述水上控制单元用于根据接收到的操作指令生成控制信号，将所述控制信号转发至所述水下控制单元；以及，根据所述传感器采集的检测信号与预设标准数据的比较结果获得隔水管内的气侵状态；
所述水下控制单元用于根据预设的控制策略或接收到的控制信号控制所述阀组和所述真空泵的运行状态，以及，将所述传感器采集的检测信号转发至所述水上控制单元。
3.根据权利要求1所述的隔水管气侵检测装置，其特征在于，所述截流阀分别设置于所述采样管与所述隔水管相接的端口位置和所述采样管的中部。
4.根据权利要求3所述的隔水管气侵检测装置，其特征在于，所述真空泵设置于垂直高度最高和所述采样管中部的所述截流阀之间；所述传感器设置于垂直高度最低和所述采样管中部的所述截流阀之间。
5.一种适用于权利要求1至4中任一项所述的隔水管气侵检测装置的隔水管气侵检测方法，其特征在于，所述方法包含：
通过控制三个阀位开关的变化抽取对应时间隔水管内循环的钻井液；
通过真空泵调整所述采样管内的压力分离所述采样管内钻井液中的气泡，获得所述隔水管内气侵状态。
6.根据权利要求5所述的隔水管气侵检测方法，其特征在于，通过控制三个阀位开关的变化抽取对应时间隔水管内循环的钻井液包含：
通过控制主机控制所述阀组开启所述采样管并启动所述真空泵，将所述隔水管内的钻井液补入所述采样管内；
当所述采样管内充满钻井液后，通过控制主机关闭所述阀组和所述真空泵。
7.根据权利要求6所述的隔水管气侵检测方法，其特征在于，通过真空泵调整所述采样管内的压力分离所述采样管内钻井液中的气泡，获得所述隔水管内气侵状态包含：
开启所述阀组中垂直高度最高的截流阀并启动真空泵，将所述采样管内垂直高度最高的截流阀至中段位置的截流阀之间的钻井液排出后，关闭所述阀组中垂直高度最高的截流阀和真空泵；
开启中段位置的截流阀使所述采样管内的压力降低，分离所述采样管内钻井液中的气泡；并通过传感器采集所述采样管内的气体流动情况获得检测信号；
根据所述检测信号分析获得所述隔水管内气侵状态。
8.根据权利要求7所述的隔水管气侵检测方法，其特征在于，根据所述检测信号分析获得所述隔水管内气侵状态还包含：将所述隔水管内气侵状态与预设气侵状态比较，根据比较结果生成提示信号。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求5至8任一所述方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有由计算机执行权利要求5至8任一所述方法的计算机程序。
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