[发明专利]卡钻的监测系统、方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻井工程技术领域，具体而言，涉及一种卡钻的监测系统、方法及装置。

背景技术

卡钻事故是钻井施工过程中最常见的复杂之一，卡钻事故的处理经常导致几十甚至上百小时的非生产时间，若处理不当，还会发生钻具掉落甚至井眼报废等二次事故，造成不可估量的经济损失。而减少卡钻损失最有效的方式就是使用卡钻的预测及监测系统，及早发现卡钻的趋势和类别，并采取相应的措施降低卡钻的风险。

目前，国内钻井公司大都通过地层信息以及邻近的井位发生的卡钻事故对钻井方案(如井身结构，钻井液)进行优化，以尽量避免卡钻事故的发生，而在缺乏邻井资料的情况下，则缺乏有效的卡钻监测的系统和方法，只能通过不同工况下大勾载荷的异常来判断卡钻事故的发生，而当工程师通过上提下放过程中大勾载荷的数值确认卡钻事故的发生时，往往已经错过了采取应对措施的最好时间。

国内外石油工程领域的研究人员在钻柱力学方面已经做了较多的研究，计算摩阻扭矩的软杆模型已经被国外的某些公司和科研院校应用在了钻柱摩阻系数的反算及卡钻事故的早期监测方面，但这些系统的功能仅限于卡钻事故的早期监测，并没有对卡钻的类型进行分析预测，大大制约了该技术的应用，而国内尚缺乏可以对定向井、水平井等复杂井型进行卡钻早期监测和卡钻类型预测分析的系统。而一些基于单一分层模糊分析方法的钻井复杂分析系统，则缺乏有效的针对某一种事故的工程数学理论支持，仅仅依靠统计学理论和没有经过良好分类处理的钻井工程数据库，难以对卡钻事故作可靠的早期监测和分析。

中国专利授权公告号：CN101118420提供了一种“基于分层模糊系统的石油钻井工程事故预警系统”。包括以下步骤：1.建立石油钻井工程事故预警的模型数据库；2.建立石油钻井工程事故预警的输入变量；3.分析输入信号的特征信息；4.建立分层模糊系统的结构模型；5.对第三步中确定的输入变量进行区间映射和统一模型的分层模糊推理；6.确定石油钻井工程事故预警系统输出量；7、预警结果的自调整。

发明内容

本发明实施例提供了一种卡钻的监测系统、方法及装置，适用于复杂地层钻井、水平井、大位移井等易于发生卡钻事故的钻井作业。

一种卡钻的监测系统，包括：卡钻分析系统框架，数据支持模块，层次分析法卡钻风险分析模块，实时卡钻监测模块，钻具组合下入能力分析模块，卡点计算模块，震击器解卡参数计算模块，解卡剂注入计算模块，倒扣施工计算模块，倒划眼施工计算模块；

卡钻分析系统框架提供系统框架，搭建界面，协调各个模块之间的消息和数据传递；

数据支持模块将单井设计数据进行录入和保存，能自动保存和录入的数据包括：井身结构数据、井眼轨迹数据、钻具组合数据、其他数据，所有数据以二进制文件格式进行存储，并支持历史数据文件的分项读取；通过井场录井信息系统采集实时井深、扭矩信息，进行对象化和封装，以供其它模块使用；

层次分析法卡钻风险分析模块根据系统卡钻分析模型库中的卡钻分析模型，输入模型包含的基本底层元素隶属度，根据模型层次和元素间重要性的比较关系对当前钻井作业发生该种卡钻的风险进行评估；该模块内置6种卡钻模型：粘吸卡钻分析模型、坍塌卡钻分析模型、沙桥卡钻分析模型、缩径卡钻分析模型、泥包卡钻分析模型、干钻卡钻分析模型；

实时卡钻监测模块从数据支持模块中提取设计和实时数据(包括井身结构、钻具组合、井眼轨迹、泥浆密度、起钻/下钻/送钻速度、转盘转速)，使用有限元方法计算当前钻井工况下大勾载荷和转盘扭矩的预测值，并根据实时参数的变化不断修正；将提取的实时大勾载荷和转盘扭矩数据于预测值进行对比分析，若其值大于预测值和系统设定的报警范围之和，则系统发出卡钻危险报警；

钻具组合下入能力分析模块对数据支持模块中的输入提供的钻具组合结合井身结构和井眼轨迹进行摩阻力条件、轴向载荷条件、几何条件三方面的分析，若钻具组合设计不能满足任何一方面的要求，再下入过程中遇卡风险较大，则系统做出报警；

卡点计算模块根据现场的卡点测量方式(拉伸法或扭转法)和当前钻具组合参数(各段长度、截面大小、弹性模量)，计算并输出卡点的深度；

震击器解卡参数计算模块根据钻具组合数据(钻杆最大屈服强度)、震击器参数(震击器以上钻柱悬重、钻柱摩擦力、标定释放力)和当前泵压，计算启动震击器需要的大勾载荷；

解卡剂注入计算模块根据解卡剂注入量及钻井液注入量，计算解卡剂在环空中的准确位置；根据解卡剂需要停留的深度位置，计算需要的解卡剂注入量和钻井液注入量；钻柱内及环空体积系数根据已有井身结构和钻具组合自动计算；