一种用于监测井筒溢流状态的系统及方法与流程

本发明涉及溢流监测，尤其是涉及一种用于监测井筒溢流状态的系统及方法。

背景技术：

1、钻井过程中井喷是地层流体(油、气、水)无控制地涌入井筒并喷出地面的现象，井喷有一个发展过程：井侵—溢流—井涌—井喷—井喷失控，每个环节若处理不好就会向下一个环节发展。为此，陆地和海洋平台钻井作业现场需要对井涌是否发生进行实时监测。但现有的溢流监测技术存在如下问题：

2、现有技术(cn201520146740.6)设计了一种钻井液量智能判断溢流的装置，通过记录井口注入及排出管上的流量数据来判断是否发生溢流。但这一方法在溢流监测上具有延后性，无法实时监测。

3、现有技术(cn201310259140.6)提供了一种钻井早期溢流漏失地面监测装置，该装置实现了地面多参数分析的溢流监测。但这一方法的判断结果为概率事件，可行度低，且地面监测依然具有延后性。

4、现有技术(cn201410837177.7)公开了一种井筒溢流早期监测方法及装置，用于监测井筒环空是否有地层流体侵入。同时，该方案还实现了地面多参数分析的溢流监测。这一方案的测量装置位于井筒中间，容易受到岩屑冲击损坏，且不能实时监测溢流侵入环空后的上返高度，无法估算溢流上升至井口的时间。

5、现有技术(论文“精确监测井底溢流的井下微流量装置设计与试验”)，还公开了一种利用节流压差的原理在井底对溢流所引起的环空微量的微小变化进行监测的方案。该方案容易受到岩屑的影响，导致数据波动，判断结果存在误差。

6、此外，现有技术(论文“深水水合物藏钻井溢流早期监测实验装置设计”)涉及了一种基于多普勒效应得到多普勒超声波气侵监测方法。该方法只针对可燃冰的监测，无法监测油侵。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，需要提供一种能够解决地面监测具有延后性、和/或井筒装置存在摩阻的缺陷、和/或实现油侵与气侵监测的方案，以解决现有技术中的一个或多个技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于监测井筒溢流状态的系统，包括：多级监测装置，每级监测装置通过传输电缆而串联并分别设置在不同深度的钻杆侧壁上，所述监测装置用于采集并获得表征当前位置环空流体的实时状态的监测数据组，并将所述监测数据组逐级传输至地面监测装置；所述地面监测装置，其用于接收每个监测装置发送的所述监测数据组，基于此，分析井下溢流状态。

3、优选地，所述监测装置，其还用于将接收到的来自位于当前监测装置的下方任意监测装置的所述监测数据组转发至位于当前监测装置上方相邻的监测装置或所述地面监测装置中。

4、优选地，所述监测装置包括：数据采集组件，其设置在钻杆内壁上，用于采集当前位置处的实时温度、压力和电容数据，生成相应的监测数据组；与所述数据采集组件连接的井下测量组件，其设置在钻杆外壁上，用于将来自所述数据采集组件发送的所述监测数据组传输至上方监测装置中。

5、优选地，所述井下测量组件包括：密封盒，其焊接在钻杆外壁上；与所述数据采集组件连接的数据采集模块，其位于所述密封盒的内部，用于接收来自所述数据采集组件的所述监测数据组并对其进行滤波处理；与所述数据采集模块连接的数据上传模块，其位于所述密封盒的内部，用于将来自所述数据采集模块发送的经过滤波处理后的所述监测数据组转发至上方监测装置中，其中，所述数据上传模块的两端还通过所述传输电缆分别与相邻的监测装置连接。

6、优选地，所述井下测量组件还包括：与所述数据采集模块连接的数据存储模块，其位于所述密封盒的内部，用于对经过滤波处理后的所述监测数据组进行存储；电池，其用于为所述数据采集组件、所述数据采集模块、所述数据上传模块和所述数据存储模块供电。

7、优选地，所述数据采集组件包括：流型管，其构造为尖端朝向井底的流线型结构并焊接在钻杆内壁上；位于所述流型管内部的电容传感单元，其用于采集当前位置流体的实时电容数据；位于所述流型管内部的温度传感单元，其用于采集当前位置流体的实时温度数据；位于所述流型管内部的压力传感单元，其用于采集当前位置流体的实时压力数据。

