一種針對鑽井溢流與井漏的智能監控方法
2023-04-25 20:02:01 1
專利名稱：一種針對鑽井溢流與井漏的智能監控方法
技術領域：
本發明涉及一種針對鑽井過程中的溢流與井漏事故進行自動監控的方法，屬於鑽
井監控技術領域。
背景技術：
在石油鑽井過程中，溢流和井漏屬於多發事故。當地層孔隙壓力大於井底壓力時， 地層孔隙中的液體會浸入井中，導致泥漿池液面上升造成溢流；如果地層中存在漏失通道 和一定容納空間，或者井筒液柱壓力大於地層孔隙壓力時，則會發生井漏現象。溢流和井漏 的發生會給鑽井作業帶來很大的經濟損失，並且極容易造成意外事故導致人員傷亡。
為減少由溢流和井漏所造成的損失，現有的解決方法主要是及早發現事故，以便 及時採取補救措施，實現的關鍵依賴於溢流與井漏監控技術。現有的技術是監控鑽井液在 井眼環空的液面高度，例如通過聲吶、雷達或者壓力等傳感器對其進行監測。這是由於當溢 流和井漏發生時，井眼環空內的液面高度會出現異常變化。當溢流發生時，井眼環空液面會 快速上升並溢出井口 ；當井漏發生時，井眼環空液面會下降至正常位置以下。但是，這樣的 監測技術只重視監測對象和對監測設備的選擇，而對於傳感器信息的綜合利用和事故判斷 的研究卻不夠深入，例如專利號為200610112449. 2的中國專利"井下液位監控系統及其監 控方法"中使用聲吶、雷達和壓力三種傳感器監測液位，其主要工作是給出了三種傳感器的 安裝方案和液位監測方案，卻沒有給出綜合利用傳感器信息的方法和事故判斷的方法。
發明內容
本發明的目的是在基本不改變現有硬體設備的基礎上，提出一種針對鑽井溢流與
井漏的智能監控方法，通過綜合利用傳感器信息並結合合理的事故判斷與報警流程，使鑽
井事故得以早期發現以利於及時處理，從而提高鑽井過程的安全性以及自動化、信息化程
度，很好地解決了油田鑽井生產中的難題。 本發明的目的是通過下述技術方案實現的。 現場設備包括安裝在井口的三個液位傳感器(l)雷達液位計，用於監測正常鑽 井和液流發生時的液位；(2)壓力傳感器，用於監測起鑽時的液位；(3)聲波傳感器，用於監 測井漏發生後的液位。 位於遠處的主控計算機同上述各傳感器相連。各傳感器測量到的數據傳送給主控 計算機後，主控計算機進行相應的數據處理與顯示，並判斷現場是否有事故發生，若有事故 發生則進行報警。 報警設備同主控計算機相連，接收主控計算機發送的報警指令進行報警。
灌漿設備同主控計算機相連，接收主控計算機發出的灌漿指令。
處理方法及流程如下 雷達液位計負責監測距液流口 0米至M1米的深度，M1取值範圍優選為0. 8米_1. 2 米；壓力傳感器監測距液流口 Ml米至M2米的深度，M2取值範圍優選為7. 5米-8. 5米；聲波傳感器監測距液流口大於M2米的深度； 如果鑽機處於正常鑽井狀態，則主控計算機向雷達液位計發出激發指令，激發雷 達液位計開始工作；如果鑽機處於起鑽狀態，則首先激發壓力傳感器開始工作。相應的傳感 設備開始工作後，主控計算機將向其發送上傳監測數據的指令。 如果當前工作的傳感器為雷達液位計，並且主控計算機解析其上傳的數據包後得
到的實際液位H < Ml，則繼續維持雷達液位計工作狀態，否則，向雷達液位計發出指令使其
待機，並激發壓力傳感器開始工作並向主控計算機發送上傳監測數據的指令。 如果當前工作的傳感器為壓力傳感器，並且主控計算機解析其上傳的數據包後得
到的實際液位H為Ml《H《M2，則繼續維持壓力傳感器的工作狀態，否則，向壓力傳感器發
