[发明专利]分布式钻井动态参数监测装置及方法

说明书

本发明提供一种分布式钻井动态参数监测装置，其包含：多个设置在井下不同位置的动态监测短节，其中，动态监测短节包含：动态参数监测传感器，其用于采集表征钻柱非线性动力学指标的井下动态参数，得到传感器数据；微型电路板，其具备耐高温能力，用于基于传感器数据对钻柱非线性动力学行为进行量化评价，并进行井下动态参数实时分析和故障诊断，提前对潜在的安全风险发出预警信号，指导地面钻井参数调整；电源，其用于为动态参数监测传感器以及微型电路板供电。本发明对整个钻具组合进行多位置动态参数监测，为综合分析钻具组合的受力和运动情况进行全面“体检”，所获取的各项监测数据，是进行钻井参数优化、提高钻井速度的重要依据。

技术领域

本发明涉及油气井工程井下随钻测量技术领域，具体地说，涉及一种分布式钻井动态参数监测装置及方法。

背景技术

目前，现有的井下钻井参数监测技术主要是存储式钻井参数监测短节，其中有些监测短节能够挂接MWD，实现实时传输。在实际使用中，单一监测短节接入钻具组合后，只能测量到短节所在位置的工程参数，如三轴冲击振动加速度、转速等。

现有技术存在的主要问题有两个方面，一是所测数据频率低，通常为几秒或几十秒，所测数据无法用于分析钻铤在钻井过程中的非线性动力学行为。二是测点位置单一，无法反映整个钻具组合甚至整个底部钻柱的受力变化情况。

贝克休斯公司研制了地面测量系统和近钻头测量系统两种测量工具，其中地面测量系统安装在方钻杆接头上方，可测量轴向力和扭矩、轴向和扭转加速度和转速，地面测量系统对扭转和粘滑运动的分析效果显著，其缺点是无法准确判断井下横向振动。近钻头测量工具测量轴向加速度、横向弯矩、扭转角速度以及轴向力和扭矩，可以分析轴向振动、横向振动、扭转振动及粘滑运动等振动形式。

哈里伯顿公司研制的钻柱动态参数测量工具DDS为存储式振动传感器，可同时记录加速度均值，峰值和瞬时值。通过测量横向、轴向、切向和径向加速度来判断横向振动、跳钻、粘滑运动及涡动等运动状态，根据该信息，可以通过钻头类型、BHA结构、井身结构和钻井参数的优化选择减弱钻柱有害振动，提高钻进效率。其优点是测量的瞬时加速度值采样频率高，可以进行频谱特性分析，有利于深入揭示井下钻柱振动的激励机制和固有特性。不足是缺少实时数据，井下振动情况反馈不及时。

斯伦贝谢公司研制了多轴振动监测工具MVC，是一个安装在钻柱轴心上四轴振动信号测量工具，采用泥浆脉冲实时上传井下振动数据，可以及时监测井下钻柱振动状态，从而提高钻进效率。MVC的不足是无法提取井下振动信号的频率成分。

APS公司研制的钻柱振动监控系统由监测和控制两部分组成，监测系统用于实时监测钻柱三轴振动，测量钻头钻压、扭矩和温度等参数，控制系统实际上是一个多轴振动减振器构成的减振系统。

RES公司研制的环境严重程度监测工具ESM结构紧凑，以偏心方式安装于钻铤短节内，可以接在钻柱或底部钻具组合的任意位置，采用存储式记录方式，通过数据回放判断横向振动、跳钻、粘滑及涡动等运动状态。

综上所述，现有所述的动态参数监测工具存在以下问题：

(1)国内现有工程参数测量系统测量的数据种类少、精度低、井下测量短节不耐高温，不能满足深井超深井使用。

(2)现有工程参数测量系统不能实现监测数据的实时上传，需要起钻后进行数据分析，无法随钻实时指导钻井参数调整。

(3)现有工程参数测量短节起钻后数据分析中，没有智能数据分析和诊断功能，缺少地面数据分析处理和井下风险提示功能。

因此，本发明提供了一种分布式钻井动态参数监测装置及方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种分布式钻井动态参数监测装置，所述装置包含：多个设置在井下不同位置的动态监测短节，其中，所述动态监测短节包含：