[发明专利]一种基于微波技术实时监测气体钻井地层出水的装置

说明书

技术领域

本发明属于微波检测技术领域，更具体地涉及一种基于微波技术实时监测气体钻井地层出水的装置。

背景技术

气体钻井技术是利用气体循环介质替代传统液体循环介质的钻井新方法，它较常规钻井液钻井而言具有以下几点优势：大幅度提高机械钻速，缩短建井周期；减少和避免漏失问题；有效保护储层，最大限度地发挥地层原始产能。但“气体钻井怕水”一直是困扰气体钻井发展的难题，地层出水后，若不能及时发现和处理，一方面，井底的岩屑吸水膨胀、粘结成团甚至形成泥饼环，进而堵塞环空通道，导致卡钻、钻具泥包和井下燃爆等复杂情况的发生，给钻井带来巨大的经济损失；另一方面，地层产出的水被气体举升至水敏性井段时，可能会造成井壁的水化失稳，垮塌的岩屑聚集在井下导致钻具被埋、井眼报废等事故的发生，严重威胁井下安全。

目前预测地层出水的方法主要有三类：利用已有的测井资料对出水地层进行钻前预测；钻井过程中，对地层水进行实时监测；现场钻井施工过程中通常根据地面反应出的各种参数、现象来判断地层出水情况，如立管压力、转盘扭矩变化、排砂管线喷势等。前两类方法大多基于测井数据和已有的渗流力学模型来对地层出水进行预测，由于存在测量误差且采用理想化模型的缘故，得出的结果同实际数据往往存在相当的差距；而后一类现场采用的简易判断方法，对于地层出水量较小及刚钻遇水层时，均无法实现及时准确的判断，C.L.Moore,V.A.Lafave等人指出，少量的出水比大量出水更易造成气体钻井井下复杂情况，因为少量的出水只能使返出地面岩屑的数量有所减少，而其他现象变化不明显，由此可见地层少量出水的监测问题显得尤为重要。

总之，若能根据现场要求对气体钻井地层出水监测问题进行深入研究，并形成一套成熟的气体钻井地层出水随钻监测装置，对全面推广气体钻井、提高钻井效率、加快油气的勘探与开发具有重要意义。

发明内容

本发明提出一种基于微波技术实时监测气体钻井地层出水的装置，其目的在于可精确检测气体钻井地层出水情况，打破传统预测方法反应慢、不够准确以及在刚钻遇水层、出水量较小时无法及时准确地进行判断，为气体钻井的顺利实施提供安全保障。

为实现上述目的，本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种基于微波技术实时监测气体钻井地层出水的装置，其基本思想是基于微波谐振腔的微扰原理，即当气体混合物流过微波谐振腔时，微波谐振腔的谐振频率会随腔内电介质的介电常数变化而发生偏移，通常情况下空气的介电常数为1，水的介电常数为81.5，所以含水量是影响其介电常数变化的主要因素，通过准确检测谐振腔谐振频率的偏移就可以得到气体混合物的介电常数，进而确定混合流动气体的湿度。

上述一种基于微波技术实时监测气体钻井地层出水的装置，主要由排砂管、采气管、微波传感器系统、数据存储分析及显示系统、温度压力传感器组成。所述微波传感器系统、包括微波发生器、频率合成器、微波传感器、模拟射频检测系统、通信、控制、供电等微处理器、通信收发系统与驱动。其中微波传感器包括气管快插接头、绝缘筒体、矩形波导、耦合小孔、导体层、排污口、固定螺钉、环形分隔器、尾气管。同时绝缘筒体两端开口，中间设有微波矩形波导接口，绝缘筒体内设置有环形分隔器，与导体层共同组成微波谐振腔，空气钻井过程中的返排空气经分流采气管进入微波谐振腔，引起谐振腔介电常数改变，通过检测谐振频率和谐振点时的信号幅度变化可精确预测地层出水情况。

上述一种基于微波技术实时监测气体钻井地层出水的装置，所述微波谐振腔为反射式，只有一个耦合机构，兼做信号输入和输出，谐振腔与矩形波导之间靠磁场耦合，耦合装置为耦合小孔，谐振频率点谐振腔与矩形波导相匹配，实现最大信号的输出。

上述一种基于微波技术实时监测气体钻井地层出水的装置，所述环形分隔器与谐振腔同轴，位于谐振腔两端，保证谐振腔两端在电气上短路，使电磁波在两端发生全反射，使谐振腔发生谐振，同时通过谐振腔内的混合气流平稳均匀，便于精确测量气流湿度。

上述一种基于微波技术实时监测气体钻井地层出水的装置，所述导体层有良好的导体层银，提高谐振腔品质因素，使频率的变化能准确反映混合气流湿度的变化，即可间接反映出地层出水情况。