[发明专利]一种用于测量钻柱上下运动产生抽吸环空压力波动的方法

说明书

技术领域

本申请是基于申请日为2014年5月29日、申请号为2014102329418、发明 名称为“全程环空压力测量方法及装置”的发明专利申请的分案申请。涉及的 是石油、天然气钻完井作业的一种全程环空压力测量方法及装置，用于钻井全 过程的井眼环空压力实时检测，以指导安全进行钻井施工，降低作业风险，预 防井下复杂情况和事故，确保安全快速钻完井作业。

背景技术

钻井作业包括起下钻、钻进、接单根、循环、划眼等作业，在钻井作业过 程中，有多种因素会导致井下压力变化，如钻柱上下活动速度、开停泵作业、 排量变化、钻柱转速、机械钻速、井眼净化情况、井眼环空几何尺寸、井眼轨 迹、钻井液流变性能、岩屑大小和密度等。在工程实践中，要避免因操作和施 工参数不当而造成井下压力波动超出允许范围，防止由此引起的井下复杂情况 和事故，如快速起下钻引起的抽吸和激动压力、停泵引起的井底压力快速减小， 以及开泵和划眼造成的压力波动。

在大位移钻井作业中，由于稳斜段长，且井斜角大，随着钻井进尺的增加， 环空沿程流动压耗增加，垂深增加缓慢，从而导致钻井液当量循环密度(ECD) 增加明显；同时大位移井存在严重偏心环空和螺旋流，以及井眼净化问题突出， 容易引起ECD超过允许值。此外，在高温高压深井、海上深水钻井、小井眼钻 井、复杂地层窄密度窗口钻井，以及欠平衡钻井作业都需要精确实时地监测钻 井全过程环空压力及变化情况，及时上传重要数据，指导施工决策和安全钻完 井作业；也利于钻井事后分析，为以后的钻井设计和施工参数制定提供参考。

全过程中监测钻井环空压力数据量大，目前MWD/LWD数据传输速率还很低， 因此迫切需要一种既可满足全程环空压力监测需求，又需智能检测出抽吸、激 动压力等重要参数，并适时上传的一种全程环空压力测量方法和装置，为安全 钻井施工作业提供指导。

发明内容

鉴于此，为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供涉及钻井全过程 环空压力测量的技术方案，实现开、停泵状态下参数测量功能，智能检测钻井 作业过程中的最大波动压力、静动态稳定压力和柱内外压差变化等重要数据， 并适时上传地面系统供综合分析，预防井下复杂情况和事故，指导安全快速钻 完井作业，降低作业风险和钻井成本。

具体的，本发明采用了一种用于实现钻井全过程的环空压力测量装置，包 括PWD(PressureWhileDrilling)工具、仪器连续供电设备、开停泵检测判 断部件、以及MWD(MeasurementWhileDrilling)数据通讯工具，所述PWD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 钻井液循环状态和钻头压降，所述PWD上还装有轴向加速度传感器，用于检测 钻柱轴向运动情况及计算钻柱轴向移动距离，在接钻杆坐卡等暂停钻柱上下运 动时，利用环空压力传感器测量钻柱轴向静止环空压力，当起下钻、钻进等钻 柱运动时，测量环空压力，利用轴向加速度传感器计算相近两次钻柱轴向静止 间的移动距离及钻柱上下运动过程中钻柱相对移动距离，对应的钻柱运动环空 压力，根据上述信息，计算钻柱上下运动位置对应的静止环空压力及由于钻柱 上下运动所产生的环空压力波动，并求出最大环空压力波动。

所述仪器连续供电设备包括电池和涡轮发电机，在起下钻等停止钻井液循 环时，井下工具采用电池供电，循环钻井液时由涡轮发电机供电。

所述开停泵检测判断部件实时监测所述环空压力及其变化过程，记录最大 开泵环空压力点，最大开泵环空压力，实时测量在钻进过程中环空及柱内压力， 监测钻头压降及环空循环压耗变化情况，判断钻头压降(柱内压力与环空压力 之差)、环空循环压耗(开泵与停泵时的环空压力差)是否偏移正常趋势，并 通过MWD数据通讯工具上传到地面系统，并且，实时监测停泵过程环空压力及 其变化，记录停泵最小环空压力和稳定环空压力，开泵后通过MWD数据通讯工 具上传到地面系统。