一种避免油气钻井相邻井眼碰撞的预警方法及系统.pdf

本发明涉及一种避免油气钻井相邻井眼碰撞的预警方法及系统，本发明预警方法包括以下步骤：(1)分别在正钻井和可能发生碰撞的邻井套管上安装加速度传感器；(2)对各加速度传感器感应的振动信号进行处理，并发送给同步数据采集仪；(3)同步数据采集仪实时、同步采集各速度传感器的振动数据，并发送给计算机；(4)通过计算机嵌入的振动数据分析软件对振动数据进行分析判断是否具有井眼碰撞危险；(5)根据分析判断结果，启动报警系统。本发明可以最终判定出哪一个邻井具有被碰撞的风险，并及时报警，从而有效地降低了钻穿邻井套管的风险。本发明可以广泛用于各种油气钻井过程中。

1、  一种避免油气钻井相邻井眼碰撞的预警方法，其包括以下步骤：
(1)分别在正钻井和可能发生碰撞的邻井套管上安装加速度传感器；
(2)对各加速度传感器感应的振动信号进行处理，并发送给同步数据采集仪；
(3)同步数据采集仪实时、同步采集各加速度传感器的振动数据，并发送给计算机；
(4)通过计算机嵌入的振动数据分析软件对振动数据进行分析判断是否具有井眼碰撞危险；
(5)根据分析判断结果，启动报警系统。

2、  如权利要求1所述的一种避免油气钻井相邻井眼碰撞的预警方法，其特征在于：其中步骤(3)中对各传感器感应的振动信号进行处理包括采用电荷放大器对信号进行滤波和放大。

3、  如权利要求1或2所述的一种避免油气钻井相邻井眼碰撞的预警方法，其特征在于：其中步骤(4)中振动数据分析软件的分析判断过程包括：
①通道选择，确定需要测定的邻井数量，根据振动的频率、波长和振幅的一致性与相似度判断是否是正钻井钻头冲击引起的振动；
②确定每一个数据文件的记录长度、数据的采样速率，报警设置，数据存储设置；
③启动数据采集，将所采集的数字信号进行小波分级滤波处理，对经过滤波处理的采集数据进行相位分析、振幅分析、频谱分析和能量分析，判断并找出正钻井与各邻井的趋近关系；
④存储数据，并根据报警设置判断是否需要报警，如果检测结果超出了报警设置规定的限度，输出报警信息，如果检测结果正常，将通过显示器输出趋势预测。

4、  一种实现如权利要求1～3所述方法的避免油气钻井相邻井眼碰撞的预警系统，其特征在于：它包括分别安装在一正钻井和若干邻井的套管上的加速度传感器，各所述加速度传感器分别通过一导线连接一具有带通滤波功能的电荷放大器，所述电荷放大器通过导线与一同步数据采集仪连接，所述同步数据采集仪连接一安装有振动数据分析软件的计算机。

5、  如权利要求4所述的一种避免油气钻井相邻井眼碰撞的预警系统，其特征在于：所述同步数据采集仪与所述计算机通过电缆线连接。

6、  如权利要求4所述的一种避免油气钻井相邻井眼碰撞的预警系统，其特征在于：所述同步数据采集仪和计算机分别通过一导线连接一无线接入点，每一无线接入点分别设置有一天线，所述同步数据采集仪与所述计算机通过无线通讯信号连接。

7、  如权利要求4所述的一种避免油气钻井相邻井眼碰撞的预警系统，其特征在于：所述邻井套管上的加速度传感器分为两组，每一组所述加速度传感器分别通过一所述电荷放大器连接一同步数据采集仪，每一所述同步数据采集仪和所述计算机分别通过一导线连接一无线接入点，每一所述无线接入点分别设置一天线，各所述同步数据采集仪分别与所述计算机通过无线通讯信号连接。

8、  如权利要求4所述的一种避免油气钻井相邻井眼碰撞的预警系统，其特征在于：所述邻井套管上的加速度传感器分为两组以上，每一组所述加速度传感器分别通过一所述电荷放大器连接一同步数据采集仪，每一所述同步数据采集仪和所述计算机分别通过一导线连接一无线接入点，每一所述无线接入点分别设置一天线，各所述同步数据采集仪分别与所述计算机通过无线通讯信号连接。

