本发明属于石油钻井领域,特别涉及一种钻井井下的多位置监测系统及监测方法。
背景技术:
1、石油钻井时,钻具在井下需要承受高钻压、高扭矩以及井下地层和泥浆压力的作用,会出现破损、断裂等风险,导致钻井事故,同时钻井参数也直接反应钻井的施工状态,可用于判断井漏、气侵等井下异常状态,可降低损失。
2、当钻井过程中遇到复杂工况时,通过环空压力变化的测量与分析,实时判别井漏、气侵等异常状态,如果不能在钻井施工作业中对井漏、气侵这类异常状态预警,那么钻井施工作业的安全性必定得不到保障,存在较大安全风险。
3、本发明是基于多位置测量工程参数的气侵漏失识别算法,通过对环空压力信号的响应特征进行解析分析,对井漏气侵等异常状态进行预警。
技术实现思路
1、针对上述问题,本发明提出一种钻井井下的多位置监测系统,包括钻杆系统,呈长杆状,置于井下,所述钻杆系统杆身均匀布置有n个采集单元和n个检测单元,其中,n≥2;
2、还包括数据处理系统,置于地面,所述数据处理系统包括数据处理模块、数据提取模块、参数求取模块、模型单元以及报警单元;
3、所述采集单元,用于采集井下n个位置的环空压力,输出第一信号至数据处理模块,所述数据处理模块对数据平滑处理,由数据提取模块提取信号特征,基于信号特征,参数求取模块建立特征识别模型,由模型单元判定气井处于气侵或漏失工况;
4、所述检测单元,用于判定井下n个位置的环空压力是否超过临界预设值,若超过,输出第二信号至报警单元预警。
5、优选的,所述钻杆系统包括钻头、近钻头钻杆、螺杆、转换接头和钻杆端头,依次同轴连接,其中,
6、所述近钻头钻杆、螺杆、转换接头和钻杆端头侧壁上都均匀布置有n个安装孔,每个安装孔内螺纹连接有检测筒座,所述检测筒座呈圆柱装,且位于安装孔外的检测筒座外端同轴开设有检测孔a,所述检测孔a内安设有采集单元;
7、所述检测筒座内端开设有气密孔,所述气密孔内密封滑动连接有伸缩柱塞,所述检测筒座筒壁开设有双输流通道,所述气密孔与双输流通道之间通过引流通道彼此连通;
8、所述双输流通道内端连通强化密室,所述强化密室内布置有用于防止检测筒座螺纹啮合松动的加紧件;
9、所述双输流通道外端连通环形腔槽,所述环形腔槽内布置有检测单元;
10、所述气密孔、引流通道、双输流通道、强化密室和环形腔槽彼此连通,且内部填充气体介质。
11、优选的,所述采集单元包括传感器、发射接收模块和控制芯片,由内之外依次布置于检测孔内,其中,
12、所述传感器执行检测井下环空压力作业,输出第一信号至控制芯片,所述控制芯片控制发射接收模块输出第一信号至数据处理模块。
13、优选的,所述检测单元包括弹性膜片和支撑框,其中,
14、所述检测筒座外端同轴贯穿环形槽构成环形腔槽,所述环形腔槽内布置有支撑框,所述环形腔槽截面呈口字状,且支撑框外框处滑动连接有延长杆,所述延长杆杆长与环形腔槽轴线方向平行,所述延长杆外端连接弹性膜片,且延长杆内端连接第一触发件;
15、所述支撑框内框处布置有第二触发件和信号发送器,所述第二触发件与第一触发件接触,可触发信号发送器开启,传输第二信号至控制芯片,所述控制芯片控制发射接收模块发射第二信号至报警单元预警。
16、优选的,所述检测筒座侧壁贯穿l形孔构成强化密室,所述强化密室一端与安装孔内壁连通;
17、所述加紧件包括侧压柱塞和防滑片,所述侧压柱塞端部连接有防滑片,且彼此沿水平向滑动布置于强化密室内。
18、优选的,所述传感器为环空多相流体介电特性测量传感器,所述发射接收模块为无线发射接收模块。
19、本申请还要求保护一种监测方法,应用上述的多位置监测系统,其特征在于,包括以下步骤:
20、采集单元采集井下n个位置的环空压力,并输出第一信号至数据处理模块;
21、数据处理模块对环空压力数据进行差分处理压力梯度,并对压力梯度进行高斯滤波处理;
