一种针对钻井溢流与井漏的智能监控方法

1.一种针对钻井溢流与井漏的智能监控方法，在钻井现场部署有雷达液位计、压力传感器和声波传感器；位于远处的主控计算机同上述各传感器相连，报警设备和灌浆机同主控计算机相连；
其特征在于：
雷达液位计负责监测距液流口0米至M1米的深度；压力传感器监测距液流口M1米至M2米的深度；声波传感器监测距液流口大于M2米的深度；
如果钻机处于正常钻井状态，则主控计算机向雷达液位计发出激发指令，激发雷达液位计开始工作；如果钻机处于起钻状态，则首先激发压力传感器开始工作；相应的传感设备开始工作后，主控计算机将向其发送上传监测数据的指令；
如果当前工作的传感器为雷达液位计，并且主控计算机解析其上传的数据包后得到的实际液位H＜M1，则继续维持雷达液位计工作状态，否则，向雷达液位计发出指令使其待机，并激发压力传感器开始工作并向主控计算机发送上传监测数据的指令；
如果当前工作的传感器为压力传感器，并且主控计算机解析其上传的数据包后得到的实际液位H为M1≤H≤M2，则继续维持压力传感器的工作状态，否则，向压力传感器发出指令使其待机；此时，若H＞M2，则激发声波传感器工作并向其发送上传监测数据的指令，若H＜M1则激发雷达液位计工作并向其发送上传监测数据的指令；
如果当前工作的传感器为声波传感器，并且主控计算机解析其上传的数据包后得到的实际液位H＞M2，则继续维持声波传感器的工作状态，否则，向压力传感器发出指令使其待机，并激发压力传感器开始工作并向主控计算机发送上传监测数据的指令；
当主控计算机解析经传感器上传而来的数据包，得到实际液位H后，通过分析确定当前钻井作业中是否有事故发生；如果有事故发生，主控计算机将及时进行报警；同时，根据液位情况，向灌浆机发出指令，控制其开始或者停止灌浆操作；具体如下：
如果连续N次读取传感器数据失败，说明当前传感器与主控计算机的连接可能出现故障或设备出现故障，此时激发报警设备报警；其中，N为整数，取值不小于3；
将实际液位H与上一时刻t的液位H1比较，着H与H1之差的绝对值连续A次大于事先设定的阈值，说明液位变化过快，这种变化可能是溢流或井漏发生造成的，也有可能是设备出现故障，此时，主控计算机将激发报警；其中，A为整数，取值不小于3；
当实际液位H连续B次超出事先设定的预警阈值或报警阈值，说明液位异常，有可能发会发生溢流或井漏事故，此时，若只是超过预警阈值，表示液位接近异常，主控计算机激发报警设备报警1次，以提示施工人员保持关注；若超过了报警阈值，则持续报警，直到液位恢复正常；其中，B为整数，取值不小于3；
若实际液位H的值连续C次大于事先设定的开始灌浆阈值，则向灌浆机发送灌浆指令，控制灌浆机进行灌浆操作；若H的值连续D次小于停止灌浆阈值，则向灌浆机发送停止灌浆指令，控制灌浆机停止灌浆；其中，C、D均为整数，取值均不小于3。
2.如权利要求1所述的一种针对钻井溢流与井漏的智能监控方法，其特征在于：所述M1取值范围为0.8米-1.2米。
3.如权利要求1所述的一种针对钻井溢流与井漏的智能监控方法，其特征在于：所述M2取值范围为7.5米-8.5米。

一种针对钻井溢流与井漏的智能监控方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种针对钻井过程中的溢流与井漏事故进行自动监控的方法，属于钻井监控技术领域。\n背景技术\n[0002] 在石油钻井过程中，溢流和井漏属于多发事故。当地层孔隙压力大于井底压力时，地层孔隙中的液体会浸入井中，导致泥浆池液面上升造成溢流；如果地层中存在漏失通道和一定容纳空间，或者井筒液柱压力大于地层孔隙压力时，则会发生井漏现象。溢流和井漏的发生会给钻井作业带来很大的经济损失，并且极容易造成意外事故导致人员伤亡。\n[0003] 为减少由溢流和井漏所造成的损失，现有的解决方法主要是及早发现事故，以便及时采取补救措施，实现的关键依赖于溢流与井漏监控技术。现有的技术是监控钻井液在井眼环空的液面高度，例如通过声呐、雷达或者压力等传感器对其进行监测。这是由于当溢流和井漏发生时，井眼环空内的液面高度会出现异常变化。当溢流发生时，井眼环空液面会快速上升并溢出井口；当井漏发生时，井眼环空液面会下降至正常位置以下。但是，这样的监测技术只重视监测对象和对监测设备的选择，而对于传感器信息的综合利用和事故判断的研究却不够深入，例如专利号为200610112449.2的中国专利“井下液位监控系统及其监控方法”中使用声呐、雷达和压力三种传感器监测液位，其主要工作是给出了三种传感器的安装方案和液位监测方案，却没有给出综合利用传感器信息的方法和事故判断的方法。