【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及油气钻井，具体是一种声电耦合的钻井井下侵入监测装置及其使用方法。
技术介绍
1、深水深层油气资源的勘探开发具有安全风险高、作业成本高、技术难度高的特点，由于对深水深层地层信息的掌握认知不足，勘探开发过程中常常因气侵、溶解气侵和岩屑侵等侵入导致各种各样的井下事故，因此侵入的早期监测与控制是避免井喷等重大事故的关键之一。
2、现有侵入监测装置大都基于超声波原理进行监测，如中国专利文献cn 111364979a公开了一种基于超声波的井下气侵监测系统，该方法通过涡轮组合将气液固三相流分离，然后通过自发自收的双晶探头和单发/单收的单晶斜探头对声波信号进行接收，实现对早期气侵的监测，但该方法有几个不足：第一，装置复杂，需要安装涡轮及涡轮保护装置，无法满足井下复杂的工况条件；第二，声波信号发射后要先穿过井筒，这就会使声波信号的强度大幅衰减；第三，穿过井筒的声波信号，仅有一小部分碰到近井壁端的气泡后被反射回来被双晶探头接收，大部分的声波信号通过折射、散射等方式散发掉，而单晶斜探头又无法保证安装的角度符合井底气泡的运移轨迹；又如中国专利文献cn 115596430 a公开了一种井下多级气侵监测装置及油气钻井气侵识别方法，其公开的装置主体为弧形板，弧形板外侧对称设置有声波发生器和声波接收器，装置在使用过程中，为了避免地层环境的影响，需要浇筑固定在水泥环中，该方法也有几个不足，第一，该装置虽然可以实现对气侵的有效监测，但是因装置浇筑在水泥中因此无法重复多次使用；第二，超声波检测气侵方法的原理是基于超声波信号在气泡处发生散射、
3、且目前超声波监测气侵法由于原理受限，其仅对于有明显声阻抗界面的多相流（如具有物理形态的气泡）有较好的响应特征，但对于溶解状态下的气侵其响应特征不明显。
4、因此，亟需一种能够应对井下复杂条件且能重复使用的侵入监测装置，以避免钻井过程中重大事故的发生。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种声电耦合的钻井井下侵入监测装置及其使用方法，通过将监测单元固定在扶正器的肋片侧面，既能有效克服井下复杂条件对监测单元及监测效果的影响，又能将装置重复多次使用；同时利用声波组件和介电组件的配合，实现多种侵入类型的准确高效判断。
2、为实现上述技术效果，本专利技术采用下述技术方案：
3、一种声电耦合的钻井井下侵入监测装置，包括扶正器和监测单元，所述扶正器包括主体和肋片，所述主体呈圆筒形，所述肋片平行沿周向设置在主体外壁上，所述相邻肋片之间形成过流槽；
4、所述监测单元包括介电组件、声波组件和信号处理装置，所述介电组件包括正极和负极，所述声波组件包括声波发射装置和声波接收装置，所述正极和负极分别固定在过流槽两侧的肋片侧壁上，所述声波发射装置和声波接收装置分别固定在过流槽两侧的肋片侧壁上，所述信号处理装置分别与所述正极、负极、声波发射装置和声波接收装置电连接，所述信号处理装置用于接收所述正极、负极、声波发射装置和声波接收装置的信号并进行处理得到监测信息。
5、本专利技术提供的监测装置，将带有监测单元的扶正器代替传统单一功能的扶正器，无需额外占用有限的井下空间，有效克服井下复杂条件对监测单元及监测效果的影响，扶正器是随钻杆一同下井和升井，在钻井过程中监测完毕后，即可取下安装到下一需监测的钻井工地处，监测装置能够重复多次使用。
6、同时，本专利技术提供的监测装置中，监测单元中的监测器件即介电组件的正、负极和声波装置的发射、接收装置分别固定在同一过流槽两侧的肋片侧壁上，相较现有监测装置，有效减小了监测器件之间的间距，确保测得数据更为准确。
7、优选的，所述肋片侧壁开有介电组件固定槽和声波组件固定槽。
8、进一步优选的，所述肋片侧壁还固定有声波组件保护罩，所述声波组件保护罩将所述声波组件固定槽完全覆盖。声波组件产生的声波可利用透射的原理穿过声波组件保护罩，因此为了防止多相流中携带的岩石碎屑、泥沙等固体颗粒对声波组件造成伤害，设置声波组件保护罩可对声波组件进行有效保护。
9、进一步优选的，所述介电组件固定槽与所述肋片侧壁的交界处设有圆角。介电组件的正极负极之间产生电场进行监测，两者之间必须无障碍物或保护罩才能确保其监测精度，因此介电组件固定槽处并不适合覆盖保护罩，通过在介电组件固定槽与肋片侧壁的交界处设置圆角，使流经介电组件固定槽的多相流速度被圆角减慢，以减小多相流中含有的固体颗粒对介电组件的冲击。
10、优选的，所述肋片在所述主体外壁呈螺旋状设置，所述螺旋角度为30°。
11、进一步优选的，所述过流槽两侧的正极和负极位于同一水平面，所述过流槽两侧的声波发射装置和声波接收装置位于同一水平面。
