一种储层气体钻井安全监测系统技术方案

本发明专利技术属于钻井安全技术领域，公开了一种储层气体钻井安全监测系统，储层气体钻井安全监测系统设置有安全监测参数的采集与传输；监控参数采集包括地层岩性参数采集模块、注入参数采集模块、返出参数采集模块和地面装备与人员安全参数采集模块；安全监测参数的采集与传输与监测数据的整合共享连接，监测数据的整合共享包括单个服务器的数据存储、主服务器监测数据整合和监测数据共享。本发明专利技术实时反映储层气体钻井作业时井下与地面的安全状态，进行正确的分析、判断、报警。避免出现复杂的工程问题，确保储层气体钻井的顺利进行。

A Safety Monitoring System for Gas Drilling in Reservoir

The invention belongs to the field of drilling safety technology, and discloses a reservoir gas drilling safety monitoring system. The reservoir gas drilling safety monitoring system is equipped with the acquisition and transmission of safety monitoring parameters; the acquisition of monitoring parameters includes the acquisition module of formation lithology parameters, the acquisition module of injection parameters, the acquisition module of return parameters and the acquisition module of ground equipment and personnel safety parameters; The integration and sharing of monitoring data includes data storage of single server, monitoring data integration of main server and monitoring data sharing. The invention reflects the safety state of underground and ground in real-time reservoir gas drilling operation, and carries out correct analysis, judgment and alarm. To avoid complex engineering problems and ensure the smooth operation of gas drilling in reservoirs.

