[发明专利]一种随钻条件下混合流体含气量检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明是关于石油勘探开发技术领域，尤其是关于混合流体含气量检测技术领域，具体来说是关于一种随钻条件下混合流体含气量检测方法及装置。

背景技术

石油钻井是发现油气藏的最直接手段，安全高效钻井是石油工程中最为突出的问题。地层中的气体突然进入井孔中是钻井过程中造成各种安全事故的主要原因之一，如何及时检测钻井液中所出现的气体是最主要的钻井安全措施之一。

在钻井过程中，当钻头遇到含油、含气地层时，地层中的气体可能进入井内并混入钻井液中，形成气体和液体的混相介质，如何尽可能早地发现这种油气显示非常重要。

钻井液(泥浆)一般是包含有水、各种添加剂的混合流体，可以用来清洗和保护井壁、润滑和冷却钻头和钻柱、携带岩石碎屑到地面并对井壁提供一定的静水压力。钻井液的密度和钻井液“液柱”的高度决定了钻井液“液柱”的静水压力，一般人们希望此静水压力略大于所钻地层的孔隙压力，这一方面维持了井壁的稳定性、另一方面可以防止地层内的流体流入井眼。地层气体进入井内会使钻井液的密度降低、进而导致钻井液的静水压力降低，这会进一步加剧地层流体进入井眼(亦称溢流或气侵)。地层流体进入井眼后会引起下井设备的腐蚀和失效，进入井内钻井液中的地层气体会沿着钻柱与井壁之间的环空空间向地面井口上升运动而形成“井涌”。更为严重的是，井涌规模的进一步发展可能成为无法控制的“井喷”。井喷能够引起井身和地面设备的损坏、井口附近环境的破坏、甚至引起井口及附近人员的安全灾难。可见，井涌的早期监测是钻井过程中的一个关键环节，如果发现比较晚，就会带来严重的安全问题。井涌的监测主要分为地面的录井监测和钻铤附近的随钻测量两种方式。

现有技术从井涌发展的不同时间阶段分析了在地面监测井涌的不同方法和应对措施。由于当井涌发生时会导致井口处泥浆流量的突然变化，因此泥浆出口流量的测量(包括泥浆池液面检测法)是在井口发现井涌的最直接的手段。但是，这种测量方法的准确性和时效性都存在很大问题。泥浆池液面法、钻井液返出流量计法虽然能在陆地上较为直观地监测到井涌，但是该方法在海洋钻井平台上使用会受到限制。利用半透膜脱气技术在井口对钻井液进行脱气处理并进行各种现代物理分析，可以判断钻井液中气体的有无、钻井液中所含气体的类型等，但这些技术对于评价气侵的产生和发展程度缺乏实时性。

由于声波在气液两相流体中传播速度明显低于在纯钻井液中的传播速度，现有技术采用声波法来进行气侵监测，即在钻井泵出口装一声波发生器，在钻井液返回出口装一声波接收器，通过测量作为复合介质的钻井液中声波传播时间来检测气侵情况。但由于声波测量频率与井口各种振动源的振动频率重叠，声源信号和声波测量信号受环境噪声影响太大，因此钻井液的声波波速测量结果会存在较大误差，另外，即使测准了钻井液中的声波传播波速，也难以对钻井液中的含气量做出准确的定量评价。在井口处布置超声波探头，可以测量超声波在钻井液中传播的衰减，超声波的衰减值大对应于钻井液中的含气量高，但同样存在测量结果滞后于井涌发生的问题。

综上所述，在井口处的各种气侵监测方法都存在测量结果滞后于井涌发生的缺点，即测量的时效性和准确性都不尽人如意。因此，发展钻铤附近的随钻气体检测技术势在必然。

相比传统地面气测录井，传感器位于钻头附近的井下随钻气体检测可以快速发现和识别油气、从根本上消除油气上返的滞后和干扰，并可以提前进行有毒气体预报以及井涌事件的预报。但是由于气体检测从地面延伸到地下，技术的复杂性大大增加。目前与钻具结合的随钻气体分离检测技术在国外发展迅速，随钻气体检测技术中一般采用膜分离技术对气体进行分离和取样，再采用电学技术、光学技术、光电技术、微型色谱技术等现代化学分析技术对钻井液中气体的有无和气体的种类进行定量分析，这种随钻气体检测技术正朝着检测实时化、快速化、连续化方向发展。然而这些检测方法在井下实现起来有相当大的难度，目前含气量检测的实时化和定量化以及准确程度还难以满足石油工程的需求。

发明内容

为克服现有技术中存在的混合流体含气量检测结果滞后以及测量结果不准确的问题，本发明提供一种随钻条件下混合流体含气量检测方法及装置。

本发明提供一种随钻条件下混合流体含气量检测装置，所述的装置包括：

超声波表面波发射换能单元，设置于钻铤上，用于产生超声波表面波；

超声波表面波接收换能单元，设置于钻铤上，用于接收超声波表面波；

幅度信息获取单元，与所述的超声波表面波接收换能单元相连，用于获取接收到的超声波表面波的幅度信息；