随钻当量密度测量方法及装置的制造方法
【技术领域】
[00011 本发明基于申请日为2014年5月29日，申请号为2014102338597,发明名称为"随钻 当量密度测量方法及装置"的发明专利申请的分案申请。涉及石油、天然气钻井作业中随钻 当量密度监测方法及装置，用于实时获取钻井期间井下当量钻井液密度，指导窄密度窗口 钻井、大位移井和欠平衡井等作业施工，达到安全快速钻井和有效保护储层的目的。
【背景技术】
[0002]随着油气勘探开发不断向深层发展，钻井作业面临的地质条件和地层压力系统更 为复杂，喷漏同层、上喷下漏等复杂地层条件下的窄密度窗口安全钻井问题突出，井下复杂 情况和事故频繁，已成为制约深层油气开发的技术瓶颈。解决复杂地层条件下窄密度窗口 钻井问题的有效技术途径是实施精细控压钻井作业，因此应实时监测钻井液当量密度，使 其控制在允许范围内，以确保钻井安全。
[0003]在大位移和水平井钻井作业中，随着大斜度井段的钻进，环空沿程损耗不断增加， 而垂深增加缓慢，甚至不增加或减少(如井斜角2 90°井段），从而导致钻井液当量循环密度 (ECD)逐步增加，尤其是在小井眼大斜度长位移井段钻井后期，当量循环密度的控制尤为重 要，它是能否安全钻达设计完钻井深的一个关键因素。
[0004] 对于欠平衡钻井作业，实时监测钻井液当量密度，使其低于地层孔隙密度并维持 在合理的压差范围内，可有效地保护储层，减少降低钻井液对油气层的伤害，提高油气采收 率，对油气勘探开发具有重要意义。此外，随钻实时监测钻井液当量密度及其变化，还可有 助于及时了解井眼清洁、地层流体侵入以及钻井液漏失等情况，为指导下步钻井作业提供 帮助。
【发明内容】
[0005] 鉴于此，本发明的目的在于提供涉及井下随钻实时监测钻井液当量密度的技术方 案，自动跟踪钻进过程中钻井液当量密度及其变化情况，为窄密度窗口钻井、大位移井和欠 平衡井等作业施工提供施工指导，预防井下复杂情况和事故，达到安全快速钻井作业和保 护油气储层等目的。
[0006] 具体来说，本发明提供了一种随钻当量密度测量装置，包括PWD(PresSure While Dri 11 ing)参数测量工具、MWD数据通讯工具，其特征在于，所述PWD工具上分别装有钻柱柱 内和环空压力传感器，用于测量钻柱内外的钻井液流体压力、监测开停栗情况和检测地面 下传信号，PWD上还装有轴向加速度传感器，用于测量钻柱轴向运动情况及计算钻柱轴向移 动距离，应用井下实时跟踪深度和测斜数据计算压力传感器位置垂直深度，进而求得当量 钻井液密度，？胃0通过上下数据连接器同丽0(]\^381^6111611丨￥11；[1601'；[11；[11〖)通讯连接，丽0 用于随钻测量定向参数和上传井下测量参数。
[0007] 本发明还提供一种随钻当量密度测量方法，其特征在于，包括在井下存储器中设 置已钻井眼轨迹基本参数、待钻井眼深度校验点、不同地层深度允许当量密度范围、压力传 感器及定向参数传感器位置、压力和轴向加速度传感器采样时间等参数步骤;下钻到井底 后钻柱处于暂停运动状态，地面向井下发送信息后开始钻进，初始化速度及轴向位移后，利 用加速度传感器进行钻柱轴向运动距离(深度)跟踪步骤;应用井下实时跟踪深度和测斜数 据计算压力传感器位置垂直深度，进而求得当量钻井液密度步骤，其中，若当量密度超出允 许范围或偏离正常变化趋势时，通过MWD及时上传到地面系统，并进行预警显示，否则间隔 一定时间上传当量钻井液密度；当钻达预定深度校验点时(通常设为钻进接单根深度)时， 暂停钻柱运动进行测斜，测斜上传到地面系统确认后，向井下发送信息并恢复钻钻进作业， 继续钻进深度跟踪和随钻当量密度监测直到结束钻进作业。
[0008] 本发明还提供一种用于测量钻柱轴向运动距离的测量方法，其特征在于，利用轴 向加速度传感器测量轴向加速度，然后对测量轴向加速度进行滤波，以滤除叠加于其中的 直流误差信号和噪声干扰信号，求得钻进时有效的钻柱轴向运动加速度，对有效运动加速 度一次积分可求得轴向运动速度;再对计算出的轴向运动速度进行滤波，以滤除叠加于其 中的直流误差信号和噪声干扰信号，求得钻进时有效的钻柱轴向运动速度，对有效运动速 度一次积分可求得轴向移动距离，由此实现钻柱轴向移动距离的测量。
