[发明专利]一种环空水泥浆失重过程监测系统及监测方法

说明书

本发明公开了一种环空水泥浆失重过程监测系统及监测方法，该监测系统由垂向设置的套管、传输系统、井下数据采集系统、上位机和射频识别系统组成。传输系统包括发射单元，电池单元，无线传输和接收单元，井下数据采集系统集成在套管短节中，储存并传输传感器采集的相关数据，无线传输和接收装置利用NFC设备间的数据交换完成井下无线传输，通过光纤将数据发往上位机，为了能得到环空内水泥浆变化期间完整数据，上胶塞镶嵌一个RFID的电子标签，从注水泥开始，胶塞泵送下降经过读写器时就能触发井下传感器工作。本发明的优点是：设计结构稳定，信息传输方式可靠，测量结果可靠，利于实现。

技术领域

本发明涉及固井施工中环空水泥失重监测领域，尤其涉及一种环空水泥浆失重过程监测系统及监测方法。

背景技术

固井作业是石油气钻井施工中重要组成部分，是向井眼和套管之间的环形空间注入水泥浆等待凝固成井壁的施工作业。水泥浆在凝结过程中，从液态转化为固态，水泥浆网架结构不断形成，靠近套管壁与地层的水泥浆会受到壁面的支撑作用，并由网架结构将这种力传递到整个环空水泥浆柱，导致对井底或地层的有效液柱压力逐渐降低，这一过程称为水泥浆失重。而水泥浆失重会导致环空水泥浆密度下降，无法压稳地层流体，使得地层流体侵入环空，是导致环空窜流的重要原因，而环空窜流会导致水泥环失去完整性，严重时可导致整口井报废。由于固井属于一次性工程，在质量不好的情况下难以补救，且全程在井下，不易观察，无法获知井下情况。在我国各地都有出现窜流现象的油气井，至今无法很好的避免。在固井候凝过程中，水泥浆处于不同的温度，环空和井下条件，会导致水泥浆失重情况不同。例如，通常水泥浆失重速率随着套管偏心度增大而加快，随着环空间隙的减小而加快。所以只要能总结出水泥浆在井下具体失重规律，就能分析出井下水泥浆的失重情况。因此如何科学的获得井下的井斜角，套管偏心度，环空间隙和温度等数据极其重要。

国内相关专利有发明专利，如固井环空水泥浆失重测量装置及测量方法（CN102392634A），各大高校通过实验室环境模拟井下失重来分析失重规律。然而实验室模拟数据可能没准确的模拟井下环空实际情况，容易存在误差，需要真实数据支持才能有效地总结出规律。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种环空水泥浆失重过程监测系统及监测方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

1.监测注水泥过程。在油气井注水泥之前需要下入套管，由于此时环空没有水泥浆存在，传感器若一直工作会收集不必要信息，造成电池消耗，增加成本。本发明采用射频识别技术，在上胶塞放置射频识别的电子标签，井下传感器电路接入读写器。当进行注水泥时，读写器接收电子标签信号就能激活电路开始进行数据采集工作。

2.无线数据传输。由于井下短节独立工作，无法通过线缆进行有线传输，因为设计短距离读取数据，使用近场通讯技术（NFC），这一短距离的高频无线通信技术。本发明将传感器采集的数字信号经过ASK调制后加载到高频载波上，通过线圈耦合的方式将数据传输出去。

3.数据采集。本发明的井下数据采集系统设置短节中，有四个压力传感器测量周围压力变化，一个温度传感器测量当前地层的温度，一个倾角传感器结合井眼轨迹预估套管倾斜角度和环空间隙。

一种环空水泥浆失重过程的监测系统，它包括垂向设置的套管、传输系统、井下数据采集系统、上位机、射频识别系统、光线排放筒、浮箍、扶正器和光纤转换器。

所述传输系统包括发射单元、电池单元、无线传输和接收单元、光纤和压力传感器。光纤和发射单元连接，发射单元下面连接电池单元，电池单元连接无线传输和接收单元，无线传输和接收单元底部有压力传感器，各单元封装在耐高温、高压的密闭筒管中，每一筒管两端设有接口，通过螺旋旋转上紧的同时可以完成电气连接。光纤卷绕在光纤排放筒内位于井口处。上位机与光纤通过光纤转换器连接。