8、优选地，所述地面监测装置，其还用于根据不同深度的监测数据组，判别井下是否发生溢流现象，若发生，判别溢流的物性、溢流发生位置、流体侵入量、溢流实时高度和溢流上返至地面所需时间，从而生成相应的预警信息。

9、优选地，所述地面监测装置，其还用于根据相邻的三组监测数据组的电容值实时变化量判断井下是否发生气侵或油侵，其中，如果所述相邻的三组监测数据组的电容值实时变化量均达到第一阈值，则确定当前发生气侵；如果所述相邻的三组监测数据组的电容值实时变化量均达到第二阈值，则确定当前发生油侵，其中，所述第一阈值小于所述第二阈值。

10、优选地，所述地面监测装置包括用于地面接收装置和地面分析装置，其中，所述地面接收装置，其还用于接收来自不同级的监测数据组，并将每级监测装置发送的所述监测数据组通过无线传输方式转发至所述地面分析装置，以由所述地面分析装置进行井下溢流状态分析，其中，第一级监测装置位于紧邻井口位置处的钻杆外壁上，最后一级监测装置位于紧邻钻头位置处的钻杆外壁上，每级监测装置间隔20～500m设置。

11、另一方面，本发明还提供了一种用于监测井筒溢流状态的方法，所述方法利用如上述所述的系统来实现，其中，所述方法包括：多级监测装置采集并获得表征不同位置环空流体的实时状态的监测数据组，其中，每级监测装置通过传输电缆而串联并分别设置在不同深度的钻杆外壁上；每级监测装置将所述监测数据组逐级传输至地面监测装置；所述地面监测装置接收每个监测装置发送的所述监测数据组，基于此，分析井下溢流状态。

12、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：

13、本发明提出了一种用于监测井筒溢流状态的系统及方法。该系统及方法通过设置井下多级监测装置和地面监测装置来利用井下多级监测装置对井筒环空流体的电容数据、温度数据和压力数据进行实时测量，然后逐级发送至地面监测装置，由地面监测装置对监测数据进行分析处理。本发明利用多级测量装置内电容测量传感模块来从溢流初期实时监测是否有地层流体(油、气)侵入，在有地层流体侵入时，由于测量电容值变化明显，具有响应灵敏的特点；本发明还在发生井侵时实时计算地层流体的侵入量；另外，本发明还在实现井筒环空发生井侵时，在溢流段就能准确判别是否有地层流体侵入，提前预警，并计算环空内溢流量，同时，本发明所配置的多级监测装置具有实时监测溢流侵入井筒时上升高度变化的能力。这样，本发明能够提高溢流判断的时效性、准确性，并通过对井下溢流状态的动态分析来预测溢流到达井口的时间。

14、本发明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，或者通过实施本发明而了解。本发明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。

技术特征：

1.一种用于监测井筒溢流状态的系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述监测装置包括：

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述井下测量组件包括：

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述井下测量组件还包括：

6.根据权利要求3～5中任一项所述的系统，其特征在于，所述数据采集组件包括：

7.根据权利要求1～6任一项所述的系统，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，

9.根据权利要求1～8中任一项所述的系统，其特征在于，所述地面监测装置包括用于地面接收装置和地面分析装置，其中，

10.一种用于监测井筒溢流状态的方法，其特征在于，所述方法利用如权利要求1～9中任一项所述的系统来实现，其中，所述方法包括：

技术总结本发明公开了一种用于监测井筒溢流状态的系统，包括：多级监测装置，每级监测装置通过传输电缆而串联并分别设置在不同深度的钻杆侧壁上，每个监测装置用于采集并获得表征当前位置环空流体的实时状态的监测数据组，并将监测数据组逐级传输至地面监测装置；地面监测装置，其用于接收每个监测装置发送的监测数据组，基于此，分析井下溢流状态。本发明能够提高溢流判断的时效性、准确性，并通过对井下溢流状态的动态分析来预测溢流到达井口的时间。技术研发人员：王居贺,于洋,陈修平,易浩,孙伟光,李少安受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23