CN113847011B - 一种针对井涌井漏的测量短节及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种针对井涌井漏的测量短节及测量方法，该测量短节包括本体(1)、设置在本体上的电路板(2)，以及设置在本体的外表面的环空压力温度测量单元(3)和地层电阻率测量单元。本体的中部开设有沿轴线贯通的钻井液流道，环空压力温度测量单元包括压力传感器和温度传感器，地层电阻率测量单元包括电磁波发射器和电磁波接收器(5)，电路板与环空压力温度测量单元和地层电阻率测量单元电连接，电路板包括数据处理模块和数据存储模块。采用本发明提供的测量短节可以实现钻井现场井涌井漏的准确测量，从而为石油钻探提质、提速、提效和增储上产保驾护航。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井技术领域，特别是涉及一种针对井涌井漏的测量短节及测量方法。
背景技术
溢流和井漏是石油钻井过程中常见的影响作业安全的现象，其中，溢流是指井下地层中的流体侵入井眼内，导致井口或钻机转盘面的钻杆内涌出一股股连续不断的泥浆，溢流不断增大便会形成井涌，而井漏是指工作液(如钻井液等)在压差作用下直接进入地层的一种井下复杂情况。
目前，现场针对井涌井漏的测量方法普遍存在准确性较差的问题，而一旦井涌井漏发生后，如果检测不准则常会贻误处理时机，最终酿成重大事故，这也成为了我国钻井成本居高不下的主要原因之一，因此，如何实现钻井现场井涌井漏的准确测量，为石油钻探提质、提速、提效和增储上产保驾护航，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种针对井涌井漏的测量短节及测量方法，采用该测量短节可以实现钻井现场井涌井漏的准确测量，从而为石油钻探提质、提速、提效和增储上产保驾护航。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种针对井涌井漏的测量短节，包括：
本体，所述本体的中部开设有沿轴线贯通的钻井液流道；
设置在所述本体的外表面的环空压力温度测量单元和地层电阻率测量单元，所述环空压力温度测量单元包括压力传感器和温度传感器，所述地层电阻率测量单元包括电磁波发射器和电磁波接收器；
设置在所述本体上的电路板，所述电路板与所述环空压力温度测量单元和所述地层电阻率测量单元电连接，所述电路板包括数据处理模块和数据存储模块。
可选地，在上述测量短节中，所述电磁波发射器的数量为4个，且沿所述本体的轴向分为上下两组，每组两个；所述电磁波接收器的数量为2个，且位于上下两组所述电磁波发射器之间，所述电磁波发射器和所述电磁波接收器共同组成一套四发双收、对称分布的天线阵列。
可选地，在上述测量短节中，所述压力传感器、所述温度传感器、所述电磁波发射器、所述电磁波接收器和/或所述电路板嵌装在所述本体上。
一种针对井涌井漏的测量方法，所述测量方法使用如上述任意一项所公开的测量短节，所述本体作为一根钻铤配套于下井钻具组合中，所述测量方法包括：
在钻进和起钻过程中，所述环空压力温度测量单元按照预设时间间隔实时地测量井筒环空的压力和温度，并将所测得的压力和温度发送给所述电路板，由所述数据存储模块记录成第一时间数据库；
在钻进和起钻过程中，所述地层电阻率测量单元按照所述预设时间间隔实时地测量途经地层的电阻率，并将所测得的电阻率发送给所述电路板，由所述数据存储模块记录成第二时间数据库；
所述数据处理模块根据现场综合录井仪记录的第三时间数据库，将所述第一时间数据库和所述第二时间数据库分别转化为第一深度数据库和第二深度数据库，所述第一深度数据库与井筒环空的压力和温度相对应，所述第二深度数据库与地层的电阻率相对应。
可选地，在上述测量方法中，所述测量方法还包括：所述数据处理模块将所述第二深度数据库在钻进和起钻这两个过程中的数据进行比对，并将这两个过程中出现数据差异的对应深度判断为井下溢漏位置。
可选地，在上述测量方法中，当井下溢漏具体为溢流时，通过所述第二深度数据库中电阻率的变化趋势判断侵入流体的种类及侵入强度；
当井下溢漏具体为漏失时，根据所述测量短节在静止的一段时间内所测得的环空压力差来计算钻井液的漏失速度V，计算公式为：
式中，V—漏失速度；
t1—开始静止时间；
t2—结束静止时间；
p1—开始静止时间时的环空压强；
p2—结束静止时间时的环空压强；
ρ—钻井液密度；
g—重力加速度；
r—井眼半径。
可选地，在上述测量方法中，当井下溢漏具体为失返型漏失时，根据所述测量短节所测得的环空压力来计算环空液面距离井口的深度hv，计算公式为：
式中，hv—环空液面距离井口的深度；
Dv—测量点距离井口的深度；
pv—测量点的压强；
ρ—钻井液密度；
g—重力加速度。
