一种利用时间分配法定位钻井微芯片示踪器深度的方法
【专利摘要】本发明属于石油勘探开发领域。尤其是对于钻井微芯片示踪器进行深度确定的方法。所述示踪器随钻井液的流动而运动，本发明是用时间分配法进行钻井示踪器的深度定位，所述方法先确定示踪器自井底至地面所需时间；再按照环空不同将全井分为若干井段；然后计算出每个井段的环空体积，并计算出每个井段环空体积占环空总体积的百分比；将示踪器自井底至地面所需时间按照该比例进行分配；针对每个井段，将示踪器的运动距离按时间进行分配；最终得出不同时间示踪器的深度。该发明能够及时发现井涌、井漏、钻具摩擦井壁、钻具刺穿等钻井异常事故，提高钻井效率，及时发现及评价油气储层。
【专利说明】-种利用时间分配法定位钻井微芯片示踪器深度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油勘探开发领域。涉及在钻井中为了提高钻井效率和保障钻井安全 检测井筒温度和压力的研究方向，尤其是对于钻井微芯片示踪器进行深度确定的方法。
【背景技术】
[0002] ①钻井参数测量对保障钻井安全具有重要的作用
[0003] 石油钻井是一项高风险的行业，在钻井过程中，如果发生钻井事故，轻则造成财产 损失，重则造成人员伤亡。随着井深的增加，特别是各种分支井、水平井的开发，钻井事故及 复杂情况的发生率越来越高。每年国内各大油田都不同程度地发生井涌、井漏等钻井工程 事故，而这些事故与钻井工程参数的变化密切相关。因此，实时监测钻井工程参数的变化可 以有效地防止此类事故的发生。
[0004] ②温度和压力是石油钻井最重要的两项参数
[0005] 钻井液温度和压力是钻井工程中的两项重要的基础数据。地层的温度压力能够反 映出钻机的工作状态及地层的物性等特征。对整个井筒的温度、压力进行实时监测，建立随 钻采集的温度、压力剖面对钻井工程的提速提效和安全钻井有着重要的意义。
[0006] ③常规技术无法快速采集上部井眼的温度压力参数
[0007] 当前的温度参数的采集一般有两种方式，一种是地面采集，一种是近钻头处采集。 在地面采集时，由于钻井液的运移，所采集的温度参数误差较大，且不能反映井筒内某点的 温度参数。采用近钻头处的采集处采集时，只能采集钻头位置附近的参数。所以，所以，无论 是地面采集，还是近钻头处采集，都不能采集上部井眼的温度压力参数，缺少对整个井筒的 参数的动态变化。随钻井深的不断增加，钻井液密度的变化，井筒全立体的监测尤其重要。
[0008] ④采集的温度压力参数没有进行深度定位
[0009] 目前，国内外开始了相关研究，设计出能够用于实时快速检测井筒温度和压力的 数据采集系统一微芯片流体示踪器，图1为示踪器示意图(粉色小圆圈为示踪器)。该示踪 器的工作原理是，在钻井过程中，示踪器从地面进入钻杆内，通过钻井液循环，到达井底后 从钻头的水眼进入环空区域，并随着环空钻井液上返至地面，最后被地面的特殊装置俘获。 示踪器在运动过程中实时连续采集井筒内温度和压力参数。该示踪器除记录了温度、压力 参数外，还记录了时间参数，但没有记录井深参数。井身参数是评价井筒内温度压力最直接 的参数，需要将时间参数转化为井深参数，用来准确评价不同井深的温度、压力。目前，国内 外都没有解决该示踪器在井内深度定位问题。由于钻井工程师不关心钻杆内的温度压力参 数变化，更关心环空温度压力参数的变化，所以在本专利中，只考虑示踪器在环空内的深度 定位。
【发明内容】
[0010] 本发明为了解决现有技术中对示踪器深度无法准确确定和评价的技术问题，即现 有技术中，示踪器在井内运动时，只采集了时间信息，没有采集井深信息，
[0011] 本发明研发了一种利用时间分配法定位钻井微芯片示踪器深度的方法，是将时间 信息与井身结构信息相结合，转化为井深信息，用于监测不同井深处参数的变化，及时制定 施工措施。
[0012] 本发明的基本研发思路为：所述示踪器随钻井液的流动而运动，定位所述示踪器 井筒深度的方法是按照环空大小不同，将全井分段，示踪器在环空运动的运动时，其运动速 度与环空面积成反比，按照每个井段的环空面积及相应的井段长度对示踪器上返时间进行 分配，即根据各井段环空体积与全井环空体积的比值得到在该井段内示踪器的上返时间； 并根据示踪器在该井段内的上返移动距离，最终获取示踪器在该井段的深度位置，从而实 现定位示踪器深度。见图2.
