模拟气侵装置及气侵模拟实验方法和判断气侵位置的方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟气侵装置及气侵模拟实验方法和判断气侵位置的方法。本发明专利技术利用了压力波技术的原理，模拟井筒发生不同深度位置的气侵，通过压力激励装置向井筒内激发激励压力波，压力波在传播过程中携带着有效的泄漏点信息，传播过程中受到钻井液流体、井眼轨迹等因素的影响，通过入口管路和出口管路的压力传感器进行压力波检测，获得对应的理论压力波响应频谱曲线，并通过真实发生气侵时实测的压力波响应频谱曲线与其进行对比，可准确地确定实际发生气侵的位置。本发明专利技术具有检测准确、即时性强的优势，且实现成本较低、操作简单，可广泛应用于各类钻井过程中气侵位置的检测。泛应用于各类钻井过程中气侵位置的检测。泛应用于各类钻井过程中气侵位置的检测。

【技术实现步骤摘要】
模拟气侵装置及气侵模拟实验方法和判断气侵位置的方法


[0001]本专利技术涉及油气勘探开发
，特别涉及一种模拟气侵装置及气侵模拟实验方法和判断气侵位置的方法。

技术介绍

[0002]随着国内油气勘探朝着更深、更复杂的储层迈进，深层钻探钻遇的岩性错综复杂，自上而下发育多套压力体系，钻遇气层时极易发生气体进入井筒，造成气侵溢流频发，干扰地质录井和钻井液性能的正常维护，而且有可能引发卡钻、井喷、坍塌等一些列复杂问题，严重制约钻井工程进度。
[0003]在钻井过程中，由于下钻产生的激动压力、钻井液密度低、地层压力异常等问题，可能会导致地层压力大于环空压力，从而造成气体侵入井底，发生气侵情况。在任何工况环境下，当发生气侵时，环空与地层之间形成负压差。如果未及时检测到气侵并采取有效措施，随着气体向井口的迁移，环空与地层的负压差将进一步增大，从而加剧气体入侵，使情况进一步恶化，容易诱发井喷等事故。通常情况下，气侵发生在井底或套管鞋处，但在异常复杂的地层中钻井时，气侵可能发生在裸眼段的任何地方。从钻井安全的角度来看，越早发现气侵越好。可以更准确判断气侵位置，更有利于采取有效措施抑止气侵，从根本上杜绝井喷事故，保证钻井工作正常进行。
[0004]国内外钻井行业的气侵检测仅限于是否发生气侵的判断，在钻井过程中采取快速准确判断气侵位置的方法，可以准确确定气侵位置，不仅有助于分析复杂的地层结构，而且可以针对气侵的具体位置采取有效措施，如提高钻井液密度、加大回压或下套管封隔等方法来抑制气侵。如何准确确定气侵位置已成为钻井工程中亟待解决的问题。因此，提供一种快速、准确检测气侵位置的方法和装置是非常必要的。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种模拟气侵装置及气侵模拟实验方法和判断气侵位置的方法。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供一种模拟气侵装置，包括：模拟井筒、模拟钻柱、入口管路、入口压力传感器、出口管路，出口压力传感器、钻井泵和储液罐；激励装置、多个气侵阀、进气阀和空压机；液压节流阀、气液流量计和工控机；其中：
[0007]所述模拟钻柱设置于模拟井筒内；所述钻井泵连接储液罐，所述储液罐通过入口管路和出口管路连通所述模拟钻柱和所述模拟井筒；
[0008]所述出口压力传感器设置于出口管路的出口附近；所述入口压力传感器设置于入口管路的入口附近；
[0009]所述入口压力传感器、所述出口压力传感器、所述液压节流阀和所述气液流量计依次设置于出口管路上，并且通过传输线路连接所述工控机；
[0010]所述激励装置与所述出口管路连接，且设置于出口压力传感器和气液流量计之
间；
[0011]多个气侵阀分别设置于高低不同的多个气侵模拟管路上，所述多个气侵模拟管路一端与井筒的不同深度处相连通，另一端通过进气阀连接空压机；所述多个气侵阀用于打开以模拟气侵的发生；
[0012]所述工控机，用于实时监测所述气液流量计采集的气体和/或钻井液流量信号数据，并通过所述液压节流阀对管路中的液体流量进行控制，并在不同气侵阀打开模拟不同位置处的气侵发生时，获得所述出口压力传感器采集的出口压力波信号数据、所述入口压力传感器采集的入口压力波信号数据并进行处理，得到不同气侵位置处的压力波响应曲线。
[0013]在一个实施例中，所述激励装置，包括：液压枪、液压管线和单向阀；
[0014]所述液压管线一端连接所述出口管路，所述液压管线另一端连接所述液压枪；所述单向阀设置于所述液压管线与所述出口管路的交汇处；所述液压枪设置有激励扳手，以完成激励后复位。
[0015]在一个实施例中，所述工控机用于在所述液压枪完成激励后，持续采集所述入口压力传感器的压力波信号和出口压力传感器的压力波信号，直至激励压力波消失后延迟预设时长；对采集的压力波信号数据进行去噪处理；将去噪后的压力波信号数据进行快速傅里叶变换，以转换得到对应的频域信号，通过预先建立的模拟井筒环空系统压力变量响应函数，导出发生气侵位置的响应频谱曲线。
[0016]在一个实施例中，所述入口管路与所述模拟井筒中的模拟钻柱的顶端连接，另一端与所述钻井泵连接；
[0017]所述出口管路的一端与所述模拟井筒和模拟钻柱之间的环空的出口连接，另一端与储液罐连接。
[0018]在一个实施例中，所述储液罐用于盛装钻井液；所述钻井泵用于在模拟气侵之前将储液罐中的钻井液泵出并循环直至模拟井筒和模拟钻柱内充满所述钻井液。
