基于質(zhì)量流量綜合檢測的石油井涌井漏預(yù)報(bào)方法及裝置與流程

本發(fā)明屬于石油勘探中的鉆井工程領(lǐng)域，特別是涉及到一種石油井涌井漏預(yù)報(bào)的方法及裝置。

背景技術(shù)：

石油勘探中的鉆井工程是發(fā)現(xiàn)地質(zhì)產(chǎn)油層的關(guān)鍵階段，采用繁重、復(fù)雜的工程技術(shù)，從地表或海洋平臺上鉆孔至復(fù)雜的地下，以期達(dá)到發(fā)現(xiàn)儲油、儲氣層之目的。其中，在地質(zhì)鉆探過程中，可能發(fā)生的井涌和井漏是鉆探工程最常見和最危險(xiǎn)的地層原因的事故，常發(fā)展成井噴等嚴(yán)重事故。提前發(fā)現(xiàn)井涌、井漏并預(yù)報(bào)這類地層事故，是保障鉆井工程安全的重要環(huán)節(jié)和手段。傳統(tǒng)方法，通過觀察返回泥漿的體積和流量變化判斷是否有井涌或井漏(鉆井液增加或流失)，此法簡單、粗略、滯后，難以排除泥漿性能、井眼尺寸、活動鉆具、潮汐風(fēng)浪等的干擾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明公開一種基于質(zhì)量流量綜合檢測的石油井涌井漏預(yù)報(bào)方法及裝置，可以排除干擾，更快、更準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)井涌、井漏現(xiàn)象，提早報(bào)警并指導(dǎo)作出應(yīng)對行動。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種基于質(zhì)量流量綜合檢測的石油井涌井漏預(yù)報(bào)方法，包括：

S1、通過流量分流裝置獲得鉆井過程不同階段的泥漿循環(huán)系統(tǒng)水利參數(shù)特征,即泥漿的質(zhì)量流量特征；設(shè)定出口質(zhì)量流量異常的判定門限；

S2、根據(jù)泥漿泵效率、泵沖數(shù)計(jì)算進(jìn)入井口泥漿的入口質(zhì)量流量QFin；

S3、通過流量分流裝置精確測量并根據(jù)鉆具活動狀態(tài)以及浪涌狀態(tài)得到主管線出口的瞬時(shí)質(zhì)量流量QFout；

S4、綜合S1的判定門限值，判斷是否井涌井漏。

進(jìn)一步的，步驟S1的具體方法為：

S101、在主管線出口處設(shè)置流量分流裝置；

S102、在鉆井過程中，每進(jìn)入新井段則做一組系統(tǒng)特征參數(shù)記錄，按照逐級提升泵沖數(shù)，并在特定泵沖數(shù)下作信號處理；記錄新井段下流量分流裝置裝置的讀取時(shí)差T和特征參數(shù)組；所述特征參數(shù)組包括入口流量f和質(zhì)量qf，以及流量分流裝置檢測的實(shí)時(shí)質(zhì)量流量QFout；

S103、逐級降低泵沖數(shù)，在特定泵沖數(shù)下作信號處理；記錄流量分流裝置裝置的讀取時(shí)差T和特征參數(shù)組；所述特征參數(shù)組包括入口流量f和質(zhì)量qf，以及流量分流裝置檢測的實(shí)時(shí)質(zhì)量流量QFout；

S104、根據(jù)步驟S102和S103,獲得不同時(shí)刻的Tn、fn、qfn和QFoutn；生成被命名為水利指紋的數(shù)組；

S105、根據(jù)泥漿循環(huán)實(shí)時(shí)檢測的出口質(zhì)量流量，對比水利指紋數(shù)組，設(shè)定異常的判定門限。

進(jìn)一步的，步驟S2中所述主管線入口的泥漿的質(zhì)量流量的計(jì)算過程還需要綜合泥漿參數(shù)和鉆井井筒參數(shù)和實(shí)時(shí)的工程狀態(tài)，修正泥漿泵和管道系統(tǒng)產(chǎn)生的偏差因數(shù)，包括泥漿壓縮矯正系數(shù)，得到入口質(zhì)量流量QFin。

更進(jìn)一步的，所述漿壓縮矯正系數(shù)的計(jì)算方法為：

其中⊿SPP＝移動平滑SPP＝(均值SPP-最后30點(diǎn)均值SPP)。

進(jìn)一步的，步驟S3所述主管線出口的瞬時(shí)質(zhì)量流量的精確測量，需要綜合鉆具活動矯正系數(shù)，所述鉆具活動矯正系數(shù)包括對海洋石油鉆井船浮動起伏造成的干擾進(jìn)行數(shù)據(jù)移動平滑濾波處理。

更進(jìn)一步的，所述鉆具活動矯正系數(shù)的計(jì)算方法為：

其中⊿BD＝BD(起動時(shí)間--遲流時(shí)間-活動時(shí)間T)-BD(起動時(shí)間--遲流時(shí)間)，遲流時(shí)間TFD＝該井段活動鉆具開始-出現(xiàn)溢流(or遲流)；