【技术实现步骤摘要】
一种储层气体钻井安全监测系统
本专利技术属于钻井安全
，尤其涉及一种储层气体钻井安全监测系统。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：近年，国内西部某油田在深层、高压、高产致密砂岩气藏应用了储层气体钻井技术，顺利揭开了多个储层段，所获产能与邻井压裂最高相比增产4倍以上，取得了地质认识和技术进步的重大突破，打响了国内用气体钻井精探深层致密砂岩气藏的第一枪。但随后，大邑某井氮气钻井过程中，因地质不确定性的客观原因钻遇意外的高压、高产气层而发生了井喷事故，造成了人员伤亡与较大的财产损失。该事故引发了工程界对气体钻进储层安全性的思考，依国际钻井承包商协会对欠平衡钻井系列技术的风险等级分类方法，储层气体钻井的风险等级为4B1，属于高安全风险级别。储层气体钻井技术是随近代钻井与装备技术的兴起而发展起来的新兴技术，目的是为了满足整体日益恶劣的勘探条件，实现油气资源的低成本与高效开发。但是，钻井本身为高风险作业，整个环节中都可能存在对健康、安全与环境危害的潜在影响因素；同时，由于其自身的特殊性与井控理念的改变，储层气体钻井过程中的安全风险控制仍是较为突出的工程实际问题。目前，对于气体钻井过程中安全风险的监测发现，现场仍应用液基录井的监控方法，同时采用“一听排砂管线声音、二看排砂管线返出、三探沉砂”的工程方法判断井下净化、井壁失稳、地层产水等情况。但是，这些方法不能满足储层气体钻井对安全风险控制的准确、快速要求。首先，液基录井监控方法应用于气体钻井存在局限性；其次，“看、听、探”的方法存在人为主观性，且不是实时连续的；另外，井场排砂管线附近为危险区域，人员不宜长时间在此作业。如何在实现高效开发油气资源目标的同时，结合现代信息采集、数据处理、风险智能识别与管理技术最大程度的缩小其安全风险发生的可能性，是突破储层气体钻井技术应用瓶颈的关键之一。综上所述，现有技术存在的问题是：以往的监控方法不能满足储层气体钻井对安全风险控制的准确、快速要求，且井场排砂管线附近较为危险，人员不宜长时间在此作业。储层气体钻井技术消除了液基钻井液对储层的伤害，能够大幅提高单井产能与及时发现、评价储层，实现油气资源的低成本、高效开发。但由于该项技术的特殊性与井控理念的改变，应用过程中的安全风险控制仍是较为突出的工程实际问题；现有技术中，不能实现高效开发油气资源目标的同时，结合现代信息采集、数据处理、风险智能识别与管理技术最大程度的缩小其安全风险发生的可能性，是储层气体钻井技术应用瓶颈的关键之一。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种储层气体钻井安全监测系统。本专利技术通过基础理论分析、模型建立、计算机仿真分析与现场应用试验，开发出一套储层气体钻井随钻安全监测技术。本专利技术是这样实现的，一种储层气体钻井安全监测系统，所述储层气体钻井安全监测系统设置有：安全监测参数的采集与传输模块，用于监控参数采集和监控参数的传输；监控参数采集用于地层岩性参数采集、注入参数采集、返出参数采集和地面装备与人员安全参数采集；安全监测参数的采集与传输模块与监测数据的整合共享模块连接，监测数据的整合共享包括单个服务器的数据存储、主服务器监测数据整合和监测数据共享；监测数据的整合共享模块与安全监测系统连接，安全监测系统用于监测数据显示、安全风险分析与报警、阈值比较报警机制和规则推理报警机制。进一步，所述储层气体钻井安全监测系统进一步设置有：地层岩性参数采集模块，用于确定返出岩屑迟到井深和确定返出岩屑岩性，迟到井深确定用于判定钻进段地层岩性。进一步，所述储层气体钻井安全监测系统进一步设置有：注入参数采集模块，用于采集注入气体流量、气体压力、气体温度与氧气浓度数据；返出参数采集模块，用于采集返出气体组分与浓度、气体湿度、气体流量、气体压力、气体温度数据；地面装备与人员安全参数采集模块，用于采集地面有毒和有害气体浓度、地面管线壁厚与井场关键位置图像数据。进一步，地层岩性参数采集模块确定返出岩屑迟到井深和确定返出岩屑岩性中，迟到时间即岩屑在整个环空段运移所消耗的时间，由下式计算，将当前时间减去迟到时间后所得时间所对应的钻进井深即为返出岩屑所对应的实际迟到井深；式中，tl为迟到时间，s；Vh为井筒轴向网格间隔，m；νsi为i网格内岩屑的运移速度确定，m/s；n为井筒轴向网格数。进一步，所述储层气体钻井安全监测系统进一步设置有：监测参数的传输模块，用于各个传感器或监测设备将采集数据以电流或电压形式输出，将传感器的输出量形式统一为电压形式后通过A/D转换器将多个模拟信号转换为一组计算机能够识别的数字信号；主服务器监测数据整合模块，用于通过以太网协议建立局域网各计算机间多种模式通信；安全风险分析与报警模块，用于将实时数据直接与安全阈值比较，若超过安全范围直接启动报警程序；为将多组数据与事先录入的经验规则比较，若符合判定条件，则输出判定结果与对应的处理措施，同时启动报警程序；阈值比较报警机制模块，若实时监测参数超过设定的阈值范围，则报警程序激活；规则推理报警机制模块，采用专家系统模式，将专家的经验知识以规则判定方式录入计算机中形成知识库，运用人工智能推理模拟人类专家解决问题。进一步，监测数据的整合共享模块还用于建立数据整合共享平台，由各个数据服务器、监控终端与局域网体系组成；安全监测系统，显示监测数据与报警已发生的钻井安全风险，并给出初步的判断结果，辅助钻井技术人员认识、判定井下钻井状态。本专利技术的另一目的在于提供一种搭载所述储层气体钻井安全监测系统的计算机控制终端。本专利技术的另一目的在于提供一种如所述储层气体钻井安全监测系统的储层气体钻井安全监测方法，所述储层气体钻井安全监测方法包括：分析储层气体钻进过程中出现的七种安全风险类型，分析各风险发生原因、风险表征参数和风险后果；建立各类型安全风险相关的钻井安全监测基本模型，得出井筒与地层的流场分布、产气对储层井壁稳定的影响、产出水在井筒中的流动形态、边喷边钻时井下燃爆控制方法与储层毒害气体浓度的随钻确定方法；基于各类型安全风险的响应特征，建立风险的监测识别方法，构建储层气体钻井安全监测系统。本专利技术的另一目的在于提供一种实现所述层气体钻井安全监测方法的计算机程序。本专利技术的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的层气体钻井安全监测方法。本专利技术的优点及积极效果为：该储层气体钻井安全监测系统实时反映储层气体钻井作业时井下与地面的安全状态，进行正确的分析、判断、报警。避免出现复杂的工程问题，确保储层气体钻井的顺利进行。本专利技术还具有以下优点：储层气体钻井存在地层产气、井壁失稳、地层产水、井下燃爆、钻柱失效、地层产出有毒与有害气体、地面装备与人员安全风险，各类型风险具有时间性、差异性、严重性、多样性、隐蔽性和可转化性的特征，加大了井控的难度，所酝酿成的安全事故极易发展成灾难性的；气体钻井揭开储层后产气量大，改变了井筒内的流场分布，采用较低的机械钻速与间歇钻进方式虽对钻进过程中的产气速率影响不大，但利于观察是否诱发其它的不安全因素。地层气体的产出不利于储层的井壁稳定与井下燃爆，深井钻井过程中应控制注入循环气体中氧气浓度低于5％。检测返出气体相对湿度可实现地层产水监测，在获取相关注入、返出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储层气体钻井安全监测系统，其特征在于，所述储层气体钻井安全监测系统设置有：安全监测参数的采集与传输模块，用于监控参数采集和监控参数的传输；监控参数采集用于地层岩性参数采集、注入参数采集、返出参数采集和地面装备与人员安全参数采集；安全监测参数的采集与传输模块与监测数据的整合共享模块连接，监测数据的整合共享包括单个服务器的数据存储、主服务器监测数据整合和监测数据共享；监测数据的整合共享模块与安全监测系统连接，安全监测系统用于监测数据显示、安全风险分析与报警、阈值比较报警机制和规则推理报警机制。