一种避免油气钻井相邻井眼碰撞的预警方法及系统
技术领域
本发明涉及一种碰撞预警方法及系统，特别是关于一种避免油气钻井相邻井眼碰撞的预警方法及系统。
背景技术
随着油气田开发对调整井钻井需求的增大，加密井防碰问题日益突出。某些情况下，防碰问题已经制约了钻完井作业的顺利进行。如果钻井过程中，没有及时发现钻头已经接近或钻到了邻井的井筒，就有在较短时间内钻穿邻井套管的可能，从而造成很大乃至极大的经济损失。目前可以使用的防碰监测技术主要有两类。一类是依赖井下电磁测量，通过探测邻井套管对电磁场的影响判断与邻井的距离。该技术需要在停止邻井生产的条件下进行电测井作业，既影响生产又费用昂贵。第二类是通过人工监听，根据钻井实际中的防碰经验，井眼相碰时被碰井套管将产生振动并传递到地面，采用人工监听的方法可以判断是否发生井眼相碰。采用这种方法受到作业条件、作业环境和监听者的经验及责任心影响，实际实施难度极大，不能实现有效的连续监测。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种油气钻井过程中防止钻到邻井套管造成井筒故障，不受作业条件及作业环境的影响，能实现有效连续监测的避免油气钻井相邻井眼碰撞的预警方法及系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种避免油气钻井相邻井眼碰撞的预警方法，其包括以下步骤：(1)分别在正钻井和可能发生碰撞的邻井套管上安装加速度传感器；(2)对各加速度传感器感应的振动信号进行处理，并发送给同步数据采集仪；(3)同步数据采集仪实时、同步采集各加速度传感器的振动数据，并发送给计算机；(4)通过计算机嵌入的振动数据分析软件对振动数据进行分析判断是否具有井眼碰撞危险；(5)根据分析判断结果，启动报警系统。
其中步骤(3)中对各传感器感应的振动信号进行处理包括采用电荷放大器对信号进行滤波和放大。
其中步骤(4)中振动数据分析软件的分析判断过程包括：①通道选择，确定需要测定的邻井数量，根据振动的频率、波长和振幅的一致性与相似度判断是否是正钻井钻头冲击引起的振动；②确定每一个数据文件的记录长度、数据的采样速率，报警设置，数据存储设置；③启动数据采集，将所采集的数字信号进行小波分级滤波处理，对经过滤波处理的采集数据进行相位分析、振幅分析、频谱分析和能量分析，判断并找出正钻井与各邻井的趋近关系；④存储数据，并根据报警设置判断是否需要报警，如果检测结果超出了报警设置规定的限度，输出报警信息，如果检测结果正常，将通过显示器输出趋势预测。
一种实现上述方法的避免油气钻井相邻井眼碰撞的预警系统，其特征在于：它包括分别安装在一正钻井和若干邻井的套管上的加速度传感器，各所述加速度传感器分别通过一导线连接一具有带通滤波功能的电荷放大器，所述电荷放大器通过导线与一同步数据采集仪连接，所述同步数据采集仪连接一计算机。
所述同步数据采集仪与所述计算机通过电缆线连接。
所述同步数据采集仪和计算机分别通过一导线连接一无线接入点，每一无线接入点分别设置有一天线，所述同步数据采集仪与所述计算机通过无线通讯信号连接。
所述邻井套管上的加速度传感器分为两组或两组以上，每一组所述加速度传感器分别通过一所述电荷放大器连接一同步数据采集仪，每一所述同步数据采集仪和所述计算机分别通过一导线连接一无线接入点，每一所述无线接入点分别设置一天线，各所述同步数据采集仪分别与所述计算机通过无线通讯信号连接。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明方法根据正施工钻头及工具的冲击运动会引起井筒附近地层的岩石、水泥环及套管振动的物理特性，利用设置在正钻井和有被碰撞危险的邻井套管上的加速度传感器收集振动信号，由同步数据采集仪同步、实时地采集该振动数据，并传输给计算机，通过嵌入计算机系统中的振动数据分析判断软件对其进行分析计算，最终判定出哪一个邻井具有被碰撞的风险，并及时报警，从而有效地降低了钻穿邻井套管的风险。2、本发明装置设置在各套管上的加速度传感器、同步数据采集仪、计算机等设备都可以购买现成产品，不但结构简单，成本低，安装使用都非常方便。3、本发明计算机软件是根据常规振动传播的物理特性进行各项分析判断，因此技术成熟，准确性高，使用十分安全可靠。4、本发明操作过程中不受作业条件及作业环境的影响，无需停止邻井生产，能实现有效的实时、同步、连续监测。5、本发明不但可以实现单平台检测，而且可以通过无线传输方式，利用一台计算机实现双平台或多平台检测。本发明可以广泛用于各种油气钻井过程中。
附图说明
图1是本发明单平台结构示意图
图2是本发明井眼预警距离预测原理示意图
图3是本发明振动数据分析软件程序框图
图4是本发明无线通讯的双平台结构示意图
具体实施方式
下面结合附图及实施例，对本发明进行详细的描述。
井下工具如钻头或井下冲击工具的转动、冲击、切削、蹩跳等动作都会引起周围岩石的冲击振动，这种振动会在地层和套管中传播，采用本发明提出的技术方案，可以检测到这些信号，并根据这些信号进行分析判断。