22、数据提取模块在一个窗口时期内,提取高斯滤波处理后数据的信号特征;
23、基于信号特征,参数求取模块模拟气侵及漏失工况下环空压力的变化,并建立特征识别模型,获取超平面参数;
24、模型单元接收超平面参数,判定气井处于气侵或漏失工况;
25、检测单元判定井下n个位置的环空压力是否超过临界预设值,若超过,输出第二信号至报警单元预警。
26、优选的,采集单元采集井下n个位置的环空压力,包括以下步骤:
27、传感器检测井下环空压力,输出第一信号至控制芯片,所述控制芯片控制发射接收模块输出第一信号至数据处理模块;
28、检测单元判定井下n个位置的环空压力是否超过临界预设值,若超过,输出第二信号至报警单元预警。
29、优选的,检测单元判定井下n个位置的环空压力是否超过临界预设值,具体包括以下步骤:
30、弹性膜片检测井下环空压力,井下环空压力大于临界预设值,外力挤压弹性膜片形变,弹性膜片驱动延长杆上的第一触发件与第二触发件接触,可触发信号发送器开启,传输第二信号至控制芯片,所述控制芯片控制发射接收模块发射第二信号至报警单元预警。
31、有益效果
32、本发明要求保护一种钻井井下的多位置监测系统,通过置于井下的钻杆系统,传输信号至地面的数据处理系统,实现远程监控井下环空压力,对井漏气侵的异常状态进行预,对井施工作业的安全性进行保障,减小安全风险。
33、具体的,从两个方面出发:
34、第一,通过采集单元,用于采集井下n个位置的环空压力,输出第一信号至数据处理模块,所述数据处理模块对数据平滑处理,由数据提取模块提取信号特征,基于信号特征,参数求取模块建立特征识别模型,由模型单元判定气井处于气侵或漏失工况;
35、第二,通过检测单元判定井下n个位置的环空压力是否超过临界预设值,若超过,输出第二信号至报警单元预警,以提醒相关工作人员及时排查原因并做好相应应对措施,从而避免因钻井施工作业时因环空压力过大而导致的钻井事故和井壁崩塌等危险情况发生,确保钻井施工作业的安全性。
36、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
1.一种钻井井下的多位置监测系统,其特征在于,包括钻杆系统(1),呈长杆状,置于井下,所述钻杆系统(1)杆身均匀布置有n个采集单元(11)和n个检测单元(12),其中,n≥2;
2.根据权利要求1所述的一种钻井井下的多位置监测系统,其特征在于,所述钻杆系统(1)包括钻头(13)、近钻头钻杆(14)、螺杆(15)、转换接头(16)和钻杆端头(17),依次同轴连接,其中,
3.根据权利要求2所述的一种钻井井下的多位置监测系统,其特征在于,所述采集单元(11)包括传感器(110)、发射接收模块(111)和控制芯片(112),由内之外依次布置于检测孔(180a)内,其中,
4.根据权利要求2或3所述的一种钻井井下的多位置监测系统,其特征在于,所述检测单元(12)包括弹性膜片(120)和支撑框(121),其中,
5.根据权利要求2所述的一种钻井井下的多位置监测系统,其特征在于,所述检测筒座(18)侧壁贯穿l形孔构成强化密室(180e),所述强化密室(180e)一端与安装孔内壁连通;
6.根据权利要求3所述的一种钻井井下的多位置监测系统,其特征在于,所述传感器(110)为环空多相流体介电特性测量传感器,所述发射接收模块(111)为无线发射接收模块。
7.一种监测方法,应用权利要求1-6任一所述的多位置监测系统,其特征在于,包括以下步骤:
8.根据权利要求7所述的一种监测方法,其特征在于,采集单元(11)采集井下n个位置的环空压力,包括以下步骤:
9.根据权利要求7所述的一种监测方法,其特征在于,检测单元(12)判定井下n个位置的环空压力是否超过临界预设值,具体包括以下步骤: