[发明专利]卡钻的监测系统、方法及装置

摘要

一种卡钻的监测系统、方法及装置，属于石油钻井工程技术领域。系统初始化，载入层次分析法模型；输入当前井眼的设计数据；根据设计数据和当前实时工况，使用有限元计算方法计算钻柱上各个点的摩阻和扭矩，并叠加计算出大勾载荷和转盘扭矩的预测值；将实时综合录井数据中的转盘扭矩和大勾载荷与预测值相比较，若超过预测值一定范围，则发出预警，并将异常差值归一化后传入卡钻类型分析模块；根据预先录入的卡钻分析模型及各底层元素的隶属度，计算各不同种类卡钻事故发生的概率大小，以判断卡钻事故的类型。本发明对复杂井钻井施工过程进行监测，将实时获取的大勾载荷、转盘扭矩与模型计算值进行对比，对卡钻事故的发生作出准确判断和预警。

主权项

一种卡钻的监测系统，其特征在于包括：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，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，其中，所述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；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和当前钻具组合参数，计算并输出卡点的深度，其中，所述卡点测量方式包括：拉伸法或扭转法，所述当前钻具组合参数包括：各段长度、截面大小、弹性模量；震击器解卡参数计算模块根据钻具组合数据、震击器参数和当前泵压，计算启动震击器需要的大勾载荷，其中，所述钻具组合数据包括：钻杆最大屈服强度，所述震击器参数包括：震击器以上钻柱悬重、钻柱摩擦力、标定释放力；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；倒扣施工计算模块从数据支持模块获取系统数据，通过有限元钻柱力学计算，输出要在相应位置倒开钻具所需要的配置的大钩悬重；倒划眼施工计算模块在倒划眼施工时，根据转盘转速和大勾载荷，使用有限元方法计算钻柱受力，若钻柱受力接近极限，则发出报警，保证倒划眼施工安全进行，防止钻具失效的情况发生。