[发明专利]一种随钻井下流量测量监测早期溢流的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种随钻井下环空流量测量监测早期溢流的装置和方法，用于石油天然气钻井随钻监测早期溢流。通过随钻测量井下环空流量、压力、温度及井口入口流量参数监测井下环空返出流量变化情况，从而达到监测早期溢流的目的。

背景技术

随着我国油气资源勘探开发不断深入，已从常规油藏向隐蔽油藏、复杂性油藏发展，由浅部向深部发展，从东部向西部和海洋发展，钻井环境愈发恶劣，钻井难度不断加大，复杂恶劣工况带来了新的井筒压力控制问题，尤其是高压气井钻井。在钻进过程中，当地层压力大于井筒压力，地层流体将进入井筒，如果未及时进行有效控制，地层流体将持续进入井筒，首先表现为溢流发生，而后便是井涌，随即可能发生井喷，严重的甚至发展为井喷失控。井喷失控是钻井工程中性质严重、损失巨大的灾难性事故，油气井溢流及井喷的防止和控制是油气钻探过程中的一项重要工作，在油气勘探开发中占有重要地位。

应对油气井溢流及井喷问题最有效的技术措施是溢流的早期监测/诊断/预警并及时的采取井筒压力控制措施，而油气井溢流及井喷的防止和控制的关键在于溢流的早期监测。随着井深的增加，井眼尺寸变小，井涌余量随之急剧减少，井涌循环至井口的时间大为缩短，而且油气开发常需要打深井、定向井、水平井、大位移井、丛式井等复杂井，在深井小井眼和水平井的钻井过程中井控存在极大的挑战，迫切需要更加准确和实用的井涌早期监测和预警系统。

由于地层流体进入井筒会使钻井液性能及返出流量发生变化，因此，通过监测钻井液性能变化和流量变化的方法可以监测溢流，常规的监测方法有泥浆池液面监测、出口流量监测、井筒液面监测、泥浆性能监测等。但是，常规的监测方法监测结果一是不能反映井底溢流的真实状况，二是监测时间严重滞后，已不能满足溢流早期监测的需求。因此，迫切需要能够更加准确和实时的井下溢流监测技术和方法，而随钻井下流量测量监测早期溢流的技术便能够满足这一需求，通过井下随钻实时上传的井底流量监测数据及地面相关数据综合分析和处理，可建立监测早期溢流的系统综合方法，实时判别井下溢流情况，实现对井下溢流的随钻监测、预警及溢流压井的动态监控，从而掌握钻井井喷预防的关键技术，最终实现油气资源安全、高效、经济钻井开发。

发明内容

本发明的目的是为了克服常规的监测方法监测结果失真和滞后的问题，弥补常规的监测方法存在的不足，提供一种用于随钻井下环空流量测量监测早期溢流的装置和方法，该装置能够随钻测量井下近钻头环空的流量、压力、温度等参数，该装置能够与MWD（Measurement While Drilling）连接实时上传井下实测数据，通过井下实时上传的数据及地面相关数据综合分析和处理，可实时判别井下溢流情况，从而达到监测早期溢流的目的，有效提高钻井井控的安全性。

为了达到上述目的和要求，本发明采用以下技术方案：

一种随钻井下流量测量监测早期溢流的装置，它包括一钻铤短节、保护壳体、超声波传感器、引线销、探管、电源、电路板、压力和温度传感器、环空流体引导装置、弹性压缩垫圈、MWD接头等组成，其特征在于：所述钻铤短节外壁上开有与超声波传感器大小匹配的卡槽，卡槽在钻铤的同一母线方向的不同位置，卡槽内安装超声波传感器，所述超声波传感器包括超声波发射传感器和超声波接收传感器，且接收发射传感器以45°倾角面对着管道中液流的方向；所述电源、电路板安装于所述探管内部；所述超声波传感器通过引线销引线连接至探管，并与电路板及电源相连接；所述环空流体引导装置将环空液体引入所述压力和温度传感器进行压力和温度的测量；所述压力和温度传感器安装在环空流体引导装置内部，在所述钻铤短节上开有一小孔，该小孔与环空流体引导装置所开的一小孔对应，用于将环空流体引入环空流体引导装置内部，使内部传感器与环空引入的流体接触，为避免钻柱内流体的影响，在所述环空流体引导装置上下端安装了密封圈；所述探管引线通过压力传递引导装置与MWD接头连接；所述环空流体引导装置、MWD接头连接、探管、扶正器整体连接后安装在所述钻铤短节内部，安装后由所述弹性压缩垫圈垫护在环空流体引导装置上端，用于固定内部探管的轴向位置；随钻井下流量测量监测早期溢流的装置通过所述MWD接头与MWD连接；所述井下电路板与超声波传感器连接采集并处理超声波信号获得频偏值，根据实测数据便可计算瞬时流速、流量等数据；在下井测量时将实测流量数据存储在存储器中，该数据可通过MWD上传，也可起钻后回放分析。