全程环空压力测量方法及装置制造方法及图纸

一种钻井全过程环空压力测量的方法及装置，实现开、停泵状态下参数测量功能，智能检测钻井作业过程中的最大波动压力、静动态稳定压力和柱内外压差变化等重要数据，并适时上传地面系统供综合分析，预防井下复杂情况和事故，指导安全快速钻完井作业，降低作业风险和钻井成本。

【技术实现步骤摘要】
全程环空压力测量方法及装置
本专利技术涉及石油、天然气钻完井作业的一种全程环空压力测量方法及装置，用于钻井全过程的井眼环空压力实时检测，以指导安全进行钻井施工，降低作业风险，预防井下复杂情况和事故，确保安全快速钻完井作业。
技术介绍
钻井作业包括起下钻、钻进、接单根、循环、划眼等作业，在钻井作业过程中，有多种因素会导致井下压力变化，如钻柱上下活动速度、开停泵作业、排量变化、钻柱转速、机械钻速、井眼净化情况、井眼环空几何尺寸、井眼轨迹、钻井液流变性能、岩屑大小和密度等。在工程实践中，要避免因操作和施工参数不当而造成井下压力波动超出允许范围，防止由此引起的井下复杂情况和事故，如快速起下钻引起的抽吸和激动压力、停泵引起的井底压力快速减小，以及开泵和划眼造成的压力波动。在大位移钻井作业中，由于稳斜段长，且井斜角大，随着钻井进尺的增加，环空沿程流动压耗增加，垂深增加缓慢，从而导致钻井液当量循环密度(ECD)增加明显；同时大位移井存在严重偏心环空和螺旋流，以及井眼净化问题突出，容易引起ECD超过允许值。此外，在高温高压深井、海上深水钻井、小井眼钻井、复杂地层窄密度窗口钻井，以及欠平衡钻井作业都需要精确实时地监测钻井全过程环空压力及变化情况，及时上传重要数据，指导施工决策和安全钻完井作业；也利于钻井事后分析，为以后的钻井设计和施工参数制定提供参考。全过程中监测 钻井环空压力数据量大，目前MWD/LWD数据传输速率还很低，因此迫切需要一种既可满足全程环空压力监测需求，又需智能检测出抽吸、激动压力等重要参数，并适时上传的一种全程环空压力测量方法和装置，为安全钻井施工作业提供指导。
技术实现思路
鉴于此，为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供涉及钻井全过程环空压力测量的技术方案，实现开、停泵状态下参数测量功能，智能检测钻井作业过程中的最大波动压力、静动态稳定压力和柱内外压差变化等重要数据，并适时上传地面系统供综合分析，预防井下复杂情况和事故，指导安全快速钻完井作业，降低作业风险和钻井成本。具体的，本专利技术提供一种用于实现钻井全过程的环空压力测量装置，其特征在于，包括PWD(Pressure While Drilling)工具、仪器连续供电设备、开停泵检测判断部件、以及MWD(Measurement While Drilling)数据通讯工具，所述PWD工具上装有柱内和环空压力传感器，用于测量钻柱内外的钻井液流体压力、监测钻井液循环状态和钻头压降，所述PWD上还装有轴向加速度传感器，用于检测钻柱轴向运动情况及计算钻柱轴向移动距离，在接钻杆坐卡等暂停钻柱上下运动时，利用环空压力传感器测量钻柱轴向静止环空压力，当起下钻、钻进等钻柱运动时，测量环空压力，利用轴向加速度传感器计算相近两次钻柱轴向静止间的移动距离及钻柱上下运动过程中钻柱相对移动距离，对应的钻柱运动环空压力，根据上述信息，计算钻柱上下运动位置对应的静止环空压力及由于钻柱上下运动所产生的环空压力波动，并求出最大环空压力波动。所述仪器连续供电设备包括电池和涡轮发电机，在起下钻等停止钻井液循环时，井下工具采用电池供电，循环钻井液时由涡轮发电机供电。所述开停泵检测判断部件实时监测所述环空压力及其变化过程，记录最大开泵环空压力点，最大开泵环空压力，实时测量在钻进过程中环空及柱内压力，监测钻头压降及环空循环压耗变化情况，判断钻头压降(柱内压力与环空压力之差)、环空循环压耗(开泵与停泵时的环空压力差)是否偏移正常趋势，并通过MWD数据通讯工具上传到地面系统，并且，实时监测停泵过程环空压力及其变化，记录停泵最小环空压力和稳定环空压力，开泵后通过MWD数据通讯工具上传到地面系统。