本发明涉及石油及天然气钻井过程中井眼环空气侵实时监测技术领域，具体地，涉及一种钻井过程中利用随钻测量工具在传递井下数据时产生的压力脉冲波动信号来实时监测环空气侵的方法。用于实时监测早期发现地层气体侵入井眼环空，为及时采取井控措施赢得更充足的时间。
背景技术：
气侵是在钻井过程中，当钻遇高压地层时，井底有效液柱压力低于地层压力致使地层中的天然气侵入井眼环空钻井液的现象；气体具有很强的可压缩性，气体侵入井眼初期，由于受到上部较大的液柱压力，气体处于压缩状态，气体体积很小，很难发现气侵。随着钻井液的循环，气体沿井眼环空上升，气体所受上部液柱压力逐渐减小，体积不断膨胀增大。气体越接近井口，膨胀得越厉害，环空液柱压力降低得越快，越容易引起井喷事故发生。因此，在钻井作业过程中需要对气侵是否发生进行实时监测，发现越早井控风险越小。
现有的气侵监测方法主要包括泥浆池液面监测技术、井口流量计法、环空压力随钻监测法和声波监测方法等。前两种方法是以气体体积膨胀为基础所建立的，简单实用，但是在高温高压深井、超深井钻井及一些复杂的地质条件下钻井时，发现气侵的时间具有较大的滞后性。环空压力随钻监测法能够及时有效的发现气侵，但是配套设施要求高，成本昂贵。声波监测气侵技术是前苏联钻井研究院提出的一种早期气侵监测方法。随后国内外许多专家学者和公司也相继进行了这方面的研究，但受各种因素影响，一直未能有效解决相关技术瓶颈，至今也没推广应用。
压力波早期监测气侵技术主要是利用压力波在纯钻井液中的传播速度远大于在气侵钻井液中的传播速度的原理，能够在气侵还处于井眼中下部、气侵量还比较小时就被监测到。在环空没有发生气侵的条件下，压力波在钻柱内和环空的传播速度基本相同；在气体侵入井筒环空内后，压力波在环空气侵钻井液中的传播速度明显减小，而在钻柱内未受气侵钻井液中的传播速度不变，所以压力波从井底沿钻柱内和环空两条路径传播到井口的时间会有一定差值，可以利用压力波在钻柱内和环空传递到地面的时间差来监测井筒环空是否发生气侵。现有的做法是利用位于地面的钻井液泵产生的压力波作为压力波源，其波动变化特征不明显，通过调节泵速或排量改变压力波特征的方法操作又过于复杂；而本发明利用安装于近钻头位置的随钻测量工具(MeasurementWhile Drilling，MWD)在传递井下数据时产生的压力脉冲波动信号作为压力波源，其产生的压力波信号特征明显，便于地面分析系统进行有效的区分处理。当前定向钻井作业和部分直井钻井作业过程中均在近钻头位置安装MWD以随钻测量井眼轨迹参数，基于本发明，仅需要增加井口装置即可实现环空气侵实时监测；其工艺操作简单，成本低廉，易于安装，原理科学合理，可靠性高，便于推广使用。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种油气钻井井眼环空气侵监测方法，早期发现气侵，及时采取应对措施，避免财产和人员损失，为安全钻井提供可靠保证。
为了实现上述目的，本发明涉及的气侵监测方法采用随钻测量工具和井口地面监测装置实施。所述井口地面装置主要包括环空压力传感器、立管压力传感器、滤波处理器、弱信号放大器、数据处理及实时监测系统和报警器。本发明利用安装于近钻头位置的MWD发射的压力波信号通过钻柱和环空两条路径传播到井口，利用安装于井口附近的立管压力传感器和套管压力传感器分别接收来自钻杆内和环空的压力波信号，利用滤波处理器过滤环空压力传感器和立管压力传感器接收到的压力波信号，利用弱信号放大器对过滤后的弱信号进行放大处理，最后利用数据处理及实时监测系统计算压力波从两条路径传播到井口两个传感器的时间差，若经过实时监测系统计算出环空压力传感器和立管压力传感器接收到井底MWD发射出的压力波信号没有足够的时间差，表明井眼环空未发生气侵或者气侵不严重，则报警器不发出预警或报警信号；若实时监测系统计算出环空压力传感器和立管压力传感器接收到井底MWD发射出的压力波信号存在时间差并达到预先设定的警戒值，表明井眼环空已发生比较严重的气侵，则报警器发出预警或报警信号，并提示现场人员采取井控措施，直到环空压力传感器和立管压力传感器接收到井底MWD发射出的压力波信号的时间差低于警戒值。
本发明涉及的井下信号发射器为利用压力脉冲传递信号的MWD。
本发明涉及的利用随钻测量工具的压力波信号实时监测气侵的装置主体结构包括：压力波信号发生器MWD、环空压力传感器、立管压力传感器、滤波处理器、弱信号放大器、数据处理及实时监测系统、报警器等。
与现有气侵监测技术及装置相比，本发明具有以下特点：
1.井下信号发射器为利用压力脉冲传递信号的MWD，因为所有的定向井和部分直井都会安装MWD，所以于本发明，仅需要增加井口装置即可实现环空气侵实时监测，其工艺操作简单，成本低廉，易于安装，原理科学合理，可靠性高，便于推广使用。
2.MWD产生的压力波信号特征明显，便于识别，监测精度高，实时性极强，操作专业性要求低，稳定性较好，测量过程利用计算机监测，因此自动化程度高。
3.实现井眼环空发生气侵时，在气侵早期阶段就能准确判别是否有地层气体侵入，提前预警。
附图说明
图1为本发明涉及的一种利用MWD的压力波信号实时监测气侵装置的主体结构原理示意图。
图中，1-MWD压力波发生器、2-环空压力传感器、3-立管压力传感器、4-滤波处理器、5-弱信号放大器、6-数据处理及实时监测系统、7-报警器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
本实施例涉及的利用MWD的压力波信号实时监测气侵装置的主体结构包括MWD压力波发生器1、环空压力传感器2、立管压力传感器3、滤波处理器4、弱信号放大器5、数据处理及实时监测系统6、报警器7。
利用安装于近钻头位置的MWD压力波发生器1产生压力波；压力波信号通过钻柱和环空两条路径从井底传播到井口，利用安装于井口位置的环空压力传感器2和立管压力传感器分别接收来自于环空和钻柱内的压力波信号，利用滤波处理器4过滤环空压力传感器2和立管压力传感器3接收到的压力波信号，利用弱信号放大器5对过滤后的弱信号进行放大处理，最后利用数据处理及实时监测系统6计算压力波从两条路径传播到井口两个传感器的时间差，若经过数据处理及实时监测系统6计算出环空压力传感器2和立管压力传感器1接收到井底MWD发射出的压力波信号没有足够的时间差，表明井底未发生气侵，则报警器7不发出预警或报警信号；若数据处理及实时监测系统6计算出环空压力传感器2和立管压力传感器1接收到井底MWD发射出的压力波信号存在时间差并达到预先设定的警戒值，表明井眼环空已发生气侵，则报警器7发出预警或报警信号并发出指令让现场人员采取措施，直到环空压力传感器2和立管压力传感器1接收到井底MWD发射出的压力波信号的时间差低于警戒值。
本实施例涉及的井下压力波发射器1为利用压力脉冲传递信号的MWD。