隨鉆當量密度測量方法及裝置制造方法及圖紙

一種隨鉆當量鉆井液密度測量方法及裝置，隨鉆測量環空壓力，井下自動跟蹤鉆進深度及井眼軌跡，實時監測鉆井液當量密度及其變化，并判斷當量密度是否處于允許安全窗口范圍內，能及時掌握井下壓力控制、井眼凈化及地層流體浸入等情況，有效地指導鉆井技術人員進行施工，預防井下復雜情況和事故，從而安全順利鉆達目的層，實現儲層保護等預期鉆井目標。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術基于申請日為2014年5月29日，申請號為2014102338597，專利技術名稱為“隨鉆當量密度測量方法及裝置”的專利技術專利申請的分案申請。涉及石油、天然氣鉆井作業中隨鉆當量密度監測方法及裝置，用于實時獲取鉆井期間井下當量鉆井液密度，指導窄密度窗口鉆井、大位移井和欠平衡井等作業施工，達到安全快速鉆井和有效保護儲層的目的。
技術介紹
隨著油氣勘探開發不斷向深層發展，鉆井作業面臨的地質條件和地層壓力系統更為復雜，噴漏同層、上噴下漏等復雜地層條件下的窄密度窗口安全鉆井問題突出，井下復雜情況和事故頻繁，已成為制約深層油氣開發的技術瓶頸。解決復雜地層條件下窄密度窗口鉆井問題的有效技術途徑是實施精細控壓鉆井作業，因此應實時監測鉆井液當量密度，使其控制在允許范圍內，以確保鉆井安全。在大位移和水平井鉆井作業中，隨著大斜度井段的鉆進，環空沿程損耗不斷增加，而垂深增加緩慢，甚至不增加或減少(如井斜角≥90°井段)，從而導致鉆井液當量循環密度(ECD)逐步增加，尤其是在小井眼大斜度長位移井段鉆井后期，當量循環密度的控制尤為重要，它是能否安全鉆達設計完鉆井深的一個關鍵因素。對于欠平衡鉆井作業，實時監測鉆井液當量密度，使其低于地層孔隙密度并維持在合理的壓差范圍內，可有效地保護儲層，減少降低鉆井液對油氣層的傷害，提高油氣采收率，對油氣勘探開發具有重要意義。此外，隨鉆實時監測鉆井液當量密度及其變化，還可有助于及時了解井眼清潔、地層流體侵入以及鉆井液漏失等情況，為指導下步鉆井作業提供幫助。
技術實現思路
鑒于此，本專利技術的目的在于提供涉及井下隨鉆實時監測鉆井液當量密度的技術方案，自動跟蹤鉆進過程中鉆井液當量密度及其變化情況，為窄密度窗口鉆井、大位移井和欠平衡井等作業施工提供施工指導，預防井下復雜情況和事故，達到安全快速鉆井作業和保護油氣儲層等目的。具體來說，本專利技術提供了一種隨鉆當量密度測量裝置，包括PWD(PressureWhileDrilling)參數測量工具、MWD數據通訊工具，其特征在于，所述PWD工具上分別裝有鉆柱柱內和環空壓力傳感器，用于測量鉆柱內外的鉆井液流體壓力、監測開停泵情況和檢測地面下傳信號，PWD上還裝有軸向加速度傳感器，用于測量鉆柱軸向運動情況及計算鉆柱軸向移動距離，應用井下實時跟蹤深度和測斜數據計算壓力傳感器位置垂直深度，進而求得當量鉆井液密度，PWD通過上下數據連接器同MWD(MeasurementWhileDrilling)通訊連接，MWD用于隨鉆測量定向參數和上傳井下測量參數。本專利技術還提供一種隨鉆當量密度測量方法，其特征在于，包括在井下存儲器中設置已鉆井眼軌跡基本參數、待鉆井眼深度校驗點、不同地層深度允許當量密度范圍、壓力傳感器及定向參數傳感器位置、壓力和軸向加速度傳感器采樣時間等參數步驟；下鉆到井底后鉆柱處于暫停運動狀態，地面向井下發送信息后開始鉆進，初始化速度及軸向位移后，利用加速度傳感器進行鉆柱軸向運動距離(深度)跟蹤步驟；應用井下實時跟蹤深度和測斜數據計算壓力傳感器位置垂直深度，進而求得當量鉆井液密度步驟，其中，若當量密度超出允許范圍或偏離正常變化趨勢時，通過MWD及時上傳到地面系統，并進行預警顯示，否則間隔一定時間上傳當量鉆井液密度；當鉆達預定深度校驗點時(通常設為鉆進接單根深度)時，暫停鉆柱運動進行測斜，測斜上傳到地面系統確認后，向井下發送信息并恢復鉆鉆進作業，繼續鉆進深度跟蹤和隨鉆當量密度監測直到結束鉆進作業。