[发明专利]一种基于油基钻井液井下气侵早期监测装置与方法

说明书

本发明涉及一种基于油基钻井液井下气侵早期监测装置与方法，包括：过滤器、小腔体、小活塞、小活塞杆、大腔体、大活塞、大活塞杆、小活塞温压传感器、大活塞温压传感器、步进电机、井筒‑小腔体流体单向阀、小腔体‑大腔体流体单向阀、大腔体‑井筒流体单向阀、连接控制杆、系统电源和信号采集处理数字电路；通过分别测量进入大腔体、小腔体内的流体压力的变化，得到压力监测曲线，基于模式识别判断油基钻井液是否含有溶解气，从而判断是否有气体侵入井筒，进而计算出此时发生气侵时油基钻井液中气体溶解度并初步判断出侵入气体类型，实现井涌早期预警和数据支持。

技术领域

本发明涉及钻井安全技术领域，具体地涉及一种采用油基钻井液钻井的井下气侵早期监测装置和方法。

背景技术

在石油开发过程中，井筒压力安全一直是制约油气开发进程的关键问题。井喷事故给生产、环境造成了严重的影响，甚至严重的人员伤亡。目前我国钻井技术已相对成熟，但随着新一轮油气改革的全面展开，油气钻井过程中难免会遇到窄安全密度作业窗口、裂缝发育的碳酸盐岩储层、高温高压地层等复杂因素，带来的井涌、井漏事故将严重威胁钻井的安全和高效。

在钻井过程中，泵失效、套管压力降低或起钻抽吸等都会造成井底压力比地层压力低，使得井筒处于欠平衡状态，可能会引发气侵。越早的发现气侵就会给操作管理人员越充分的时间去处理，就越会减小严重事故的发生。所以一旦井下发生气侵，尽早的发现是目前井下气侵监测的重中之重。与水基钻井液不同，当井筒中的钻井液为油基钻井液时，在适当的压力和温度条件下，侵入的气体就会溶解在油基钻井液中，形成溶解气。若使用目前常用的水基钻井液中的早期气侵监测装置则无法及时有效的监测出来，但溶解气从溢流处沿井筒运移到井口过程中，随着油基钻井液压力和温度的不断减小，又会析出气体，形成游离气，从而产生井涌，甚至发生严重的井喷事故，影响钻井作业安全。

气体在油基钻井液中的溶解度不仅受到温度、压力、气体种类的影响，还与油的组分息息相关，由于油组分变化十分复杂，目前还没有一个模型能够很好地概括不同油组分下气体在油中的溶解度，因此为了简化计算，气体在油中的溶解度统一用下式计算：

式中，R_so—气体在油中的溶解度，m³/m³；A、B、D为常数。

a、b、c、n—相关经验系数，其值见表1。

表1

目前的井下气侵早期监测装置大都是基于水基钻井液条件下监测的，由于油基钻井液可溶解气体的缘故，这些基于水基钻井液的监测装置无法对油基钻井液的早期气侵进行监测。因此，有必要提供一种基于油基钻井液的井下气侵早期监测的装置和方法，能够实现油基钻井液条件下的井下气侵早期监测，进而计算出此时发生气侵时油基钻井液中气体溶解度并初步判断出侵入气体类型，实现井涌早期预警和数据支持，为后续操作人员完成压井等作业提供时间和数据。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于油基钻井液井下气侵早期检测装置和方法，用于在井下监测气体是否已经侵入到井筒环空之中并初步判断侵入气体类型，为后续操作人员提供时间和数据上的支持，从而预防严重井喷事故的发生。

本发明的技术方案为：

一种基于油基钻井液井下气侵早期检测装置，该装置安装在底部钻具组合的测量短节上，包括：过滤器、小腔体、小活塞、小活塞杆、大腔体、大活塞、大活塞杆、小活塞温压传感器、大活塞温压传感器、步进电机、井筒-小腔体流体单向阀、小腔体-大腔体流体单向阀、大腔体-井筒流体单向阀、连接控制杆、系统电源和信号采集处理数字电路；

所述小腔体、大腔体均设置在井筒内并固定在井下钻井工具底部，井筒内装有井筒环空油基钻井液，所述小腔体、大腔体之间设置有所述小腔体-大腔体流体单向阀；