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的是在基本不改变现有硬件设备的基础上，提出一种针对钻井溢流与井漏的智能监控方法，通过综合利用传感器信息并结合合理的事故判断与报警流程，使钻井事故得以早期发现以利于及时处理，从而提高钻井过程的安全性以及自动化、信息化程度，很好地解决了油田钻井生产中的难题。\n[0005] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的。\n[0006] 现场设备包括安装在井口的三个液位传感器：(1)雷达液位计，用于监测正常钻井和液流发生时的液位；(2)压力传感器，用于监测起钻时的液位；(3)声波传感器，用于监测井漏发生后的液位。\n[0007] 位于远处的主控计算机同上述各传感器相连。各传感器测量到的数据传送给主控计算机后，主控计算机进行相应的数据处理与显示，并判断现场是否有事故发生，若有事故发生则进行报警。\n[0008] 报警设备同主控计算机相连，接收主控计算机发送的报警指令进行报警。\n[0009] 灌浆设备同主控计算机相连，接收主控计算机发出的灌浆指令。\n[0010] 处理方法及流程如下：\n[0011] 雷达液位计负责监测距液流口0米至M1米的深度，M1取值范围优选为0.8米-1.2米；压力传感器监测距液流口M1米至M2米的深度，M2取值范围优选为7.5米-8.5米；声波传感器监测距液流口大于M2米的深度；\n[0012] 如果钻机处于正常钻井状态，则主控计算机向雷达液位计发出激发指令，激发雷达液位计开始工作；如果钻机处于起钻状态，则首先激发压力传感器开始工作。相应的传感设备开始工作后，主控计算机将向其发送上传监测数据的指令。\n[0013] 如果当前工作的传感器为雷达液位计，并且主控计算机解析其上传的数据包后得到的实际液位H＜M1，则继续维持雷达液位计工作状态，否则，向雷达液位计发出指令使其待机，并激发压力传感器开始工作并向主控计算机发送上传监测数据的指令。\n[0014] 如果当前工作的传感器为压力传感器，并且主控计算机解析其上传的数据包后得到的实际液位H为M1≤H≤M2，则继续维持压力传感器的工作状态，否则，向压力传感器发出指令使其待机。此时，若H＞M2，则激发声波传感器工作并向其发送上传监测数据的指令，若H＜M1则激发雷达液位计工作并向其发送上传监测数据的指令。\n[0015] 如果当前工作的传感器为声波传感器，并且主控计算机解析其上传的数据包后得到的实际液位H＞M2，则继续维持声波传感器的工作状态，否则，向压力传感器发出指令使其待机，并激发压力传感器开始工作并向主控计算机发送上传监测数据的指令。\n[0016] 当主控计算机解析经传感器上传而来的数据包，得到实际液位H后，通过分析确定当前钻井作业中是否有事故发生。如果有事故发生，主控计算机将及时进行报警。同时，根据液位情况，向灌浆机发出指令，控制其开始或者停止灌浆操作。具体如下：\n[0017] 如果连续N次读取传感器数据失败，说明当前传感器与主控计算机的连接可能出现故障或设备出现故障，此时激发报警设备报警。其中，N为整数，取值不小于3，优选取3或4或5。\n[0018] 将实际液位H与上一时刻t的液位H1比较，若H与H1之差的绝对值连续A次大于事先设定的阈值，说明液位变化过快，这种变化有可能是溢流或井漏发生造成的，也有可能是设备出现故障，此时，主控计算机将激发报警。其中，A为整数，取值不小于3。\n[0019] 当实际液位H连续B次超出事先设定的预警阈值或报警阈值，说明液位异常，有可能会发生溢流或井漏事故，此时，若只是超过预警阈值，表示液位接近异常，主控计算机激发报警设备报警1次，以提示施工人员保持关注；若超过了报警阈值，则持续报警，直到液位恢复正常。其中，B为整数，取值不小于3。\n[0020] 若实际液位H的值连续C次大于事先设定的开始灌浆阈值，则向灌浆机发送灌浆指令，控制灌浆机进行灌浆操作；若H的值连续D次小于停止灌浆阈值，则向灌浆机发送停止灌浆指令，控制灌浆机停止灌浆。其中，C、D均为整数，取值均不小于3。\n[0021] 有益效果\n[0022] 本发明方法对比现有技术，具有以下优点。\n[0023] 1、事故判断和报警控制流程考虑充分，严谨合理，使事故报警更及时、准确，误报警的可能性更低。\n[0024] 2、综合利用多个传感器信息，不仅可以得到井眼内任何深度的液位信息，还可以充分发挥主控计算机能够处理多种信息的能力。\n[0025] 3、主控计算机采用智能化监控流程，可在无人监管的情况下稳定地进行自动监控工作。