名称定义：
1、正钻井-正在进行钻井施工的井。
2、邻井-正钻井周围已完工的存在被钻头碰撞风险的已钻井。
3、套管-包括普通套管、隔水导管，或其它钢制井筒等，为叙述方便通称为套管。
实施例一
如图1所示，本实施例为一单平台碰撞预警系统，本发明在正钻井1和邻井2、3、4(仅以三个邻井为例，但不限于此)的套管11、21、31、41上分别设置一加速度传感器12、22、32、42，通过各加速度传感器12、22、32、42可以得到各套管的振动频率、波长和振幅等物理特征。将各加速度传感器12、22、32、42分别通过一导线连接一电荷放大器5的输入端，电荷放大器5具有带通滤波功能。电荷放大器5的输出端通过导线与一同步数据采集仪6连接，同步数据采集仪6通过导线与一计算机7连接。
由于套管11、21、31、41与附近岩石、水泥环等相比密度大，更有利于振动波的传播，因此当正钻井1的钻头正常钻进时，邻井2、3、4套管上加速度传感器22、32、42所感应到的振动特征与正钻井1套管上的加速度传感器12所感应的振动特征有一定关系，而当钻头越靠近邻井2、3、4时，通过岩石和水泥环传送到邻井套管21、31、41上的振动特征受正钻井1套管上的加速度传感器12所感应的振动特征的影响程度会显著增强。
本发明方法是通过安装在各套管11、21、31、41上的加速度传感器12、22、32、42和同步数据采集仪6，同步、实时检测由于钻头冲击引起的各套管11、21、31、41的振动信号，并将数据输送给计算机7，通过安装在计算机中的振动数据分析软件对振动信号进行分析判断。
如图2、图3所示，本发明中的振动数据分析软件对振动信号的分析判断过程包括：
1、通道选择，确定需要测定的邻井数量，判断是否是正钻井钻头冲击引起的振动，其判断方法可以根据振动的频率、波长和振幅的一致性与相似度判断。
2、当确定是正钻井钻头引起的振动信号后，选择确定每一个数据文件的记录长度(即采样长度)、单位时间采集的数据点数(即采样速率)，定义启动报警信号的阀值(即报警设置)，设置数据手动或自动存储方式(即存储设置)；
3、启动数据采集，将所采集的数字信号进行小波分级滤波处理，对经过滤波处理的采集数据进行相位分析、振幅分析、频谱分析和能量分析，判断并找出正钻井与各邻井的趋近关系；
4、进行数据存储，判断选择处理结果是否超限，存储采集数据以备后续分析应用，如果处理结果超出了报警设置规定的限度，输出报警指令给声光报警器，如果检测结果正常，软件将通过显示器输出趋势预测。
本发明趋势预测的检测原理是根据正钻井1振动信号随时间变化的曲线1’和某邻井振动信号随时间变化的曲线2’，通过软件分析得出正钻井与某邻井振动信号特征点的时间差S，再根据振动波在不同介质中的传播速度计算出被检测点之间的相对距离。
实施例二
本实施例为一无线通讯的单平台碰撞预警系统(如图4上半部分所示)，其与实施例1的不同之处是：同步数据采集仪6不是通过导线连接计算机7，而是由同步数据采集仪6连接一无线接入点8，无线接入点8上设置有天线81，计算机7也通过另以导线连接另一无线接入点9，无线接入点9上连接有另一天线91。同步数据采集仪6与计算机7通过无线通讯方式连接。
实施例三
本实施例为一无线通讯的双平台碰撞预警系统(如图4所示)，在正钻井1周围除需预警的邻井2、3、4以外，还存在四个邻井101、102、103、104，本实施例是将这四个邻井101、102、103、104作为另一个预警平台。在邻井101、102、103、104的套管111、112、113、114上分别设置一加速度传感器121、122、123、124，通过各加速度传感器121、122、123、124可以检测到各套管111、112、113、114的振动信号。将各加速度传感器121、122、123、124也分别通过一导线连接一电荷放大器5’的输入端，电荷放大器5’具有带通滤波功能。电荷放大器5’的输出端通过导线与另一同步数据采集仪6’连接，同步数据采集仪6’通过导线与一另无线接入点8’连接，无线接入点8’上连接有一天线81’。计算机7同时通过无线接入点9和天线91，采集由两个无线接入点8和8’发送的同步数据信号，实现第一平台、第二平台与计算机7数据的无线通讯。
本发明对于距离较近可以实现电缆连接的平台，可实施单平台方案，对于距离较远、通过电缆连接受限的井眼，可实施无线通讯的单平台、双平台或多平台方案，本发明多平台的预警系统可以参照双平台扩展。
本发明方法利用安装在可能发生碰撞的邻井套管上的加速度传感器，同步检测邻井井筒的振动信号，实时检测可能因钻头及工具的冲击运动引起井筒附近地层的岩石、水泥环或套管振动；利用采集仪采集由加速度传感器检测到的信号，并传输到计算机，通过嵌入系统中的计算机软件，利用对信号的分级滤波、相关计算、频谱分析等分析计算方法，对振动信号进行实时分析、处理，根据不同通道信号的相位差、谱段能量变化分析判断钻头的位置及碰撞到被测井筒套管的可能，当被测点有被碰撞的危险时，及时发出声光报警信号，使报警装置报警。