根据上述技术方案可知，本发明提供的针对井涌井漏的测量短节中，本体的外表面同时设置有环空压力温度测量单元和地层电阻率测量单元，环空压力温度测量单元包括压力传感器和温度传感器，地层电阻率测量单元包括电磁波发射器和电磁波接收器，因此，该测量短节可以在钻进和起钻过程中测量环空温度、环空压力和地层电阻率，当井下发生井涌井漏时，根据测得的环空压力扰动变化、环空温度梯度变化趋势，就可以实时判断井下溢漏的真实情况。如果发生的是溢流，那么通过随钻所测的地层电阻率的变化趋势可以判断出侵入流体的种类(油、气和水)及侵入强度。如果发生的是井漏，那么根据环空压力可以计算出漏失速度及环空液面距离井口的深度。综上所述，采用本发明提供的测量短节可以实现钻井现场井涌井漏的准确测量，从而为石油钻探提质、提速、提效和增储上产保驾护航。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种针对井涌井漏的测量短节的剖视图；
图2是本发明实施例提供的测量短节的功能方框图。
图中标记为：
1、本体；2、电路板；3、环空压力温度测量单元；41、上电磁波发射器；42、下电磁波发射器；5、电磁波接收器。
具体实施方式
为了便于理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
参见图1，本发明实施例提供的针对井涌井漏的测量短节包括本体1、电路板2、环空压力温度测量单元3，以及地层电阻率测量单元。本体1的中部开设有沿轴线贯通的钻井液流道，环空压力温度测量单元3和地层电阻率测量单元都设置在本体1的外表面，其中，环空压力温度测量单元3包括压力传感器和温度传感器，地层电阻率测量单元包括电磁波发射器和电磁波接收器5。电路板2设置在本体1上，包括数据处理模块和数据存储模块，而且，电路板2与环空压力温度测量单元3和地层电阻率测量单元电连接。
本实施例中，电磁波发射器的数量为4个，且沿本体1的轴向分为上下两组，每组两个。如图1所示，上电磁波发射器41的数量为2个，下电磁波发射器42的数量为2个。电磁波接收器5的数量为2个，且位于上下两组电磁波发射器之间，上电磁波发射器41、下电磁波发射器42和电磁波接收器5共同组成一套四发双收、对称分布的天线阵列。
具体实际应用中，压力传感器、温度传感器、电磁波发射器、电磁波接收器5和电路板2可以采用嵌装的形式安装在本体1上。
基于本发明的测量短节，本发明还提供了一种针对井涌井漏的测量方法，应用本发明的测量短节时，本体1作为一根钻铤配套于下井钻具组合中，本发明提供的测量方法包括：
在钻进和起钻过程中，环空压力温度测量单元3按照预设时间间隔实时地测量井筒环空的压力和温度，并将所测得的压力和温度发送给电路板2，由数据存储模块记录成第一时间数据库；
在钻进和起钻过程中，地层电阻率测量单元按照上述预设时间间隔实时地测量途经地层的电阻率，并将所测得的电阻率发送给电路板2，由数据存储模块记录成第二时间数据库；
数据处理模块根据现场综合录井仪记录的第三时间数据库，将第一时间数据库和第二时间数据库分别转化为第一深度数据库和第二深度数据库，第一深度数据库与井筒环空的压力和温度相对应，第二深度数据库与地层的电阻率相对应。
需要说明的是，现场判断是否有井涌井漏将要发生是依据地面监控设备的钻井液流量数据得出的，即如果钻井液的返出量与注入量明显不一致，那么意味着井涌井漏将要发生。本发明的测量方法并非用于判断井涌井漏是否将要发生，而是用于如实记录钻进和起钻的真实情况，以便在井涌井漏发生之后能够快速有效地作出处理策略。
如图2所示，无论是在钻进过程，还是在上提(即起钻)过程，本发明的测量短节都对井下的三个方面进行了测量，分别是环空温度、环空压力和地层电阻率，应当理解，环空温度的梯度异常、环空压力的扰动和地层电阻率的变化都是井下溢漏(即溢流或漏失)造成的结果，其中，如果判断井下溢漏具体为溢流，那么地层电阻率的变化趋势可用来判断侵入流体的种类(油、气或者水)及侵入强度；如果判断井下溢漏具体为漏失，那么环空压力可以用来计算漏失速度。
具体地，当井下溢漏具体为漏失时，根据测量短节在静止的一段时间内所测得的环空压力差来计算钻井液的漏失速度V，计算公式为：
式中，V—漏失速度；
t1—开始静止时间；
t2—结束静止时间；
p1—开始静止时间时的环空压强；
p2—结束静止时间时的环空压强；
ρ—钻井液密度；
g—重力加速度；
r—井眼半径。
需要说明的是，在静止的这一段时间内，p1和p2是同一测量点位置不同时间点所对应的环空压强，随着时间的流逝，环空液面逐渐下降，因此测量点的环空压强会逐渐降低，根据压强与深度的关系式以及圆柱体积公式即可推导出上述计算公式。
当井下溢漏具体为失返型漏失时，及时了解环空液面距离井口的深度也十分有必要，为此，本发明提供的测量方法还包括：根据测量短节所测得的环空压力来计算环空液面距离井口的深度hv，计算公式为：
式中，hv—环空液面距离井口的深度；
Dv—测量点距离井口的深度；
pv—测量点的压强；
ρ—钻井液密度；
g—重力加速度。
需要说明的是，Dv可以根据测量短节的钻入深度直接获得。
为了找出井下溢漏所在的位置，本发明提供的测量方法还包括：数据处理模块将第二深度数据库在钻进和起钻这两个过程中的数据进行比对，并将这两个过程中出现数据差异的对应深度判断为井下溢漏位置。
