[发明专利]一种油气固井上胶塞位置监测装置及其检测方法

权利要求书

1.一种油气固井上胶塞位置监测装置，其特征在于：它包括垂向设置的套管（1）、接箍检测子系统、光电信息传输子系统和上胶塞测控及分析子系统，套管（1）内设置有浮箍（2）和下胶塞（3），下胶塞（3）设置在浮箍（2）上，所述的接箍检测子系统由上胶塞短节（4）、上胶塞（5）和接箍检测器（6）组成，上胶塞短节（4）设置在套管（1）的顶部，上胶塞（5）设置在上胶塞短节（4）内，接箍检测器（6）设置在上胶塞（5）的顶部，所述的光电信息传输子系统由监测套筒（7）、以及设置在监测套筒（7）内的防冲支撑筒（8）、光纤卷筒（9）、光电信号转换器（10）和光电信号收发器（11）组成，监测套筒（7）设置在上胶塞短节（4）的顶部，监测套筒（7）的内壁上设置有止滑销圈（12），防冲支撑筒（8）设置在止滑销圈（12）顶部，光纤卷筒（9）设置在防冲支撑筒（8）的顶部，光电信号转换器（10）设置在光纤卷筒（9）的顶部，光纤卷筒（9）内设置有光纤排放机构，光纤排放机构上卷绕有光纤（13），光纤（13）一端与接箍检测器（6）连接，光纤（13）的另一端与光电信号转换器（10）连接，光电信号转换器（10）与光电信号收发器（11）连接，上胶塞测控及分析子系统由设置在监测套筒（7）外部的数据采集及测控系统（14）、压力及温度变送器（15）和上位机（16）组成，压力及温度变送器（15）的工作端与监测套筒（7）连通，上位机（16）与数据采集及测控系统（14）连接，数据采集及测控系统（14）与光电信号收发器（11）和压力及温度变送器（15）连接，它还包括注液阀（18）、排气阀（17）、高压截止阀A（19）和高压截止阀B（20），注液阀（18）、排气阀（17）和高压截止阀A（19）均与监测套筒（7）连通，注液阀（18）和排气阀（17）设置在监测套筒（7）的顶端，高压截止阀A（19）设置在监测套筒（7）的底端，高压截止阀B（20）与上胶塞短节（4）连通。

2.根据权利要求1所述的一种油气固井上胶塞位置监测装置，其特征在于：所述的接箍检测器（6）与上胶塞（5）采用螺纹连接或粘结。

3.根据权利要求1所述的一种油气固井上胶塞位置监测装置，其特征在于：所述的光纤（13）为单模光纤或多模光纤，所述的光纤（13）上设置有浮子串。

4.根据权利要求1所述的一种油气固井上胶塞位置监测装置，其特征在于：所述的监测套筒（7）与上胶塞短节（4）采用螺纹或法兰连接。

5.根据权利要求1所述的一种油气固井上胶塞位置监测装置，其特征在于：所述的高压截止阀A（19）和高压截止阀B（20）为电动阀、气动阀或手动阀。

6.根据权利要求1所述的一种油气固井上胶塞位置监测装置，其特征在于：所述的光电信号转换器（10）和光电信号收发器（11）均由耐压防爆防水材料加工而成，且光电信号转换器（10）和光电信号收发器（11）上均连接有电源。

7.根据权利要求1或6所述的一种油气固井上胶塞位置监测装置，其特征在于：所述的光电信号转换器（10）和光电信号收发器（11）采用有线传输信号或无线传输信号。

8.根据权利要求1所述的一种油气固井上胶塞位置监测装置，其特征在于：所述的上位机（16）为带嵌入式系统的工业触摸屏或计算机。

9.根据权利要求1所述的一种油气固井上胶塞位置监测装置，其特征在于：所述的光纤（13）为电缆。

10.根据权利要求1~8中任意一项所述的一种油气固井上胶塞位置监测装置的检测方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、监测装置的初始设置，将上胶塞（5）装入上胶塞短节（4）中，连接接箍检测器（6）与上胶塞（5）；将光纤排放机构置入光纤卷筒（9）内，将光纤（13）的一端连接接箍检测器（6），光纤（13）的另一端连接光电信号转换器（10）；将光电信号转换器（10）与光电信号收发器（11）连接；用止滑销圈（12）将防冲支撑筒（8）和光纤卷筒（9）固定于监测套筒（7）内；将上胶塞短节（4）上端与监测套筒（7）法兰连接，将上胶塞短节（4）下端与套管（1）法兰连接；将高压截止阀A（19）和高压截止阀B（20）分别与供应钻井液系统、钻井泥浆泵连接；经注液阀（18）向监测套筒（7）内注入压力平衡液，从监测套筒（7）内排出的空气经排气阀（17）排出；将光电信号转换器（10）、压力及温度变送器（15）和数据采集及测控系统（14）与上位机（16）连接，通过上位机（16）向数据采集及测控系统（14）发出指令使该监测装置处于等待测试状态，从而实现了监测装置的初始设置；

S2、固井作业及上胶塞的监测，在固井作业时，钻井泥浆泵通过高压截止阀B（20）向套管（1）内泵入用于固井的水泥浆直至注满套管（1），注满后，关闭高压截止阀B（20）并开启高压截止阀A（19），供应钻井液系统通过高压截止阀门A向监测套筒（7）内泵入钻井液，由于钻井液及压力平衡液的不可压缩性，随着钻井液的持续泵入钻井液体积逐渐增大，压力变化使上胶塞（5）沿套管（1）向井下移动，接箍检测器（6）同步开始实时检测上胶塞（5）的位移量、套管接箍位置、压力参数，接箍检测器（6）将这些参数经光纤（13）传递给数据采集及测控系统（14），数据采集及测控系统（14）将电信号传递给上位机（16），上位机（16）实时接收和分析显示井下上胶塞（5）的移动位置信息，泥浆泵连续工作直至上胶塞到达设计井深与下胶塞（3）“碰压”后即固井作业完成，从而实现了固井作业及上胶塞的监测；

S3、当步骤S2结束后，关闭高压截止阀A（19），开启排气阀（17）以进行监测套筒7泄压；

S4、使光纤卷筒（9）外部的光纤（13）与光纤卷筒（9）机械脱离，脱离的光纤（13）随上胶塞（5）一起留在井中套管（1）内，由于光纤（13）和接箍检测器（6）选用制造材料的性质，因此，留在井内对后续钻井施工无任何影响；

S5、电脱离数据采集及测控系统（14）与上位机（16）、机械脱离套管（1）与上胶塞短节（4），回收井内留存光纤，清洗装置后等待再次使用。