一種氣體鉆井安全監(jiān)測預警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種氣體鉆井安全監(jiān)測預警系統(tǒng)，包括工程參數(shù)監(jiān)測單元、監(jiān)測服務(wù)器和報警單元，其中：工程參數(shù)監(jiān)測單元包括注入氣體壓力監(jiān)測儀、注入氣體流量監(jiān)測儀、返出氣體壓力監(jiān)測儀、隨鉆返出巖屑測量儀、地層出水監(jiān)測儀和氣體組分監(jiān)測儀；其中注入氣體壓力監(jiān)測儀和注入氣體流量監(jiān)測儀設(shè)置在氣體鉆井系統(tǒng)的進氣管線上，返出氣體壓力監(jiān)測儀、隨鉆返出巖屑測量儀、地層出水監(jiān)測儀和氣體組分監(jiān)測儀設(shè)置在氣體鉆井系統(tǒng)的排砂管線上；工程參數(shù)監(jiān)測單元與監(jiān)測服務(wù)器建立信號實時傳輸，并通過連接在監(jiān)測服務(wù)器上的顯示器、打印機和報警器分別進行數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)打印和安全預警?？捎行П苊舛喾N卡鉆事故的發(fā)生，保證氣體鉆進的井下安全。
【專利說明】一種氣體鉆井安全監(jiān)測預警系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及鉆井監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】中的一種針對氣體鉆井井下安全的早期監(jiān)測、綜合分析和實時預警的系統(tǒng)，尤其涉及一種對地層出水早期監(jiān)測、隨鉆返出巖屑監(jiān)測、井口返出氣體組分監(jiān)測的氣體鉆井安全監(jiān)測預警系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]國外從上世紀50年代初期開始應(yīng)用氣體鉆井技術(shù)進行油田鉆探。此后，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于世界各地油氣井(包括煤層氣)的鉆探和開發(fā)上。國內(nèi)雖然應(yīng)用該技術(shù)較晚，但是也得到了廣泛推廣，特別是在勝利西部新區(qū)準格爾盆地、四川盆地及松遼盆地等地區(qū)。為了加快勘探開發(fā)的進程，氣體鉆井應(yīng)用于探井及風險探井的比例逐年增加，但由于地質(zhì)不確定性、檢測分析預警手段有限及缺乏合理處理方法等原因，造成鉆井施工過程中井下復雜、卡鉆、燃爆等安全事故時有發(fā)生，給工程施工造成了很大的損失，嚴重制約了氣體鉆井施工進程和應(yīng)用前景。
[0003]國外針對氣體鉆井井下燃爆等問題，研制了機械式井下?；鸸ぞ?，可在井下發(fā)生燃爆著火時將安裝在鉆具上的停火工具關(guān)閉機構(gòu)保險(鋅合金)熔斷，從而關(guān)閉注氣通道，達到滅火和保護鉆具的目的。該工具的優(yōu)勢是結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，缺點為每次關(guān)閉后無法自動恢復，需要起鉆更換，大大影響正常施工進程。在地層出水方面，殼牌公司的T.R.Reinhart在SPE文章中提出了通過安裝在地面排砂管線中絕緣瓷板中的電極與排砂管形成一對電極，從而可以測量、監(jiān)測地面排砂管線中返出的氣體及巖屑流的介電常數(shù)，通過介電常數(shù)的變化可準確發(fā)現(xiàn)地層是否出水，確定出水層位深度，監(jiān)測出水量變化情況的方法，并進行了十幾口井現(xiàn)場試驗；國內(nèi)在這方面也取得一定進展，專利CN 101029564A提供了一種氣體鉆井井下狀態(tài)的連續(xù)檢測方法，可以在線檢測C02、CO、02、H2S、烴類氣體濃度以及返出氣體的濕度等；馬曉偉等人在《氣體鉆井返出巖屑監(jiān)測方法研究》中提出了在排砂管線上安裝沖刷力傳感器，通過監(jiān)測環(huán)空返出含砂氣體對排砂管線內(nèi)壁沖刷力變化來判斷井下返砂情況的方法，但該方法屬于侵入式測量，對傳感器壽命是巨大考驗；對于氣體鉆井的注入氣體流量、套壓、立壓、地層產(chǎn)出流體流量等監(jiān)測還未見報道。