本专利技术还提供一种用于实现钻井全过程的环空压力测量方法，其特征在于，利用PWD工具上装有的柱内和环空压力传感器，测量钻柱内外的钻井液流体压力、监测钻井液循环状态和钻头压降，利用PWD上装有的轴向加速度传感器，检测钻柱轴向运动情况及计算钻柱轴向移动距离，并且，在接钻杆坐卡等暂停钻柱上下运动时，利用环空压力传感器测量钻柱轴向静止环空压力，当起下钻、钻进等钻柱运动时，测量环空压力，利用轴向加速度传感器计算相近两次钻柱轴向静止间的移动距离及钻柱上下运动过程中钻柱相对移动距离，对应的钻柱运动环空压力，然后，根据上述信息，计算钻柱上下运动位置对应的静止环空压力及由于钻柱上下运动所产生的环空压力波动，并求出最大环空压力波动。在起下钻等停止钻井液循环时，采用电池对井下工具供电，循环钻井液时由涡轮发电机供电，并根据钻井工况选择上传停止钻井液循环和循环时的井下压力监测重要参数，从而实现钻井全过程环空压力监测。本专利技术还提供一种用于测量钻柱轴向静止及运动的方法，其特征在于，利用轴向加速度传感器测量轴向加速度，通过滤波求出钻柱轴向运动速度和加速度，进而判断钻柱是否处于静止状态，并且，计算出钻柱轴向移动距离，从而实现钻柱轴向静止及运动的测量。本专利技术还提供一种用于测量钻柱上下运动产生抽吸环空压力波动的方法，其特征在于包括，测量钻柱轴向静止及运动时环空压力步骤，计算钻柱轴向移动距离及对应静止压力及运动产生的环空压力波动及最大环空压力波动步骤，其中，利用PWD上装有的轴向加速度传感器，检测钻柱轴向运动情况及计算钻柱轴向移动距离，并且，在接钻杆坐卡等暂停钻柱上下运动时，利用环空压力传感器测量钻柱轴向静止环空压力，当起下钻、钻进等钻柱运动时，测量环空压力，利用轴向加速度传感器计算相近两次钻柱轴向静止间的移动距离及钻柱上下运动过程中钻柱相对移动距离，对应的钻柱运动环空压力，然后，根据上述信息，计算钻柱上下运动位置对应的静止环空压力及由于钻柱上下运动所产生的环空压力波动，并求出最大环空压力波动。本专利技术还提供一种最大开泵环空压力监测方法，其特征在于，包括开泵过程的判断步骤，及最大环空压力检测步骤，其中，在开泵循环时，排量由小变大到稳定，钻井液从静止到流动，该过程产生环空压力波动，并存在一个最大环空压力点，实时监测所述环空压力及其变化过程，记录最大开泵环空压力点，最大开泵环空压力，从而实现对最大开泵环空压力监测。本专利技术还提供一种正常钻进环空及柱内压力测量方法，其特征在于，包括钻头压降及环空循环压耗变化情况监测步骤，及自动选择重要变化数据上传步骤，其中，实时测量在钻进过程中环空及柱内压力，监测钻头压降及环空循环压耗变化情况，判断钻头压降(柱内压力与环空压力之差)、环空循环压耗(开泵与停泵时的环空压力差)是否偏移正常趋势，并上传到地面系统。本专利技术还提供一种停泵环空压力监测方法，包括停泵过程的判断步骤及井下停泵环空压力及稳定环空压力检测步骤，其中，实时监测停泵过程环空压力及其变化，记录停泵最小环空压力和稳定环空压力，开泵后上传到地面系统。在本专利技术中，井下工具基本配置包括:正脉冲发生器、涡轮发电机、驱动短节、电池筒短节、定向仪短节、下数据连接器、上数据连接器、电池及电路、轴向运动传感器、数据回放接口、环空压力传感器、柱内压力传感器等。