\n附图说明\n[0026] 图1是本发明方法所对应的监控系统硬件设备组成框图；\n[0027] 图2是本发明方法的自动监控流程图。\n具体实施方式\n[0028] 下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细说明。\n[0029] 下面以本方法应用在胜利油田石油钻井(井号2153)的现场监控过程为例，对本方法进行说明。\n[0030] 实施例\n[0031] 一种针对钻井溢流与井漏的智能监控方法，图1为本方法所对应的监控系统硬件设备组成框图，其中传感器1、传感器2和传感器3分别对应的是雷达液位计、压力传感器和声波传感器。\n[0032] 现场设备包括安装在井口的三个液位传感器：(1)雷达液位计，用于监测正常钻井和液流发生时的液位；(2)压力传感器，用于监测起钻时的液位；(3)声波传感器，用于监测井漏发生后的液位。其中，雷达液位计负责监测距液流口0米至1米的深度，压力传感器监测距液流口1米至8米的深度，声波传感器监测距液流口大于8米的深度。\n[0033] 位于远处的主控计算机通过RS232数据总线同上述各传感器相连。各传感器测量到的数据传送给主控计算机后，主控计算机进行相应的数据处理与显示，并判断现场是否有事故发生，若有事故发生则进行报警。\n[0034] 报警设备同主控计算机相连，接收主控计算机发送的报警指令进行报警。\n[0035] 系统监控流程如图2所示，当整个系统运行后，主控计算机自动与现场设备建立联系，如果出现与现场任何一个设备连接失败的情形，系统会发出设备报警信息，该信息与事故报警和异常报警的方式在声音上有所区别。如果连接成功，则开始接受来自现场传感器的液位数据，并保存在主控计算机的数据库和临时队列中。\n[0036] 如果钻机处于正常钻井状态，则主控计算机向雷达液位计发出激发指令，激发雷达液位计开始工作；如果钻机处于起钻状态，则首先激发压力传感器开始工作。相应的传感设备开始工作后，主控计算机将向其发送上传监测数据的指令。\n[0037] 如果当前工作的传感器为雷达液位计，并且主控计算机解析其上传的数据包后得到的实际液位H＜1，则继续维持雷达液位计工作状态，否则，向雷达液位计发出指令使其待机，并激发压力传感器开始工作并向主控计算机发送上传监测数据的指令。\n[0038] 如果当前工作的传感器为压力传感器，并且主控计算机解析其上传的数据包后得到的实际液位H为1≤H≤8，则继续维持压力传感器的工作状态，否则，向压力传感器发出指令使其待机。此时，若H＞8，则激发声波传感器工作并向其发送上传监测数据的指令，若H＜1则激发雷达液位计工作并向其发送上传监测数据的指令。\n[0039] 如果当前工作的传感器为声波传感器，并且主控计算机解析其上传的数据包后得到的实际液位H＞8，则继续维持声波传感器的工作状态，否则，向压力传感器发出指令使其待机，并激发压力传感器开始工作并向主控计算机发送上传监测数据的指令。\n[0040] 当主控计算机解析经传感器上传而来的数据包，得到实际液位H后，通过分析确定当前钻井作业中是否有事故发生。如果有事故发生，主控计算机将及时进行报警。同时，根据液位情况，向灌浆机发出指令，控制其开始或者停止灌浆操作。具体如下：\n[0041] 如果连续N次读取传感器数据失败，说明当前传感器与主控计算机的连接可能出现故障或设备出现故障，此时激发报警设备报警。其中，N为整数，取值不小于3，优选取3或4或5。此实施例中取N＝3.\n[0042] 将实际液位H与上一时刻t的液位H1比较，若H与H1之差的绝对值连续3次大于事先设定的阈值，说明液位变化过快，这种变化有可能是溢流或井漏发生造成的，也有可能是设备出现故障，此时，主控计算机将激发报警。\n[0043] 当实际液位H连续3次超出事先设定的预警阈值或报警阈值，说明液位异常，有可能会发生溢流或井漏事故，此时，若只是超过预警阈值，表示液位接近异常，主控计算机激发报警设备报警1次，以提示施工人员保持关注；若超过了报警阈值，则持续报警，直到液位恢复正常。\n[0044] 若实际液位H的值连续3次大于事先设定的开始灌浆阈值，则向灌浆机发送灌浆指令，控制灌浆机进行灌浆操作；若H的值连续3次小于停止灌浆阈值，则向灌浆机发送停止灌浆指令，控制灌浆机停止灌浆。\n[0045] 在进行事故判断的同时，系统可实时地绘制动态图像，以便监测人员更加直观地观察井内的状况。主控计算机可在不需人工干预的情况下自动读取数据、存储数据、分析数据、根据液位进行灌浆控制和在事故发生时进行实时报警。\n[0046] 本发明提出的技术方法已经用于石油钻井过程，实施效果满足生产要求。