专利名称：流速波发生的方法
技术领域：
本发明涉及一种流速波发生的方法，特别是指一种在石油、天然气钻井过程中产生用于检测气侵的流速波发生的方法，属于石油与天然气开采技术领域。
目前常用的气侵检测的方法是通过测量泵入井眼与从井眼返出的泥浆流量差或测量泥浆池液面变化来判断是否有地层气体进入井眼。这种方法基于气体在上升过程中产生膨胀引起返出泥浆流量或泥浆池液面增加，因此只有当气体上升到离地面较近时才能检测出来，这种方法不利于安全钻井。
理论和实践均证明利用声波在气液两相流中传播的幅频特性，可以早期检测气侵。美国专利3982431、4013945、4021774、4733232和4733233介绍了利用MWD压力脉冲信号在井眼含气泥浆中传播产生相移与幅值变化来检测气侵的方法。由于声波的声源来源于井下MWD泥浆脉冲信号，因此，这类方法只适用于对MWD井的气侵进行检测。
另一种方法是利用泥浆泵的泵压波动产生的声波进行气侵的检测。无论是双缸双作用泵还是单缸单作用泵，其泵压的波动均是自然存在的廉价声源。利用该泵压波动产生的声源检测气侵时，须将接收信号的微压传感器安装在泥浆返出管线处。但是，由于泵压波动信号传到井口时已经非常微弱，钻井设备工作所产生的噪音对该泵压波动信号的干扰非常大；另外，由于接收信号的微压传感器应安装在距泥浆返出管线很近的位置，该压力传感器已经非常接近地面大气，所以钻进过程中井筒液面微小的变化就可以对该传感器产生很大的扰动，尽管可以对该信号的干扰信号进行一定程度的滤波，但是，信号识别的难度较大，影响了这一方法的应用。
由流体力学可以知道在泥浆泵压波动的同时，泵出的泥浆流速也在波动，并且，泥浆泵压的波动与流速的波动具有同样的速度，但是，由于泥浆泵压波动的频率特性与钻井设备产生的干扰的频率特性非常接近，因此对于这类干扰信号非常难以滤除；反之，对于流速波动的检测是通过流量传感器来实现的，由于流速的变化的频率可以远远低于泥浆泵压的波动频率，所以钻井设备产生的干扰对流速波的影响非常小，因此可以利用流速波来检测气侵。
现有的流速波发生的方法通常有两种，一种是利用泥浆泵泵冲来产生流速波，但由于泵的脉动频率较高，所产生的流速波的频率也比较高，高频波在井筒中传播时，其振幅衰减很厉害。而且，长距离传播所需要的时间将超过其波动的周期，因此，该信号的跟踪识别性能很差。另外，由于钻杆的振动频率与泥浆泵的脉动频率相近，所以，该装置在气侵检测应用中，流速波信号的可识别性较差。
另一种装置是利用双泵法产生流速波，即在主泥浆泵之外再加装附加泥浆泵，通过控制附加泥浆泵的运转来产生流速波。但是，采用这种方法的装置复杂，价格昂贵，维护费用也很高。
本发明的另一目的在于提供一种流速波发生方法，其通过控制、改变以电机为驱动动力的泥浆泵泵出的泥浆流速来产生用于检测气侵的流速波。
本发明的又一目的在于提供一种流速波发生方法，其通过控制、改变以柴油机为驱动动力的泥浆泵泵出的泥浆流速来产生用于检测气侵的流速波。
本发明的再一目的在于提供一种流速波发生方法，其调节泵入钻井的泥浆流量，产生流速波，无须另加泥浆泵设备，降低流速波发生装置的造价，使用寿命长，便于维护。
本发明的目的是通过如下的技术方案实现的一种流速波发生的方法，对泵入立管的泥浆流量进行调节，产生用于检测气侵的流速波。
对泵入立管的泥浆流量进行调节的方法为对泵入立管的泥浆设置释放泥浆以改变泥浆循环系统中泥浆流量的旁路。
所述的旁路中设有用于调节旁路泥浆的调节阀。
所述的调节阀由控制装置进行调节，该控制装置根据钻井数据控制泥浆流量的改变量及改变时间。
对泵入立管的泥浆流量进行调节的方法为对泥浆泵驱动动力的输出转速进行调节以改变泥浆泵的泥浆输出流量。
所述的泥浆泵驱动动力为柴油机或电机。
所述的泥浆泵驱动动力的输出转速由控制装置进行调节，该控制装置根据钻井数据控制泥浆流量的改变量及改变时间。
所述的控制装置为计算机数据采集及控制装置。
所述的钻井数据至少包括立压数据、套压数据、返出泥浆微压数据、泵冲数据、井深及泵排量数据。
本发明通过对泵入钻井的泥浆进行旁路控制，适当释放少量的泥浆，从而改变泥浆循环系统中的泥浆流量，产生了用于检测气侵的流速波；或者通过控制、改变以电机为驱动动力的泥浆泵泵出的泥浆流速来产生用于检测气侵的流速波；本发明提供的流速波发生方法无须另加泥浆泵设备就可产生用于检测气侵的流速波，降低了流速波发生装置的造价，使用寿命长，便于维护。
图1为本发明一实施例的示意图。
图2为本发明另一实施例的示意图。
图3为本发明又一实施例的示意图。
钻井数据采集装置1至少设有立压传感器、返出流速传感器、返出泥浆微压信号传感器及泵冲测量传感器；该钻井数据采集装置还设有与上述传感器连接的信号整理装置。
在具体的流速波发生的过程中，计算机数据采集及控制装置2根据采集到的立压、套压、泵冲信息以及由计算机键盘输入的井深、泵排量参数确定泥浆泵的工况；计算机发出调节信号通过其通讯接口输出到阀门控制装置FA，该信号控制该阀门控制装置FA驱动阀门V动作，使立管M中的泥浆流量通过阀门V的开、关或开度的变化而改变，产生流速波动。阀门控制装置FA的动作，改变程度和间隔时间的确定，由计算机根据钻井生产实际情况及存储在计算机中的数据做出判断，可采用阀门V开关度的增大或减小的调节方式。