[0013] 本发明的技术方案为，
[0014] 一种利用时间分配法定位钻井微芯片示踪器深度的方法，所述示踪器由钻井液携 带进入钻杆内，至井底后沿井环空内上返回地面，所述示踪器用于实时快速检测井筒温度 和压力并进行数据采集；示踪器在井底时，其温度和压力最大；
[0015] 所述示踪器随钻井液的流动而运动，定位所述示踪器井筒深度的方法是按照环空 大小不同，将全井分段，示踪器在环空运动的运动时，其运动速度与环空面积成反比，按照 每个井段的环空面积及相应的井段长度对示踪器上返时间进行分配，即根据各井段环空体 积与全井环空体积的比值得到在该井段内示踪器的上返时间；并根据示踪器在该井段内的 上返移动距离，最终获取示踪器在该井段的深度位置，从而实现定位示踪器深度。
[0016] 由于环空面积的不同将对该井段示踪器上返的时间等造成影响，因此需要先针对 各井段中不同环空内、外径进行区分，所述按照井筒环空内、外径尺寸不同将全井分段，即 按照环空面积的不同对全井进行分段，即同一环空尺寸的井段为同一井段；
[0017] 且提取各井段的井内物理参数，包括：内径，外径和各井段高度。
[0018] 为了标定示踪器的上返时间和距离，需要获取示踪器自井底返至地面所需的时 间，所述示踪器到达地面的时间减去示踪器在井底的时间，即为示踪器自井底返至地面所 需的时间，记为T，T = Tb-Ta。
[0019] 根据各个井段不同的环空面积，计算环空体积占环空总体积的比值；即先计算得 到各个井段的环空体积，再得到各井段环空体积占环空总体积的比值。
[0020] 分配所述示踪器在各个井段内的上返时间，即各井段环空体积与环空总体积的比 值乘以示踪器自井底返至地面所需的时间T，为示踪器在各个井段的上返时间。
[0021] 确定所述示踪器在各个井段内的上返移动距离，并得到示踪器在某时刻的深度。
[0022] 如图2，本发明时间分配法定位所述示踪器深度的方法步骤包括：
[0023] ①确定示踪器自井底返至地面所需的时间步骤：
[0024] 先确定示踪器在井底的时间：示踪器进入井内开始计时，至示踪器返至地面停止 计时；所以示踪器温度压力最大值所对应的时间即为示踪器在井底的时间，记为Ta ；
[0025] 再确定示踪器到达地面的时间：示踪器到达地面后，随即被地面接收设备捕获，示 踪器被捕获的时间即为示踪器到达地面的时间，记为Tb ;见图5
[0026] 确定示踪器自井底返至地面所需的时间：示踪器到达地面的时间，减去示踪器从 井口至井底的时间，即为示踪器自井底返至地面所需的时间，记为τ，T = Tb-Ta ；
[0027] ②分配井段步骤：按照环空内外径的不同，将全井分为若干井段，全井眼总长度为 H，即Η = hi+h2+......+hn。每个井段环空内外径、长度分别为屯為、!^ ;d2、D2、h2 ;……，dn、 Dn、hnn=l，2, 3,......；
[0028] ③计算每个井段的环空体积步骤：
【权利要求】
1. 一种利用时间分配法定位钻井微芯片示踪器深度的方法，其特征在于， 所述示踪器由钻井液携带进入钻杆内，至井底后沿井环空上返回地面，所述示踪器用 于实时快速检测井筒温度和压力并进行数据采集；示踪器在井底时，其温度和压力最大； 所述示踪器随钻井液的流动而运动，定位所述示踪器井筒深度的方法是按照环空大小 不同，将全井分段，示踪器在环空运动的运动时，其运动速度与环空面积成反比，按照每个 井段的环空面积及相应的井段长度对示踪器上返时间进行分配，即根据各井段环空体积与 全井环空体积的比值得到在该井段内示踪器的上返时间；并根据示踪器在该井段内的上返 移动距离，最终获取示踪器在该井段的深度位置，从而实现定位示踪器深度。