在本专利技术中，PWD(Pressure While Drilling)工具上装有柱内和环空压力传感器，用于测量钻柱内外的钻井液流体压力、监测钻井液循环状态和钻头压降，PWD上还装有轴向加速度传感器，用于检测钻柱轴向运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于实现钻井全过程的环空压力测量装置，其特征在于，包括PWD工具、仪器连续供电设备、开停泵检测判断部件、以及MWD数据通讯工具，所述PWD工具上装有柱内和环空压力传感器，用于测量钻柱内外的钻井液流体压力、监测钻井液循环状态和钻头压降，所述PWD上还装有轴向加速度传感器，用于检测钻柱轴向运动情况及计算钻柱轴向移动距离，在接钻杆坐卡等暂停钻柱上下运动时，利用环空压力传感器测量钻柱轴向静止环空压力，当起下钻、钻进等钻柱运动时，测量环空压力，利用轴向加速度传感器计算相近两次钻柱轴向静止间的移动距离及钻柱上下运动过程中钻柱相对移动距离，对应的钻柱运动环空压力，根据上述信息，计算钻柱上下运动位置对应的静止环空压力及由于钻柱上下运动所产生的环空压力波动，并求出最大环空压力波动，所述仪器连续供电设备包括电池和涡轮发电机，在起下钻等停止钻井液循环时，井下工具采用电池供电，循环钻井液由涡轮发电机供电，所述开停泵检测判断部件实时监测所述环空压力及其变化过程，记录最大开泵环空压力点，最大开泵环空压力，实时测量在钻进过程中环空及柱内压力，监测钻头压降及环空循环压耗变化情况，判断钻头压降、环空循环压耗是否偏移正常趋势，并通过MWD数据通讯工具上传到地面系统，并且，实时监测停泵过程环空压力及其变化，记录停泵最小环空压力和稳定环空压力，开泵后通过MWD数据通讯工具上传到地面系统。...

【技术特征摘要】
1.一种用于实现钻井全过程的环空压力测量装置，其特征在于，包括PWD工具、仪器连续供电设备、开停泵检测判断部件、以及MWD数据通讯工具，所述PWD工具上装有柱内和环空压力传感器，用于测量钻柱内外的钻井液流体压力、监测钻井液循环状态和钻头压降，所述PWD上还装有轴向加速度传感器，用于检测钻柱轴向运动情况及计算钻柱轴向移动距离，在接钻杆坐卡等暂停钻柱上下运动时，利用环空压力传感器测量钻柱轴向静止环空压力，当起下钻、钻进等钻柱运动时，测量环空压力，利用轴向加速度传感器计算相近两次钻柱轴向静止间的移动距离及钻柱上下运动过程中钻柱相对移动距离，对应的钻柱运动环空压力，根据上述信息，计算钻柱上下运动位置对应的静止环空压力及由于钻柱上下运动所产生的环空压力波动，并求出最大环空压力波动， 所述仪器连续供电设备包括电池和涡轮发电机，在起下钻等停止钻井液循环时，井下工具采用电池供电，循环钻井液由涡轮发电机供电， 所述开停泵检测判断部件实时监测所述环空压力及其变化过程，记录最大开泵环空压力点，最大开泵环空压力，实时测量在钻进过程中环空及柱内压力，监测钻头压降及环空循环压耗变化情况，判断钻头压降、环空循环压耗是否偏移正常趋势，并通过MWD数据通讯工具上传到地面系统，并且，实时监测停泵过程环空压力及其变化，记录停泵最小环空压力和稳定环空压力，开泵后通过MWD数据通讯工具上传到地面系统。2. ，其特征在于，利用PWD工具上装有的柱内和环空压力传感器，测量钻柱内外的钻井液流体压力、监测钻井液循环状态和钻头压降，利用PWD上装有的轴向加速度传感器，检测钻柱轴向运动情况及计算钻柱轴向移动距离，并且，在接钻杆坐卡等暂停钻柱上下运动时，利用环空压力传感器测量钻柱轴向静止环空压力，当起下钻、钻进等钻柱运动时，测量环空压力，利用轴向加速度传感器计算相近两次钻柱轴向静止间的移动距离及钻柱上下运动过程中钻柱相对移动距离，对应的钻柱运动环空压力，然后，根据上述信息，计算钻柱上下运动位置对应的静止环空压力及由于钻柱上下运动所产生的环空压力波动，并求出最大环空压力波动， 在起下钻等停止钻井液循环时，采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐雪平，盛利民，窦修荣，邓乐，王家进，王鹏，蓝蓉，艾维平，吕海川，
申请(专利权)人：中国石油集团钻井工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11