如图2所示，在钻进过程中，测得所钻地层自上向下的纵向电阻率剖面(即下行剖面)，当发生井漏时，随着钻具的上提，测得所钻地层的自下向上的纵向电阻率剖面(即上行剖面)，然后将下行剖面与上行剖面进行对比，类似于“指纹比对”，根据测得的下行和上行两组电阻率剖面谱图的差异，判断出井漏位置。
当钻井液的电阻率与漏失层位的地层电阻率差别不大时，可以将实钻过程中测得的地层电阻率数据(即下行剖面)作为参考基准，在上提过程中指导性地加入与漏失层位的地层具有迥异电阻率的堵漏材料作为示踪剂。
为了能够尽快获得现场测量数据，本发明的测量短节还可以通过MWD(随钻测量)或LWD(随钻测井)将数据传输至地面***。
由图2可见，本发明提供的测量短节可以在钻进和起钻过程中测量环空温度、环空压力和地层电阻率，当井下发生井涌井漏时，根据测得的环空压力扰动变化、环空温度梯度变化趋势，就可以实时判断井下溢漏的真实情况。如果发生的是溢流，那么通过随钻所测的地层电阻率的变化趋势可以判断出侵入流体的种类(油、气和水)及侵入强度。如果发生的是井漏，那么根据环空压力可以计算出漏失速度及环空液面距离井口的深度。综上所述，采用本发明提供的测量短节可以实现钻井现场井涌井漏的准确测量，从而为石油钻探提质、提速、提效和增储上产保驾护航。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种针对井涌井漏的测量方法，其特征在于，所述测量方法使用针对井涌井漏的测量短节，所述测量短节包括：
本体(1)，所述本体(1)的中部开设有沿轴线贯通的钻井液流道，所述本体(1)作为一根钻铤配套于下井钻具组合中；
设置在所述本体(1)的外表面的环空压力温度测量单元(3)和地层电阻率测量单元，所述环空压力温度测量单元(3)包括压力传感器和温度传感器，所述地层电阻率测量单元包括电磁波发射器和电磁波接收器(5)；
设置在所述本体(1)上的电路板(2)，所述电路板(2)与所述环空压力温度测量单元(3)和所述地层电阻率测量单元电连接，所述电路板(2)包括数据处理模块和数据存储模块；
所述测量方法包括：
在钻进和起钻过程中，所述环空压力温度测量单元(3)按照预设时间间隔实时地测量井筒环空的压力和温度，并将所测得的压力和温度发送给所述电路板(2)，由所述数据存储模块记录成第一时间数据库；
在钻进和起钻过程中，所述地层电阻率测量单元按照所述预设时间间隔实时地测量途经地层的电阻率，并将所测得的电阻率发送给所述电路板(2)，由所述数据存储模块记录成第二时间数据库；
所述数据处理模块根据现场综合录井仪记录的第三时间数据库，将所述第一时间数据库和所述第二时间数据库分别转化为第一深度数据库和第二深度数据库，所述第一深度数据库与井筒环空的压力和温度相对应，所述第二深度数据库与地层的电阻率相对应。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括：所述数据处理模块将所述第二深度数据库在钻进和起钻这两个过程中的数据进行比对，并将这两个过程中出现数据差异的对应深度判断为井下溢漏位置。
3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，当井下溢漏具体为溢流时，通过所述第二深度数据库中电阻率的变化趋势判断侵入流体的种类及侵入强度；
当井下溢漏具体为漏失时，根据所述测量短节在静止的一段时间内所测得的环空压力差来计算钻井液的漏失速度V，计算公式为：
式中，V—漏失速度；
t1—开始静止时间；
t2—结束静止时间；
p1—开始静止时间时的环空压强；
p2—结束静止时间时的环空压强；
ρ—钻井液密度；
g—重力加速度；
r—井眼半径。
4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，当井下溢漏具体为失返型漏失时，根据所述测量短节所测得的环空压力来计算环空液面距离井口的深度hv，计算公式为：
式中，hv—环空液面距离井口的深度；
Dv—测量点距离井口的深度；
pv—测量点的压强；
ρ—钻井液密度；
g—重力加速度。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的测量方法，其特征在于，所述电磁波发射器的数量为4个，且沿所述本体(1)的轴向分为上下两组，每组两个；所述电磁波接收器(5)的数量为2个，且位于上下两组所述电磁波发射器之间，所述电磁波发射器和所述电磁波接收器(5)共同组成一套四发双收、对称分布的天线阵列。
6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述压力传感器、所述温度传感器、所述电磁波发射器、所述电磁波接收器(5)和/或所述电路板(2)嵌装在所述本体(1)上。
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