[0009] 本发明还提供一种井下获取完整测斜数据的方法，其特征在于，通过井下预设深 度校验点，到预定深度时，暂停钻柱运动测斜并上传测量结果，地面确认后下发信息，从而 井下可获得测量点深度数据。
[0010] 本发明还提供一种随钻当量密度测量方法，其特征在于，包括随钻深度跟踪步骤 和当量密度计算步骤，即
[0011] 获取测量点深度数据、获取钻进时的位移增量、测量压力传感器与井斜传感器间 的间距，根据所获得的准确的深度数据、所述位移增量及所述间距，求得环空压力测量点深 度L，进一步利用测斜数据计算其对应垂直深度H，根据随钻测量的环空压力P a及其对应垂 深H，计算出当量钻井液密度Pe3
[0013] 式中g为重力加速度。
[0014] 本发明还提供一种随钻当量密度上传方法，其特征在于，包括对所获取的当量密 度进行安全判断步骤及上传步骤，即
[0015]利用井下存储安全密度窗口数据表，查询允许的当量密度范围pmin~pmax;
[0016] 判断压力测量点垂直深度H处所计算的当量钻井液密度Pf3是否对应所述数据表所 允许的密度范围Pmin~Pmax;
[0017] 如果当量钻井液密度Pmin ^ Pmax，贝_隔一定时间上传随钻当量密度Pe，否则， MffD立即上传结果到地面系统，并进行预警提示。
[0018] 在本发明中，井下工具基本配置包括:正脉冲发生器、涡轮发电机、驱动短节、电池 筒短节、定向仪短节、下数据连接器、上数据连接器、电池及电路、轴向运动传感器、数据回 放接口、环空压力传感器、柱内压力传感器等。
[0019] 在本发明中，PWD(Pressure While Drilling)工具上装有柱内和环空压力传感 器，用于测量钻柱内外的钻井液流体压力、监测开停栗情况和检测地面下传信号;PWD上还 装有轴向加速度传感器，用于测量钻柱轴向运动情况及计算钻柱轴向移动距离;PWD通过上 下数据连接器同MWD(Measurement While Drilling)通讯连接;MffD用于随钻测量定向参数 和上传井下测量参数。
[0020] 在本发明中，下钻前，在井下存储器中设置已钻井眼轨迹基本参数、待钻井眼深度 校验点、不同地层深度允许当量密度范围、压力传感器及定向参数传感器位置、压力和轴向 加速度传感器采样时间等参数;下钻到井底后钻柱处于暂停运动状态，地面向井下发送信 息后开始钻进，初始化速度及轴向位移后，利用加速传感器进行钻柱轴向运动距离(深度） 跟踪;应用井下实时跟踪深度和测斜数据计算压力传感器位置垂直深度，进而求得当量钻 井液密度;若当量密度超出允许范围或偏离正常变化趋势时，通过MWD及时上传到地面系 统，并进行预警显示，否则间隔一定时间上传当量钻井液密度；当钻达预定深度校验点时 (通常设为钻进接单根深度)时，暂停钻柱运动进行测斜，测斜上传到地面系统确认后，向井 下发送信息并恢复钻钻进作业，继续钻进深度跟踪和随钻当量密度监测直到结束钻进作 业。
[0021] 发明的效果
[0022] 根据本发明所提出的井下随钻当量密度实时测量的技术方案，在钻井过程中随钻 测量环空压力，井下自动跟踪钻进深度及井眼轨迹，实时监测钻井液当量密度及其变化，并 判断当量密度是否处于允许安全窗口范围内，可及时掌握井下压力控制、井眼净化及地层 流体浸入等情况，有效地指导钻井技术人员进行施工，预防井下复杂情况和事故，从而安全 顺利钻达目的层，实现储层保护等预期钻井目标。
【附图说明】
[0023]图1为环空压力测量系统示意图。
[0024] 图2为随钻当量密度测量方法流程图。
【具体实施方式】
[0025] 下面参照附图对本发明作出详细说明。
[0026]图1为环空压力测量系统示意图。
[0027]如图1所示，井下工具为环空压力测量系统，基本配置包括：正脉冲发生器1、涡轮 发电机2、驱动短节3、电池筒短节4、定向仪短节5、下数据连接器6、上数据连接器7、电池及 电路8、轴向运动传感器9、数据回放接口 10、环空压力传感器11、柱内压力传感器12等。 [0028]