[0019]第二方面，本专利技术实施例提供一种使用如前述的模拟气侵的装置进行气侵模拟实验的方法，包括：
[0020]启动所述钻井泵，将储液罐中的钻井液泵出并在入口管路、所述模拟钻柱、模拟井筒环空和出口管路中循环直至模拟井筒和模拟钻柱内充满所述钻井液；
[0021]在满足预设的激励条件后，对所述激励装置进行加压，直至预设的压力值；
[0022]打开空压机，关闭所有气侵阀，并开启进气阀；
[0023]打开预设位置的气侵阀，并关闭其他位置的气侵阀，保持进气阀开启，记录流量计示数；
[0024]触发激励装置发射激励压力波信号，并采集入口传感器处的压力波信号和出口传感器处的压力波信号，直至激励压力波消失后延迟预设时长；
[0025]对采集的压力波信号数据进行去噪处理；
[0026]将去噪后的压力波信号进行快速傅里叶变换，将压力波时域信号转换至频域信号，通过预先建立的模拟井筒环空系统压力变量响应函数，导出发生气侵位置的响应频谱曲线。
[0027]在一个实施例中，若所述实验方法需连续模拟模拟井筒不同位置的气侵情况时，
则在上一个位置的气侵模拟结束后，关闭所有气侵阀，并循环钻井液达到预设的时长，直至模拟井筒和模拟钻柱无气体存在；然后打开当前位置的气侵阀，继续模拟当前位置的气侵情况。
[0028]第三方面，本专利技术实施例提供一种判断气侵位置的方法，包括：
[0029]若检测到发生气侵，在井筒出口处通过激励装置发射激励压力波信号，并通过地面节流管会和立管处的压力传感器采集原始压力波信号；
[0030]对采集到的所述原始压力波信号进行去噪处理；
[0031]将去噪处理的信号经快速傅里叶变换，获得压力波响应频谱曲线，所述压力波响应频谱曲线保留有低频特征；
[0032]通过将所述压力波响应频谱曲线，与模拟得到的井筒各位置气侵时的压力波响应频谱曲线进行对比，确定实际发生气侵的位置；
[0033]所述模拟得到的井筒各位置气侵时的压力波响应频谱曲线，是通过如如前述的气侵模拟实验的方法得到的。
[0034]在一个实施例中，对采集到的所述原始压力波信号进行去噪处理，包括：
[0035]通过变分模态分解VMD算法或者小波变换算法对原始压力波信号进行去噪。
[0036]在一个实施例中，通过将所述压力波响应频谱曲线，与模拟得到的各位置的气侵时的压力波响应频谱曲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟气侵装置，其特征在于，包括：模拟井筒、模拟钻柱、入口管路、入口压力传感器、出口管路，出口压力传感器、钻井泵和储液罐；激励装置、多个气侵阀、进气阀和空压机；液压节流阀、气液流量计和工控机；其中：所述模拟钻柱设置于模拟井筒内；所述钻井泵连接储液罐，所述储液罐通过入口管路和出口管路连通所述模拟钻柱和所述模拟井筒；所述出口压力传感器设置于出口管路的出口附近；所述入口压力传感器设置于入口管路的入口附近；所述入口压力传感器、所述出口压力传感器、所述液压节流阀和所述气液流量计依次设置于出口管路上，并且通过传输线路连接所述工控机；所述激励装置与所述出口管路连接，且设置于出口压力传感器和气液流量计之间；多个气侵阀分别设置于高低不同的多个气侵模拟管路上，所述多个气侵模拟管路一端与井筒的不同深度处相连通，另一端通过进气阀连接空压机；所述多个气侵阀用于打开以模拟气侵的发生；所述工控机，用于实时监测所述气液流量计采集的气体和/或钻井液流量信号数据，并通过所述液压节流阀对管路中的液体流量进行控制，并在不同气侵阀打开模拟不同位置处的气侵发生时，获得所述出口压力传感器采集的出口压力波信号数据、所述入口压力传感器采集的入口压力波信号数据并进行处理，得到不同气侵位置处的压力波理论响应曲线。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激励装置，包括：液压枪、液压管线和单向阀；所述液压管线一端连接所述出口管路，所述液压管线另一端连接所述液压枪；所述单向阀设置于所述液压管线与所述出口管路的交汇处；所述液压枪设置有激励扳手，以完成激励后复位。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述工控机用于在所述液压枪完成激励后，持续采集所述入口压力传感器的压力波信号和出口压力传感器的压力波信号，直至激励压力波消失后延迟预设时长；对采集的压力波信号数据进行去噪处理；将去噪后的压力波信号数据进行快速傅里叶变换，以转换得到对应的频域信号，通过预先建立的模拟井筒环空系统压力变量响应函数，导出发生气侵位置的理论响应频谱曲线。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述入口管路与所述模拟井筒中的模拟钻柱的顶端连接，另一端与所述钻井泵连接；所述出口管路的一端与所述模拟井筒和模拟钻柱之间的环空的出口连接，另一端与储液罐连接。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的装置，其特征在于，所述储液罐用于盛装钻井液；所述钻井泵用于在模拟气侵之前将储液罐中的钻井液泵出并循环直至模拟井筒和模拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，朱忠喜，付加胜，史肖燕，赵庆，黄鹏鹏，李雅飞，翟小强，李牧，郝围围，王昊，王晓颖，陈业生，
申请(专利权)人：中国石油集团工程技术研究院有限公司北京石油机械有限公司，
类型：发明
国别省市：