【技术特征摘要】
1.一种储层气体钻井安全监测系统，其特征在于，所述储层气体钻井安全监测系统设置有：安全监测参数的采集与传输模块，用于监控参数采集和监控参数的传输；监控参数采集用于地层岩性参数采集、注入参数采集、返出参数采集和地面装备与人员安全参数采集；安全监测参数的采集与传输模块与监测数据的整合共享模块连接，监测数据的整合共享包括单个服务器的数据存储、主服务器监测数据整合和监测数据共享；监测数据的整合共享模块与安全监测系统连接，安全监测系统用于监测数据显示、安全风险分析与报警、阈值比较报警机制和规则推理报警机制。2.如权利要求1所述储层气体钻井安全监测系统，其特征在于，所述储层气体钻井安全监测系统进一步设置有：地层岩性参数采集模块，用于确定返出岩屑迟到井深和确定返出岩屑岩性，迟到井深确定用于判定钻进段地层岩性。3.如权利要求1所述储层气体钻井安全监测系统，其特征在于，所述储层气体钻井安全监测系统进一步设置有：注入参数采集模块，用于采集注入气体流量、气体压力、气体温度与氧气浓度数据；返出参数采集模块，用于采集返出气体组分与浓度、气体湿度、气体流量、气体压力、气体温度数据；地面装备与人员安全参数采集模块，用于采集地面有毒和有害气体浓度、地面管线壁厚与井场关键位置图像数据。4.如权利要求2所述储层气体钻井安全监测系统，其特征在于，地层岩性参数采集模块确定返出岩屑迟到井深和确定返出岩屑岩性中，迟到时间即岩屑在整个环空段运移所消耗的时间，由下式计算，将当前时间减去迟到时间后所得时间所对应的钻进井深即为返出岩屑所对应的实际迟到井深；式中，tl为迟到时间，s；Vh为井筒轴向网格间隔，m；νsi为i网格内岩屑的运移速度确定，m/s；n为井筒轴向网格数。5.如权利要求1所述储层气体钻井安全监测系统，其特征在于，所述储层气体钻井安全监测系统进一步设置有：监测参数的传输模块，用于各个传感器或监测设备将采集数据以电流或电...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹福成，吴国成，马明磊，欧鑫，刘元红，张脐艺，刘艺，李黎明，郭彩漪，张静，王淑丹，胡富雅，唐倩，周映宏，
申请(专利权)人：内江师范学院，
类型：发明
国别省市：四川,51