2. 根据权利要求1所述的一种利用时间分配法定位钻井微芯片示踪器深度的方法，其 特征在于， 所述按照井筒环空内、外径尺寸不同将全井分段，即按照环空面积的不同对全井进行 分段，即同一环空尺寸的井段为同一井段； 且提取各井段的井内物理参数，包括：内径，外径和各井段高度。
3. 根据权利要求2所述的一种利用时间分配法定位钻井微芯片示踪器深度的方法，其 特征在于， 获取示踪器自井底返至地面所需的时间：所述示踪器到达地面的时间Tb减去示踪器在 井底的时间Ta，即为示踪器自井底返至地面所需的时间，记为T，T = Tb-Ta。
4. 根据权利要求2所述的一种利用时间分配法定位钻井微芯片示踪器深度的方法，其 特征在于， 根据各个井段不同的环空面积，计算环空体积占环空总体积的比值；即先计算各个井 段的环空体积，再得到各井段环空体积占环空总体积的比值。
5. 根据权利要求3或4所述的一种利用时间分配法定位钻井微芯片示踪器深度的方 法，其特征在于， 分配所述示踪器在各个井段内的上返时间，即各井段环空体积与环空总体积的比值乘 以示踪器自井底返至地面所需的时间T，为示踪器在各个井段的上返时间。
6. 根据权利要求5所述的一种利用时间分配法定位钻井微芯片示踪器深度的方法，其 特征在于， 确定所述示踪器在各个井段内的上返移动距离，并得到示踪器在某时刻的深度。
7. 根据权利要求1或2所述的一种利用时间分配法定位钻井微芯片示踪器深度的方 法，其特征在于， 时间分配法定位所述示踪器深度的方法步骤包括： ① 确定示踪器自井底返至地面所需的时间步骤： 先确定示踪器在井底的时间：示踪器进入井内开始计时，至示踪器返至地面停止计时； 所以示踪器温度压力最大值所对应的时间即为示踪器在井底的时间，记为Ta ; 再确定示踪器到达地面的时间：示踪器到达地面后，随即被地面接收设备捕获，示踪器 被捕获的时间即为示踪器到达地面的时间，记为Tb ; 确定示踪器自井底返至地面所需的时间：示踪器到达地面的时间，减去示踪器从井口 至井底的时间，即为示踪器自井底返至地面所需的时间，记为T，T = Tb-Ta ; ② 分配井段步骤：按照环空内外径的不同，将全井分为若干井段，全井眼总长度为H， 即H = 1^+1^+......+hn。每个井段环空内外径、长度分别为;d2、D2、h 2 ; ......，dn、 Dn、hnn=l，2, 3,......； ③ 计算每个井段的环空体积步骤：
4井段环空体积为 h2井段环空体积为 匕井段环空体积为 …… ④ 计算每个井段环空体积占环空总体积的比值步骤：
4井段环空体积所占比重为： h2井段环空体积所占比重为： hn井段环空体积所占比重为： ⑤ 根据步骤④的比例分配示踪器上返时间步骤： 4井段内，示踪器的上行时间为= kj h2井段内，示踪器的上行时间为T2 = k2T hn井段内，示踪器的上行时间为Tn = knT
⑥ 分配示踪器在各个井段内运动距离步骤： 凡时刻示踪器在h井段内移动的距离为 凡时刻示踪器在h2井段内移动的距离为 凡时刻示踪器在hn井段内移动的距离为 ⑦ 确定某一时间示踪器的深度步骤：
4井段内，?\时刻示踪器的位置为 h2井段内，?\时刻示踪器的位置为 hn井段内，示踪器的上行时间为
【文档编号】E21B47/04GK104047592SQ201310082988
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年3月15日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】杨明清, 张卫, 陆黄生, 吴海燕, 廖东良, 朱祖扬 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院