[发明专利]井筒溢流早期监测装置及方法

权利要求书

1.一种井筒溢流早期监测装置，包括：井下监测装置、井上监测装置；其特征在于，井下监测装置对井筒环空流体的电容数据、温度数据和压力数据进行实时测量并模数转化，然后发送至井上监测装置，由井上监测装置对监测数据进行分析处理，进行预警和报警。

2.根据权利要求1所述的井筒溢流早期监测装置，其特征在于，井下监测装置，包括：井下测量短节、圆角矩形管、电容测量模块、温度测量模块、压力测量模块、供电锂电池、数据采集处理模块、数据上传模块和和泥浆脉冲发生器；井上监测装置,包括：泥浆脉冲解码器、井上数据分析及报警系统。

3.根据权利要求1-2所述的井筒溢流早期监测装置，其特征在于，井下测量短节为上部带内螺纹、下部带外缧纹的圆钢管，井下测量短节的上下两端分别与钻杆螺纹连接，井下测量短节的管壁上设置两圆角矩形孔，圆角矩形孔为矩形孔的上下两边用一与竖向两边相切的圆弧替代而成；两圆角矩形孔中心的连线通过井下测量短节的轴线并与水平面呈30度；圆角矩形管斜贯穿两圆角矩形孔，且圆角矩形管与井下测量短节的圆角矩形孔相匹配，圆角矩形管与圆角矩形孔连接处焊接密封。

4.根据权利要求1-3所述的井筒溢流早期监测装置，其特征在于，圆角矩形管的两竖向壁面分别贴有第一平行不锈钢电极片和第二平行不锈钢电极片，第一平行不锈钢电极片和第二平行不锈钢电极片均进行绝缘处理，第一平行不锈钢电极片和第二平行不锈钢电极片形成平行电极板；圆角矩形管顶部设有电容测量模块、温度测量模块、压力测量模块，其中，电容测量模块通过两条导线分别连接第一平行不锈钢电极片和第二平行不锈钢电极片，对平行电极板之间的电容进行实时测量。

5.根据权利要求1-4所述的井筒溢流早期监测装置，其特征在于，井下测量短节的管壁内侧设有密封盒，密封盒内设有供电锂电池、数据采集处理模块、数据上传模块；电源信号电缆包括三根电源电缆与三根信号电缆，电源电缆和信号电缆相互绝缘，三根电源电缆与三根信号电缆置于圆形密封钢管内，圆形密封钢管焊接安装在井下测量短节内侧，三根电源电缆分别连接供电锂电池和电容测量模块、供电锂电池和温度测量模块、供电锂电池和压力测量模块，三根信号电缆分别连接数据采集处理模块和电容测量模块、数据采集处理模块和温度测量模块、数据采集处理模块和压力测量模块；供电锂电池对电容测量模块进行供电，电容测量模块将第一平行不锈钢电极片和第二平行不锈钢电极片之间流体的测量电容信号模数转化成数字信号，该数字信号由信号电缆传送至数据采集处理模块；供电锂电池对温度测量模块进行供电，温度测量模块实时测量流通通道内的流体温度，并将温度信号模数转化成数字信号，该数字信号由信号电缆传送至数据采集处理模块；供电锂电池对压力测量模块进行供电，压力测量模块实时测量流通通道内的流体压力，并将压力信号模数转化成数字信号，该数字信号通过信号电缆传送至数据采集处理模块。

6.根据权利要求1-5所述的井筒溢流早期监测装置，其特征在于，数据采集处理模块由供电锂电池供电，数据采集处理模块将接收的电容数字信号、温度数字信号和压力数字信号处理后，得到监测数据组，监测数据组即：电容值、温度值、压力值，并将监测数据组发送给数据上传模块。

7.根据权利要求1-6所述的井筒溢流早期监测装置，其特征在于，电容测量模块、温度测量模块和压力测量模块对圆角矩形管内流体的电容值、温度值、压力值采样频率为10HZ，数据采集处理模块分别将10HZ的电容、温度和压力数据通过滤波算法处理成1HZ的监测数据组，监测数据组即电容值、温度值、压力值。

8.根据权利要求1-7所述的井筒溢流早期监测装置，其特征在于，泥浆脉冲发生器置于井下测量短节上部钻杆的内部。

9.根据权利要求1-5所述的井筒溢流早期监测装置，其特征在于，数据上传模块将监测数据组发送至泥浆脉冲发生器，泥浆脉冲发生器将监测数据组进行编码，并将编码后监测数据组通过泥浆向地面发送泥浆脉冲信号，地面的泥浆脉冲解码器接收由泥浆脉冲发生器编码发送的泥浆脉冲信号，泥浆脉冲解码器将接收的泥浆脉冲信号解码后得到监测数据组，泥浆脉冲解码器将监测数据组通过数据传输线传送至井上数据分析及报警系统，井上数据分析及报警系统计算分析电容测量值的变化：若发现电容测量值降低10％，则判别已有地层流体侵入井筒，井上数据分析及报警系统进行报警；或者发现电容测量值连续降低10秒以上，井上数据分析及报警系统进行报警。

10.根据权利要求1-9所述的井筒溢流早期监测装置，其特征在于，井上数据分析及报警系统通过温度值、压力值计算判别气侵时的气体物性状态，并根据井筒环空中流体电容值的持续变化幅度和时间，结合钻井液返速和流量，计算地层流体的侵入量大小，为压井材料的准备提供数据支持。