[0004]綜上所述，雖然國內(nèi)外在該方面取得一定進展，但仍然存在如下亟待解決的問題:沒有對地層出水早期過程進行深入研究；隨鉆返出巖屑的侵入式測量技術(shù)落后，壽命較短，無法得到質(zhì)量流量、濃度等參數(shù)進行定量分析；返出氣體組分檢測精度、響應(yīng)速度不高；現(xiàn)有鉆井工程參數(shù)測量系統(tǒng)無法適應(yīng)氣體鉆井特點；沒有形成考慮地層出水、巖屑濃度、工程參數(shù)及氣體組分的綜合氣體鉆井井下安全技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種通過對地層出水、巖屑濃度、工程參數(shù)及氣體組分的綜合監(jiān)測，實現(xiàn)對氣體鉆井井下安全的早期檢測、綜合分析和實時預警的氣體鉆井安全監(jiān)測預警系統(tǒng)。
[0006]本實用新型采用以下設(shè)計方案:
[0007]—種氣體鉆井安全監(jiān)測預警系統(tǒng)，包括工程參數(shù)監(jiān)測單元、監(jiān)測服務(wù)器和報警單元，其中:工程參數(shù)監(jiān)測單元包括注入氣體壓力監(jiān)測儀、注入氣體流量監(jiān)測儀、返出氣體壓力監(jiān)測儀、隨鉆返出巖屑測量儀、地層出水監(jiān)測儀和氣體組分監(jiān)測儀；其中注入氣體壓力監(jiān)測儀和注入氣體流量監(jiān)測儀設(shè)置在氣體鉆井系統(tǒng)的進氣管線上，返出氣體壓力監(jiān)測儀、隨鉆返出巖屑測量儀、地層出水監(jiān)測儀和氣體組分監(jiān)測儀設(shè)置在氣體鉆井系統(tǒng)的排砂管線上；工程參數(shù)監(jiān)測單元與監(jiān)測服務(wù)器建立信號實時傳輸，并通過連接在監(jiān)測服務(wù)器上的顯示器、打印機和報警器分別進行數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)打印和安全預警。
[0008]上述方案進一步方案是:
[0009]工程參數(shù)監(jiān)測單元中還包括扭矩監(jiān)測儀、鉆時監(jiān)測儀。
[0010]所述扭矩監(jiān)測儀、鉆時監(jiān)測儀分別為扭矩傳感器、鉆時傳感器。
[0011]所述注入氣體流量監(jiān)測儀為質(zhì)量流量計；所述注入氣體壓力監(jiān)測儀壓力傳感器；所述地層出水監(jiān)測儀為電解法微量水分檢測儀；所述隨鉆返出巖屑測量儀為微波固體流量計。
[0012]本實用新型所涉及的儀器儀表均采用的優(yōu)點首先是通過微量水分檢測儀對地層出水進行早期檢測分析，可以較早的發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測地層出水情況，并能結(jié)合其他工程參數(shù)對氣體鉆井井下安全風險進行初步評估，為下一步工程施工方案制定提供依據(jù)。其次隨鉆返出巖屑測量儀可對井下攜巖情況進行實時跟蹤，特別對巖屑濃度突然增大或減小規(guī)律及巖屑累計量與總量差值的分析處理，可有效避免多種卡鉆事故的發(fā)生，保證氣體鉆進的井下安全。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型一種氣體鉆井安全監(jiān)測預警系統(tǒng)的示意圖。
[0014]圖中1.氣體鉆井系統(tǒng)，2.旋轉(zhuǎn)防噴導流裝置，3.防噴器組，4.井眼環(huán)空，5.鉆柱，6.鉆頭，7.注入氣體壓力監(jiān)測儀，8.注入氣體流量監(jiān)測儀，9.氣體注入裝置，10.排砂管線，11.返出氣體壓力監(jiān)測儀，12.隨鉆返出巖屑測量儀，13.地層出水監(jiān)測儀，14.氣體組分監(jiān)測儀，15.沉砂池，16.監(jiān)測服務(wù)器，17.扭矩監(jiān)測儀，18.鉆時監(jiān)測儀。

【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述:
[0016]在圖1中，氣體注入裝置9通過進氣管線將氣體注入鉆柱內(nèi)，在進氣管線上安裝有注入氣體壓力監(jiān)測儀7及注入氣體流量監(jiān)測儀8，注入鉆柱內(nèi)的氣體通過鉆頭6后攜帶巖屑經(jīng)井眼環(huán)空4、防噴器組3進入旋轉(zhuǎn)防噴導流裝置2中，通過該導流裝置氣體攜帶巖屑進入排砂管線中被排放至沉砂池中，在排砂管線上安裝有返出氣體壓力監(jiān)測儀11、隨鉆返出巖屑測量儀12、地層出水監(jiān)測儀13、氣體組分監(jiān)測儀14，所述工程參數(shù)監(jiān)測單元的信號實時傳輸至監(jiān)測服務(wù)器16，監(jiān)測服務(wù)器16上也連接有安裝于鉆臺上的扭矩傳感器17及鉆時傳感器18，監(jiān)測服務(wù)器16進行數(shù)據(jù)分析后可通過與其連接的顯示器、打印機和報警器分別進行數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)打印和安全預警。