鉆頭深度函數(shù)⊿BD也相應(yīng)沖抵或補(bǔ)償船體浮動、涌浪的參數(shù)變化。

本發(fā)明還提供了應(yīng)用上述方法的一種檢測裝置，包括設(shè)置在主管線出口處的流量分流裝置，以及信號收集器；

所述流量分流裝置包括設(shè)置在主管線上的分流入口、分流出口，以及連接分流入口和分流出口的分流管；

所述分流管在分流入口處設(shè)有分流入口閥，在分流出口處設(shè)有分流出口閥，所述主管線在分流入口和分流出口之間設(shè)有主管線閥門；

所述信號收集器包括高精度質(zhì)量流量傳感器或電磁流量傳感器或超聲波流量傳感器、泵壓傳感器、雷達(dá)液位傳感器、扭矩傳感器、深度傳感器、船體浮動補(bǔ)償器。

進(jìn)一步的，所述高精度質(zhì)量流量傳感器或電磁流量傳感器或超聲波流量傳感器設(shè)置于主管線出口的流量分流裝置。

進(jìn)一步的，所述分流管在分流入口閥和分流出口閥之間設(shè)有過濾器。

進(jìn)一步的，所述分流管在分流入口閥和分流出口閥之間設(shè)有調(diào)零校準(zhǔn)閥。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的基于質(zhì)量流量綜合檢測的石油井涌井漏預(yù)報(bào)方法及裝置，具有以下優(yōu)勢：

本發(fā)明創(chuàng)造性地提出并使用泥漿循環(huán)系統(tǒng)水利參數(shù)特征，以此分辨出鉆井過程不同階段的泥漿循環(huán)系統(tǒng)水利參數(shù)特征，亦稱為“水利指紋”，建立新“常態(tài)”，從而更準(zhǔn)確判別質(zhì)量流量“異?！痹黾拥囊?、氣體侵入井涌和“異?！睖p少的井漏或鉆屑攜帶不足的危險(xiǎn)，通過本發(fā)明可以更快、更準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)井涌、井漏現(xiàn)象，提早報(bào)警并指導(dǎo)作出應(yīng)對行動。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的流程示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的裝置應(yīng)用示意圖。

其中：1、主管線閥門；

2、分流出口閥；

3、分流入口閥；

4、過濾器及調(diào)零校準(zhǔn)閥。

5、鉆具；

6、主管線；

7、裝置本體。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

本發(fā)明的裝置經(jīng)過嚴(yán)格的工程參數(shù)計(jì)算和大量的工程實(shí)踐矯正，最終成型，本裝置的結(jié)構(gòu)、各組件完成簡圖如圖2所示，包括設(shè)置在主管線出口處的流量分流裝置，以及信號收集器；

所述流量分流裝置包括設(shè)置在主管線上的分流入口、分流出口，以及連接分流入口和分流出口的分流管；

所述分流管在分流入口處設(shè)有分流入口閥3，在分流出口處設(shè)有分流出口閥2，所述主管線在分流入口和分流出口之間設(shè)有主管線閥門1；

所述分流管在分流入口閥和分流出口閥之間設(shè)有過濾器及調(diào)零校準(zhǔn)閥4。

所述信號收集器包括高精度質(zhì)量流量傳感器或電磁流量傳感器或超聲波流量傳感器、泵壓傳感器、雷達(dá)液位傳感器、扭矩傳感器、深度傳感器、船體浮動補(bǔ)償器。

所述高精度質(zhì)量流量傳感器、電磁流量傳感器或超聲波流量傳感器設(shè)置于主管線出口的流量分流裝置。

所述泵壓傳感器位于泥漿泵，所述雷達(dá)液位傳感器、扭矩傳感器位于鉆具7。

如圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例具體應(yīng)用的示意圖，裝置本體7設(shè)置在主管線6的出口位置。

如圖1所示本發(fā)明的工作方法為：

S1、通過流量分流裝置獲得鉆井過程不同階段的泥漿循環(huán)系統(tǒng)水利參數(shù)特征,即泥漿的質(zhì)量流量特征；設(shè)定出口質(zhì)量流量異常的判定門限；

包括：

A、在鉆井過程中根據(jù)不同井段的工況擇時(shí)機(jī)，開啟或者閉合本裝置的閥門1并相應(yīng)進(jìn)行開閉閥門2、3的配合操作，變換返流泥漿流經(jīng)本裝置。

B、泥漿泵開啟后根據(jù)本發(fā)明的時(shí)間控制機(jī)制，以某個(gè)特定的泵效率和沖數(shù)計(jì)算出入口流量f₁和質(zhì)量qf₁，并相應(yīng)定時(shí)獲得本裝置檢測的實(shí)時(shí)質(zhì)量流量QF_out1。