出指令使其待機。此時，若H〉M2，則激發聲波傳感器工作並向其發送上傳監測數據的指
令，若H < Ml則激發雷達液位計工作並向其發送上傳監測數據的指令。 如果當前工作的傳感器為聲波傳感器，並且主控計算機解析其上傳的數據包後得
到的實際液位H > M2，則繼續維持聲波傳感器的工作狀態，否則，向壓力傳感器發出指令使
其待機，並激發壓力傳感器開始工作並向主控計算機發送上傳監測數據的指令。 當主控計算機解析經傳感器上傳而來的數據包，得到實際液位H後，通過分析確
定當前鑽井作業中是否有事故發生。如果有事故發生，主控計算機將及時進行報警。同時，
根據液位情況，向灌漿機發出指令，控制其開始或者停止灌漿操作。具體如下 如果連續N次讀取傳感器數據失敗，說明當前傳感器與主控計算機的連接可能出
現故障或設備出現故障，此時激發報警設備報警。其中，N為整數，取值不小於3，優選取3
或4或5。 將實際液位H與上一時刻t的液位Hl比較，若H與Hl之差的絕對值連續A次大 於事先設定的閾值，說明液位變化過快，這種變化有可能是溢流或井漏發生造成的，也有可 能是設備出現故障，此時，主控計算機將激發報警。其中，A為整數，取值不小於3。
當實際液位H連續B次超出事先設定的預警閾值或報警閾值，說明液位異常，有可 能會發生溢流或井漏事故，此時，若只是超過預警閾值，表示液位接近異常，主控計算機激 發報警設備報警1次，以提示施工人員保持關注；若超過了報警閾值，則持續報警，直到液 位恢復正常。其中，B為整數，取值不小於3。 若實際液位H的值連續C次大於事先設定的開始灌漿閾值，則向灌漿機發送灌漿 指令，控制灌漿機進行灌漿操作；若H的值連續D次小於停止灌漿閾值，則向灌漿機發送停 止灌漿指令，控制灌漿機停止灌漿。其中，C、D均為整數，取值均不小於3。
有益效果 本發明方法對比現有技術，具有以下優點。 1、事故判斷和報警控制流程考慮充分，嚴謹合理，使事故報警更及時、準確，誤報 警的可能性更低。 2、綜合利用多個傳感器信息，不僅可以得到井眼內任何深度的液位信息，還可以 充分發揮主控計算機能夠處理多種信息的能力。 3、主控計算機採用智能化監控流程，可在無人監管的情況下穩定地進行自動監控 工作。
圖1是本發明方法所對應的監控系統硬體設備組成框圖；
圖2是本發明方法的自動監控流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的具體實施例作進一步詳細說明。 下面以本方法應用在勝利油田石油鑽井(井號2153)的現場監控過程為例，對本
方法進行說明。
實施例 —種針對鑽井溢流與井漏的智能監控方法，圖1為本方法所對應的監控系統硬體 設備組成框圖，其中傳感器1、傳感器2和傳感器3分別對應的是雷達液位計、壓力傳感器和 聲波傳感器。 現場設備包括安裝在井口的三個液位傳感器(l)雷達液位計，用於監測正常鑽 井和液流發生時的液位；(2)壓力傳感器，用於監測起鑽時的液位；(3)聲波傳感器，用於監 測井漏發生後的液位。其中，雷達液位計負責監測距液流口0米至1米的深度，壓力傳感器 監測距液流口 1米至8米的深度，聲波傳感器監測距液流口大於8米的深度。
位於遠處的主控計算機通過RS232數據總線同上述各傳感器相連。各傳感器測量 到的數據傳送給主控計算機後，主控計算機進行相應的數據處理與顯示，並判斷現場是否 有事故發生，若有事故發生則進行報警。 報警設備同主控計算機相連，接收主控計算機發送的報警指令進行報警。