[0017]安裝于進氣管線上的注入氣體流量監(jiān)測儀8為質(zhì)量流量計，使用該種流量計的優(yōu)點在于無須壓力溫度補償可直接測量氣體的質(zhì)量流量，高重復性、高可靠性、高穩(wěn)定性、高精確度，防爆。抗腐蝕，結(jié)構(gòu)多樣，安裝靈活，裝卸方便，適合在各種工況場合使用。
[0018]所述地層出水監(jiān)測儀13為電解法微量水分檢測儀，該儀器具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、結(jié)果準確、分析快速等優(yōu)點。
[0019]所述隨鉆返出巖屑測量儀12為微波固體流量計，該流量計安裝簡易快速，成本效益高，可調(diào)節(jié)靈敏度，測量速度快，能及時反應(yīng)出返出巖屑流量的變化。
[0020]所述氣體組分監(jiān)測儀14可以對返出氣體進行組分監(jiān)測和全烴監(jiān)測，使現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)人員及時掌握井口返出氣體的o2、co、co2、ch4、h2s等組份的含量變化，以便于對氣體鉆井井下燃爆、鉆遇有毒氣體進行預警。
[0021]上述實施例中工程參數(shù)監(jiān)測單元所涉及的儀器儀表均采用成熟的產(chǎn)品，通過系統(tǒng)的結(jié)合，各種信號傳送至監(jiān)測服務(wù)器16后，通過相應(yīng)的軟件分析，可較早的發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測地層出水情況，在線全過程監(jiān)測隨鉆巖屑濃度、流量及返出氣體組分、并能結(jié)合關(guān)鍵工程參數(shù)對氣體鉆井井下安全風險進行初步評估和提前預警，可有效避免多種卡鉆及燃爆等事故的發(fā)生，保障氣體鉆井井下安全，大幅降低鉆井成本，提高鉆井效率，擴大氣體鉆井應(yīng)用范圍，加快油氣田勘探開發(fā)進程。
【權(quán)利要求】
1.一種氣體鉆井安全監(jiān)測預警系統(tǒng)，包括工程參數(shù)監(jiān)測單元、監(jiān)測服務(wù)器和報警單元，其特征在于:工程參數(shù)監(jiān)測單元包括注入氣體壓力監(jiān)測儀、注入氣體流量監(jiān)測儀、返出氣體壓力監(jiān)測儀、隨鉆返出巖屑測量儀、地層出水監(jiān)測儀和氣體組分監(jiān)測儀；其中注入氣體壓力監(jiān)測儀和注入氣體流量監(jiān)測儀設(shè)置在氣體鉆井系統(tǒng)的進氣管線上，返出氣體壓力監(jiān)測儀、隨鉆返出巖屑測量儀、地層出水監(jiān)測儀和氣體組分監(jiān)測儀設(shè)置在氣體鉆井系統(tǒng)的排砂管線上；工程參數(shù)監(jiān)測單元與監(jiān)測服務(wù)器建立信號實時傳輸，并通過連接在監(jiān)測服務(wù)器上的顯示器、打印機和報警器分別進行數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)打印和安全預警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井安全監(jiān)測預警系統(tǒng)，其特征在于工程參數(shù)監(jiān)測單元中還包括扭矩監(jiān)測儀、鉆時監(jiān)測儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體鉆井安全監(jiān)測預警系統(tǒng)，其特征在于所述扭矩監(jiān)測儀、鉆時監(jiān)測儀分別為扭矩傳感器、鉆時傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2、3所述的氣體鉆井安全監(jiān)測預警系統(tǒng)，其特征在于所述注入氣體流量監(jiān)測儀為質(zhì)量流量計；所述注入氣體壓力監(jiān)測儀壓力傳感器；所述地層出水監(jiān)測儀為電解法微量水分檢測儀；所述隨鉆返出巖屑測量儀為微波固體流量計。
【文檔編號】E21B47/00GK204200209SQ201420559093
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月27日
【發(fā)明者】燕修良, 李建新, 朱煥剛, 康波, 趙義, 苗智瑜, 孫宇, 宋中文, 趙緒龍 申請人:中國石油化工集團公司, 中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院