本專利技術還提供一種用于測量鉆柱軸向運動距離的測量方法，其特征在于，利用軸向加速度傳感器測量軸向加速度，然后對測量軸向加速度進行濾波，以濾除疊加于其中的直流誤差信號和噪聲干擾信號，求得鉆進時有效的鉆柱軸向運動加速度，對有效運動加速度一次積分可求得軸向運動速度；再對計算出的軸向運動速度進行濾波，以濾除疊加于其中的直流誤差信號和噪聲干擾信號，求得鉆進時有效的鉆柱軸向運動速度，對有效運動速度一次積分可求得軸向移動距離，由此實現鉆柱軸向移動距離的測量。本專利技術還提供一種井下獲取完整測斜數據的方法，其特征在于，通過井下預設深度校驗點，到預定深度時，暫停鉆柱運動測斜并上傳測量結果，地面確認后下發信息，從而井下可獲得測量點深度數據。本專利技術還提供一種隨鉆當量密度測量方法，其特征在于，包括隨鉆深度跟蹤步驟和當量密度計算步驟，即獲取測量點深度數據、獲取鉆進時的位移增量、測量壓力傳感器與井斜傳感器間的間距，根據所獲得的準確的深度數據、所述位移增量及所述間距，求得環空壓力測量點深度L，進一步利用測斜數據計算其對應垂直深度H，根據隨鉆測量的環空壓力Pa及其對應垂深H，計算出當量鉆井液密度ρeρe=PagH]]>式中g為重力加速度。本專利技術還提供一種隨鉆當量密度上傳方法，其特征在于，包括對所獲取的當量密度進行安全判斷步驟及上傳步驟，即利用井下存儲安全密度窗口數據表，查詢允許的當量密度范圍ρmin～ρmax；判斷壓力測量點垂直深度H處所計算的當量鉆井液密度ρe是否對應所述數據表所允許的密度范圍ρmin～ρmax；如果當量鉆井液密度ρmin≤ρe≤ρmax，則間隔一定時間上傳隨鉆當量密度ρe，否則，MWD立即上傳結果到地面系統，并進行預警提示。在本專利技術中，井下工具基本配置包括：正脈沖發生器、渦輪發電機、驅動短節、電池筒短節、定向儀短節、下數據連接器、上數據連接器、電池及電路、軸向運動傳感器、數據回放接口、環空壓力傳感器、柱內壓力傳感器等。在本專利技術中，PWD(PressureWhileDrilling)工具上裝有柱內和環空壓力傳感器，用于測量鉆柱內外的鉆井液流體壓力、監測開停泵情況和檢測地面下傳信號；PWD上還裝有軸向加速度傳感器，用于測量鉆柱軸向運動情況及計算鉆柱軸向移動距離；PWD通過上下數據連接器同MWD(MeasurementWhileDrilling)通訊連接；MWD用于隨鉆測量定向參數和上傳井下測量參數。在本專利技術中，下鉆前，在井下存儲器中設置已鉆井眼軌跡基本參數、待鉆井眼深度校驗點、不同地層深度允許當量密度范圍、壓力傳感器及定向參數傳感器位置、壓力和軸向加速度傳感器采樣時間等參數；下鉆到井底后鉆柱處于暫停運動狀態，地面向井下發送信息后開始鉆進，初始化速度及軸向位移后，利用加速傳感器進行鉆柱軸向運動距離(深度)跟蹤；應用井下實時跟蹤深度和測斜數據計算壓力傳感器位置垂直深度，進而求<本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于測量鉆柱軸向運動距離的測量方法，其特征在于，利用軸向加速度傳感器測量軸向加速度，然后對測量軸向加速度進行濾波，以濾除疊加于其中的直流誤差信號和噪聲干擾信號，求得鉆進時有效的鉆柱軸向運動加速度，對有效運動加速度一次積分可求得軸向運動速度；再對計算出的軸向運動速度進行濾波，以濾除疊加于其中的直流誤差信號和噪聲干擾信號，求得鉆進時有效的鉆柱軸向運動速度，對有效運動速度一次積分可求得軸向移動距離，由此實現鉆柱軸向移動距離的測量。

【技術特征摘要】
1.一種用于測量鉆柱軸向運動距離的測量方法，其特征在于，利用軸
向加速度傳感器測量軸向加速度，然后對測量軸向加速度進行濾波，以濾
除疊加于其中的直流誤差信號和噪聲干擾信號，求得鉆進時有效的鉆柱軸
向運動加速度，對有效運動加速度一...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧樂，唐雪平，盛利民，竇修榮，王家進，王鵬，藍蓉，艾維平，呂海川，
申請(專利權)人：中國石油集團鉆井工程技術研究院，
類型：發明
國別省市：北京;11