C、返回A，逐級提升泵沖數(shù)，開啟閥1閉合閥3、閥2，擇時(shí)處理采集的質(zhì)量信號，并作對比檢驗(yàn)和校準(zhǔn)，得到f_n和質(zhì)量qf_n以及QF_outn。

D、返回A，逐級降低泵沖數(shù),開啟閥1閉合閥3、閥2，繼續(xù)獲得f_n、qf_n和對應(yīng)的QF_outn，本發(fā)明所述方法獲得泥漿系統(tǒng)水利參數(shù)的特征“指紋”。

E、根據(jù)泥漿循環(huán)系統(tǒng)的階段性特征“指紋”，設(shè)定安全范圍，并以聲光報(bào)警的形式及時(shí)通知相關(guān)操作人員處理。

S2、根據(jù)泥漿泵效率、泵沖數(shù)計(jì)算進(jìn)入井口泥漿的入口質(zhì)量流量QFin；

計(jì)算過程還需要綜合泥漿參數(shù)和鉆井井筒參數(shù)和實(shí)時(shí)的工程狀態(tài)，修正泥漿泵和管道系統(tǒng)產(chǎn)生的偏差因數(shù)，包括泥漿壓縮矯正系數(shù)，得到入口質(zhì)量流量QFin。

所述漿壓縮矯正系數(shù)的計(jì)算方法為：

其中⊿SPP＝移動平滑SPP＝(均值SPP-最后30點(diǎn)均值SPP)。

S3、通過流量分流裝置精確測量并根據(jù)鉆具7活動狀態(tài)以及浪涌狀態(tài)得到主管線出口的瞬時(shí)質(zhì)量流量QFout；

其中需要綜合鉆具7活動矯正系數(shù)，所述鉆具7活動矯正系數(shù)包括對海洋石油鉆井船浮動起伏造成的干擾進(jìn)行數(shù)據(jù)移動平滑濾波處理。

所述鉆具7活動矯正系數(shù)的計(jì)算方法為：

其中⊿BD＝BD(起動時(shí)間--遲流時(shí)間-活動時(shí)間T)-BD(起動時(shí)間--遲流時(shí)間)，遲流時(shí)間TFD＝該井段活動鉆具7開始-出現(xiàn)溢流(or遲流)；

鉆頭深度函數(shù)⊿BD也相應(yīng)沖抵或補(bǔ)償船體浮動、涌浪的參數(shù)變化。

S4、綜合S1的判定門限值，判斷是否井涌井漏。

說明如下：

1)基于本發(fā)明的裝置，或者本裝置的外圍延伸變化，可以精確測量泥漿出口的瞬時(shí)質(zhì)量流量，綜合泥漿參數(shù)和鉆井井筒參數(shù)，修正泥漿泵和管道系統(tǒng)產(chǎn)生的計(jì)算入口質(zhì)量流量QFin偏差因數(shù)，包括泥漿壓縮系數(shù)等；

2)對返回泥漿實(shí)時(shí)監(jiān)測和泥漿系統(tǒng)“指紋”而確定的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，設(shè)定出口質(zhì)量流量異常的幾個(gè)判定門限和模式，并發(fā)出相應(yīng)的聲光報(bào)警，設(shè)定警報(bào)范圍可為+/-5L～50L，精度可達(dá)0.1％，范圍0.2T/min-12T/min

3)本發(fā)明的方法包括對泥漿循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行水利學(xué)參數(shù)計(jì)算和矯正，包括泥漿壓縮因數(shù)、泥漿泵排出效率、泥漿井筒內(nèi)膨脹因數(shù)(熱膨脹和發(fā)泡膨脹)、鉆速和遲到時(shí)間對應(yīng)的質(zhì)量流量合理變化，并在軟件中成熟應(yīng)用。

4)本發(fā)明中創(chuàng)造性地提出并使用泥漿系統(tǒng)“指紋”方法，以此分辨出鉆井過程不同階段的泥漿循環(huán)系統(tǒng)水利參數(shù)特征，建立新“常態(tài)”，從而更準(zhǔn)確判別質(zhì)量流量“異常”增加的液、氣體侵入井涌和“異?！睖p少的井漏或鉆屑攜帶不足的危險(xiǎn)。

5)本發(fā)明對高壓泵入幾公里深井筒的泥漿流量的校準(zhǔn)修正方法進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)踐，融入應(yīng)用軟件中進(jìn)行多點(diǎn)、非線性、系統(tǒng)性校準(zhǔn)，將難以捉摸的復(fù)雜系統(tǒng)因素，在工程實(shí)施中做最貼近的重現(xiàn)，排除了流量差法的嚴(yán)重誤差，成為可實(shí)現(xiàn)的工程方法，而非理論空想。

6)本發(fā)明的方法中對海洋石油鉆井船浮動起伏造成的干擾進(jìn)行模式判別并處理，包括瞬時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理，消除船體起伏和活動鉆具等工程活動造成的信號異常，經(jīng)判別、濾波和時(shí)間積分法得出瞬時(shí)流出質(zhì)量，既保證實(shí)時(shí)性又濾除干擾。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。