系統監控流程如圖2所示，當整個系統運行後，主控計算機自動與現場設備建立 聯繫，如果出現與現場任何一個設備連接失敗的情形，系統會發出設備報警信息，該信息與 事故報警和異常報警的方式在聲音上有所區別。如果連接成功，則開始接受來自現場傳感 器的液位數據，並保存在主控計算機的資料庫和臨時隊列中。 如果鑽機處於正常鑽井狀態，則主控計算機向雷達液位計發出激發指令，激發雷 達液位計開始工作；如果鑽機處於起鑽狀態，則首先激發壓力傳感器開始工作。相應的傳感 設備開始工作後，主控計算機將向其發送上傳監測數據的指令。 如果當前工作的傳感器為雷達液位計，並且主控計算機解析其上傳的數據包後得
到的實際液位H < 1，則繼續維持雷達液位計工作狀態，否則，向雷達液位計發出指令使其
待機，並激發壓力傳感器開始工作並向主控計算機發送上傳監測數據的指令。 如果當前工作的傳感器為壓力傳感器，並且主控計算機解析其上傳的數據包後得
到的實際液位H為1《H《8，則繼續維持壓力傳感器的工作狀態，否則，向壓力傳感器發出
指令使其待機。此時，若H > 8，則激發聲波傳感器工作並向其發送上傳監測數據的指令，若
H < 1則激發雷達液位計工作並向其發送上傳監測數據的指令。 如果當前工作的傳感器為聲波傳感器，並且主控計算機解析其上傳的數據包後得
到的實際液位H > 8，則繼續維持聲波傳感器的工作狀態，否則，向壓力傳感器發出指令使
其待機，並激發壓力傳感器開始工作並向主控計算機發送上傳監測數據的指令。 當主控計算機解析經傳感器上傳而來的數據包，得到實際液位H後，通過分析確
定當前鑽井作業中是否有事故發生。如果有事故發生，主控計算機將及時進行報警。同時，
5根據液位情況，向灌漿機發出指令，控制其開始或者停止灌漿操作。具體如下
如果連續N次讀取傳感器數據失敗，說明當前傳感器與主控計算機的連接可能出 現故障或設備出現故障，此時激發報警設備報警。其中，N為整數，取值不小於3，優選取3 或4或5。此實施例中取N = 3. 將實際液位H與上一時刻t的液位HI比較，若H與HI之差的絕對值連續3次大 於事先設定的閾值，說明液位變化過快，這種變化有可能是溢流或井漏發生造成的，也有可 能是設備出現故障，此時，主控計算機將激發報警。 當實際液位H連續3次超出事先設定的預警閾值或報警閾值，說明液位異常，有可 能會發生溢流或井漏事故，此時，若只是超過預警閾值，表示液位接近異常，主控計算機激 發報警設備報警1次，以提示施工人員保持關注；若超過了報警閾值，則持續報警，直到液 位恢復正常。 若實際液位H的值連續3次大於事先設定的開始灌漿閾值，則向灌漿機發送灌漿 指令，控制灌漿機進行灌漿操作；若H的值連續3次小於停止灌漿閾值，則向灌漿機發送停 止灌漿指令，控制灌漿機停止灌漿。 在進行事故判斷的同時，系統可實時地繪製動態圖像，以便監測人員更加直觀地 觀察井內的狀況。主控計算機可在不需人工幹預的情況下自動讀取數據、存儲數據、分析數 據、根據液位進行灌漿控制和在事故發生時進行實時報警。 本發明提出的技術方法已經用於石油鑽井過程，實施效果滿足生產要求。
權利要求