12、优选的，所述主体外壁设有6个肋片，所述介电组件和声波组件均设有6组。
13、本专利技术的工作原理如下：扶正器在钻井过程中是起到支撑井壁的作用，肋片的外壁紧贴井壁，井下产生的多相流在上升过程中，经过扶正器时只能经过流槽向上流动，此时监测器件即可对流体内是否含有气泡进行精准监测，其中，声波组件的发射、接收装置对多相流进行声波监测，介电组件的正极、负极对多相流进行电场监测。
14、本专利技术还提供了上述声电耦合的钻井井下侵入监测装置的使用方法，包括如下步骤：
15、s1.确定地层条件，对井下侵入情况进行模拟仿真，得到各侵入情况下的声信号变化趋势图和介电信号变化趋势图；
16、s2.将钻井井下侵入监测装置投入钻井，进行声信号和介电信号的实时监测。
17、优选的，使用方法还包括：
18、s3.当发生侵入时，根据测得声信号变化情况和介电信号变化情况确定侵入类型和侵入量；
19、s31.若声信号未发生变化，介电信号发生变化，判断为发生了溶解气侵，侵入量根据介电信号变化趋势图查询即得；
20、s32.若声信号发生变化，介电信号也发生变化，初步确定为气侵，根据对应的声波信号变化趋势图确定侵入量，若实测介电信号数值与介电信号变化趋势图中该侵入量下介电信号对应一致则确定为气侵，若不一致则确定为岩屑侵，侵入量以实测介电信号数值对应的介电信号变化趋势图确定的侵入量为准。
21、优选的，步骤s1中，地层条件包括温度和压力，侵入情况包括气侵、溶解气侵和岩屑侵。
22、本专利技术提供的监测装置作用机理如下：
23、当多相流中含有气泡时，声波接收装置接收到的信号振幅会发生改变，同时气泡含量的不同会导致多相流的介电常数发生改变，从而使得介电组件产生的电场测得不同幅值的信号；当多相流中含有岩屑等固体颗粒时，声波接收装置接收到的信号幅度也会发生改变，因此单独声本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种声电耦合的钻井井下侵入监测装置，其特征在于，包括扶正器和监测单元，所述扶正器包括主体和肋片，所述主体呈圆筒形，所述肋片平行沿周向设置在主体外壁上，所述相邻肋片之间形成过流槽；
2.如权利要求1所述的声电耦合的钻井井下侵入监测装置，其特征在于，所述肋片侧壁开有介电组件固定槽和声波组件固定槽。
3.如权利要求2所述的声电耦合的钻井井下侵入监测装置，其特征在于，所述肋片侧壁还固定有声波组件保护罩，所述声波组件保护罩将所述声波组件固定槽完全覆盖。
4.如权利要求2所述的声电耦合的钻井井下侵入监测装置，其特征在于，所述介电组件固定槽与所述肋片侧壁的交界处设有圆角。
5.如权利要求1所述的声电耦合的钻井井下侵入监测装置，其特征在于，所述肋片在所述主体外壁呈螺旋状设置，所述螺旋角度为30°。
6.如权利要求1所述的声电耦合的钻井井下侵入监测装置，其特征在于，所述过流槽两侧的正极和负极位于同一水平面，所述过流槽两侧的声波发射装置和声波接收装置位于同一水平面。
7.如权利要求1所述的声电耦合的钻井井下侵入监测装置，其特
8.如权利要求1-7任一项所述的声电耦合的钻井井下侵入监测装置的使用方法，包括如下步骤：
9.如权利要求8所述的使用方法，其特征在于，步骤S1中，地层条件包括温度和压力，侵入情况包括气侵、溶解气侵和岩屑侵。
10.如权利要求9所述的使用方法，其特征在于，使用方法还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种声电耦合的钻井井下侵入监测装置，其特征在于，包括扶正器和监测单元，所述扶正器包括主体和肋片，所述主体呈圆筒形，所述肋片平行沿周向设置在主体外壁上，所述相邻肋片之间形成过流槽；
2.如权利要求1所述的声电耦合的钻井井下侵入监测装置，其特征在于，所述肋片侧壁开有介电组件固定槽和声波组件固定槽。
3.如权利要求2所述的声电耦合的钻井井下侵入监测装置，其特征在于，所述肋片侧壁还固定有声波组件保护罩，所述声波组件保护罩将所述声波组件固定槽完全覆盖。
4.如权利要求2所述的声电耦合的钻井井下侵入监测装置，其特征在于，所述介电组件固定槽与所述肋片侧壁的交界处设有圆角。
5.如权利要求1所述的声电耦合的钻井井下侵入监测装置，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：许玉强，李富祥，刘宽，何保伦，李兵硕，王玉聪，聂家骏，杨磊，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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