实施例2参见图2，本发明另一实施例设有钻井数据采集装置1、计算机数据采集及控制装置2和与柴油机调速杆相连接的、柴油机转速杆调节装置3；其中，钻井数据采集装置1的输出信号连接到计算机数据采集及控制装置2的信号输入端，计算机数据采集及控制装置2的输出信号连接到柴油机调速杆调节装置3的输入端，柴油机调速杆调节装置3与柴油机调速杆41相连接。
钻井数据采集装置1至少设有立压传感器、返出流速传感器、返出泥浆微压信号传感器及泵冲测量传感器；该钻井数据采集装置还设有与上述传感器连接的信号整理装置。
在具体的流速波发生的过程中，计算机数据采集及控制装置2根据采集到的立压、套压、泵冲、柴油机转速信息以及由计算机键盘输入的井深、泵排量参数确定泥浆泵的工况，进而控制柴油机调速杆41的位移量以及起调时刻和回调的时刻。计算机发出调节信号通过其通讯接口输出到柴油机调速杆调节装置3，该信号控制该柴油机调速杆调节装置3带动柴油机调速杆41移动，使柴油机的转速产生变化，进而带动泥浆泵输出的泥浆流量产生波动，产生流速波动。柴油机调速杆41的位移量，速度和间隔时间的确定，由计算机根据钻井生产实际情况及存储在计算机中的数据做出判断，可采用柴油机增速或减速的调节方式。
实施例3参见图3，本发明设有钻井数据采集装置1、计算机数据采集及控制装置2和与电机相连接的、电机调速装置3’；其中，钻井数据采集装置1的输出信号连接到计算机数据采集及控制装置2的信号输入端，计算机数据采集及控制装置2的输出信号连接到电机调速装置3’的输入端，电机调速装置3’与电机4’相连接，该电机4’驱动泥浆泵5工作。
该钻井数据采集装置1至少设有立压传感器、返出流速传感器、返出泥浆微压信号传感器及泵冲测量传感器；该钻井数据采集装置还设有与上述传感器连接的信号整理装置，所述的传感器将采集的信号传送到相应的信号整理装置处理。
在具体的流速波发生的过程中，计算机数据采集及控制装置2根据采集到的立压、套压、泵冲、电机转速信息以及由计算机键盘输入的井深、泵排量参数确定泥浆泵的工况，进而控制电机4’的转速以及起调时刻和回调的时刻。计算机发出的调节控制信号通过通讯接口输出到电机调速装置3’，该电机调速装置3’根据计算机发出的调节控制信号，调节其输出到电机4’的工作电压；电机4’由此电压的改变而产生转速的改变，而与之连接的泥浆泵5的输出流量即获得调节。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同地替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种流速波发生的方法，其特征在于对泵入立管的泥浆流量进行调节，产生用于检测气侵的流速波。
2.根据权利要求1所述的流速波发生的方法，其特征在于对泵入立管的泥浆流量进行调节的方法为对泵入立管的泥浆设置释放泥浆以改变泥浆循环系统中泥浆流量的旁路。
3.根据权利要求2所述的流速波发生的方法，其特征在于所述的旁路中设有用于调节旁路泥浆的调节阀。
4.根据权利要求3所述的流速波发生的方法，其特征在于所述的调节阀由控制装置进行调节，该控制装置根据钻井数据控制泥浆流量的改变量及改变时间。
5.根据权利要求1所述的流速波发生的方法，其特征在于对泵入立管的泥浆流量进行调节的方法为对泥浆泵驱动动力的输出转速进行调节以改变泥浆泵的泥浆输出流量。
6.根据权利要求5所述的流速波发生的方法，其特征在于所述的泥浆泵驱动动力为柴油机或电机。
7.根据权利要求5所述的流速波发生的方法，其特征在于所述的泥浆泵驱动动力的输出转速由控制装置进行调节，该控制装置根据钻井数据控制泥浆流量的改变量及改变时间。
8.根据权利要求4或7所述的流速波发生的方法，其特征在于所述的控制装置为计算机数据采集及控制装置。
9.根据权利要求4或7所述的流速波发生的方法，其特征在于所述的钻井数据至少包括立压数据、套压数据、返出泥浆微压数据、泵冲数据、井深及泵排量数据。
全文摘要
一种流速波发生的方法，对泵入立管的泥浆流量加设旁路或对泥浆泵驱动动力的输出转速进行调节，产生用于检测气侵的流速波；本发明通过对泵入钻井的泥浆进行旁路控制，适当释放少量的泥浆，从而改变泥浆循环系统中的泥浆流量，产生了用于检测气侵的流速波；或者通过控制、改变以电机为驱动动力的泥浆泵泵出的泥浆流速来产生用于检测气侵的流速波；本发明提供的流速波发生方法无须另加泥浆泵设备就可产生用于检测气侵的流速波，降低了流速波发生装置的造价，使用寿命长，便于维护。
文档编号E21B47/10GK1417578SQ01134498
公开日2003年5月14日 申请日期2001年11月6日 优先权日2001年11月6日
发明者李相方, 隋秀香, 马秀军, 刚涛, 唐德钊, 蔡万伟, 刘举涛 申请人:石油大学(北京)