一種針對鑽井溢流與井漏的智能監控方法，在鑽井現場部署有雷達液位計、壓力傳感器和聲波傳感器；位於遠處的主控計算機同上述各傳感器相連，報警設備和灌漿設備同主控計算機相連；其特徵在於雷達液位計負責監測距液流口0米至M1米的深度；壓力傳感器監測距液流口M1米至M2米的深度；聲波傳感器監測距液流口大於M2米的深度；如果鑽機處於正常鑽井狀態，則主控計算機向雷達液位計發出激發指令，激發雷達液位計開始工作；如果鑽機處於起鑽狀態，則首先激發壓力傳感器開始工作；相應的傳感設備開始工作後，主控計算機將向其發送上傳監測數據的指令；如果當前工作的傳感器為雷達液位計，並且主控計算機解析其上傳的數據包後得到的實際液位H＜M1，則繼續維持雷達液位計工作狀態，否則，向雷達液位計發出指令使其待機，並激發壓力傳感器開始工作並向主控計算機發送上傳監測數據的指令；如果當前工作的傳感器為壓力傳感器，並且主控計算機解析其上傳的數據包後得到的實際液位H為M1≤H≤M2，則繼續維持壓力傳感器的工作狀態，否則，向壓力傳感器發出指令使其待機；此時，若H＞M2，則激發聲波傳感器工作並向其發送上傳監測數據的指令，若H＜M1則激發雷達液位計工作並向其發送上傳監測數據的指令；如果當前工作的傳感器為聲波傳感器，並且主控計算機解析其上傳的數據包後得到的實際液位H＞M2，則繼續維持聲波傳感器的工作狀態，否則，向壓力傳感器發出指令使其待機，並激發壓力傳感器開始工作並向主控計算機發送上傳監測數據的指令；當主控計算機解析經傳感器上傳而來的數據包，得到實際液位H後，通過分析確定當前鑽井作業中是否有事故發生；如果有事故發生，主控計算機將及時進行報警；同時，根據液位情況，向灌漿機發出指令，控制其開始或者停止灌漿操作；具體如下如果連續N次讀取傳感器數據失敗，說明當前傳感器與主控計算機的連接可能出現故障或設備出現故障，此時激發報警設備報警；其中，N為整數，取值不小於3；將實際液位H與上一時刻t的液位H1比較，若H與H1之差的絕對值連續A次大於事先設定的閾值，說明液位變化過快，這種變化有可能是溢流或井漏發生造成的，也有可能是設備出現故障，此時，主控計算機將激發報警；其中，A為整數，取值不小於3；當實際液位H連續B次超出事先設定的預警閾值或報警閾值，說明液位異常，有可能會發生溢流或井漏事故，此時，若只是超過預警閾值，表示液位接近異常，主控計算機激發報警設備報警1次，以提示施工人員保持關注；若超過了報警閾值，則持續報警，直到液位恢復正常；其中，B為整數，取值不小於3；若實際液位H的值連續C次大於事先設定的開始灌漿閾值，則向灌漿機發送灌漿指令，控制灌漿機進行灌漿操作；若H的值連續D次小於停止灌漿閾值，則向灌漿機發送停止灌漿指令，控制灌漿機停止灌漿；其中，C、D均為整數，取值均不小於3。
2. 如權利要求1所述的一種針對鑽井溢流與井漏的智能監控方法，其特徵在於所述 Ml取值範圍為0.8米-1.2米。
3. 如權利要求1所述的一種針對鑽井溢流與井漏的智能監控方法，其特徵在於所述 M2取值範圍為7. 5米-8. 5米。
全文摘要
本發明公開了一種針對鑽井溢流與井漏的智能監控方法，屬於鑽井監控技術。在已有硬體設備的基礎上，綜合利用現場的多個傳感器信息，模仿專家的經驗提出合理的溢流與井漏等事故判斷和報警控制的規則，並通過計算機實現自動監測與報警控制。利用本方法，可以充分發揮計算機能夠處理多種信息的能力，實現無人監管情況下的自動監控工作，使事故報警更及時、準確，誤報警的可能性更低，很好的解決了油田鑽井生產中的難題。
文檔編號E21B21/08GK101725327SQ20091024963
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月9日 優先權日2009年12月9日
發明者石小明, 許偉村, 趙清傑 申請人:北京理工大學