油气井钻井过程中溢流在线综合监测与预警方法
【专利摘要】本发明公开了一种油气井钻井过程中溢流在线综合监测与预警方法，选择现场可获取的溢流特征参数，当判断系统中有训练好的贝叶斯模型可用时，将溢流特征参数输入训练好的贝叶斯模型进行溢流判别；若没有，则用基于事先确定好判别规则的专家系统进行溢流判别；以概率的形式给出最终的溢流判别结果并显示；若判断有溢流发生，则将相应的特征向量写入溢流特征数据库，对贝叶斯模型进行训练，更新贝叶斯模型；本方法将地面监测与井下监测相结合，以监测地层压力变化为基础，同时，结合钻井液出口流量参数与综合录井参数进行综合判断，提早发现并准确预报溢流，解决当前溢流监测与识别方法存在的实时性及可靠性较差的问题。
【专利说明】油气井钻井过程中溢流在线综合监测与预警方法
【技术领域】
[0001]本发明属于石油天然气钻井工程中的生产安全监控【技术领域】，尤其涉及一种油气井钻井过程中溢流在线综合监测与预警方法，可应用于油气井钻井过程中对溢流进行及时、准确地监测与预警。
【背景技术】
[0002]在钻井过程中，当钻遇地层的压力高于井筒钻井液柱压力时，便会出现溢流。溢流是井喷的先兆，通过及时地发现溢流，可以避免井喷事故，减轻压井作业对井下油气层的伤害。因此，优化溢流监测方法，提高预警能力，提高监测的实时性与准确性，对实现安全、高效、经济钻井具有重要意义。
[0003]目前，国内外大都采用监测泥浆池液面变化以及微流量监测技术对钻井过程中的溢流进行监测，达到预防井喷的目的。液面监测主要采用作业人员坐岗监测和钻井液液位监测仪，人员坐岗监测虽然准确，但不可靠；液位监测仪会因钻井液结垢而导致错报和误报。即便监测数据准确，地面监测的参数与实际的地层流体进入井筒时的参数之间存在着较大的差别，有一定的时间滞后，当地面泥浆池液面变化达到一定高度时，实际井筒内的溢流已经十分严重，井喷预测缺乏实时性。
[0004]与此相比，微流量监测技术能够较早地发现溢流，但该技术需要对现有设备进行改造，成本较高，降低了其适用性。而且这两种溢流监测方法所用参数均为地面采集，不能判断早期溢流的发生。而在天然气钻井过程中，从泥浆池液面出现变化到发生井喷的时间较短，大多数井从发现溢流到井喷时间只有5-10分钟，有的只有2分钟，甚至有的溢流和井喷同时发生，根本就没有应急处理的时间。因此，如何及早地发现、准确地预报溢流，成为钻井工程领域中一个迫切需要解决的问题。
【发明内容】
[0005]针对上述缺陷，本发明提供了一种油气井钻井过程中溢流在线综合监测与预警方法，将地面监测与井下监测相结合，以监测地层压力变化为基础，同时，结合钻井液出口流量参数与综合录井参数进行综合判断，提早发现并准确预报溢流，解决当前溢流监测方法存在的实时性及可靠性较差的问题。
[0006]为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:
[0007]一种油气井钻井过程中溢流在线综合监测与预警方法，包括如下步骤:
[0008](A)溢流特征参数确定:选择现场可获取的能够直接、及时、准确反映溢流现象的溢流特征参数；
[0009](B)判断系统中有无训练好的贝叶斯模型可用，若有，则转到步骤C ;否则，转到步骤D;
[0010](C)采用基于训练好的贝叶斯模型的溢流判别方法进行溢流识别；
[0011](Cl)对所选溢流特征参数进行实时采集；[0012](C2)利用获取的溢流特征参数，按照规则构成特征向量，输入训练好的贝叶斯模型进行溢流判别；
[0013](C3)以概率的形式给出最终的溢流判别结果；若判定有溢流发生，则将相应的特征向量写入溢流特征数据库，对训练好的贝叶斯模型进行重新训练，更新训练好的贝叶斯模型；
[0014](C4)显示溢流结果，转到步骤(Cl)，重复执行步骤(Cl) — (C4)；
[0015](D)采用基于专家系统的溢流判别方法进行溢流识别；
[0016](Dl)对所选溢流特征参数进行实时采集；
[0017](D2)利用获取的溢流特征参数，基于事先确定好判别规则的专家系统进行溢流判别；
[0018](D3)以概率的形式给出最终的溢流判别结果；若判定有溢流发生，则将相应的特征向量写入溢流特征数据库，对贝叶斯模型进行训练，更新贝叶斯模型；
[0019](D4)显示溢流结果,转到步骤(Dl),重复执行步骤(Dl) —(D4)。
[0020]进一步，步骤(A)、(Cl)、(C2)、(Dl)、(D2)中所述溢流特征参数根据井场实际施工条件选择，为随钻压力测量工具测量的井底环空压力与井底流体温度参数、钻井液出口处由科氏流量计测量的出口流量参数以及综合录井仪获取的相关录井参数的组合；或为随钻压力测量工具测量的井底环空压力与井底流体温度参数及综合录井仪获取的相关录井参数的组合；或为随钻压力测量工具测量的井底环空压力与井底流体温度参数及钻井液出口处由科氏流量计测量的出口流量参数的组合；或者是钻井液出口处由科氏流量计测量的出口流量参数与综合录井仪获取的相关录井参数的组合。
[0021]进一步，科氏流量计安装于节流管汇支路上。
[0022]进一步，综合录井仪获取的相关录井参数包括大钩负荷与立管压力。
[0023]进一步，步骤(B)中，所述训练好的贝叶斯模型，是指溢流在线综合监测与预警方法在使用前，根据大量溢流井数据建立了溢流特征数据库，利用这些数据对贝叶斯模型进行训练得到；该训练好的贝叶斯模型是步骤(C)中采用基于训练好的贝叶斯模型进行溢流判别的基础。
[0024]进一步，步骤(C2)中所述按照规则构成特征向量，此处的规则是指根据现场设备的信号采集速率与传输速率，将取自不同时间的溢流特征参数校正至同一时间；特征向量取溢流发生时各参数的变化量或与理论计算值之间的差值。
[0025]进一步，步骤(C3)中所述溢流判别的判定依据是训练好的贝叶斯模型给出的概率大于预设的阈值；所述更新训练好的贝叶斯模型，是贝叶斯模型的一种自学习方法。
[0026]进一步，步骤(C3)中溢流判别结果的概率值由贝叶斯公式给出。
[0027]进一步，步骤(D2)中所述事先确定好规则的专家系统，是指由下列判别规则中最少三种规则组合成的专家系统，各规则逐条依次顺序判别；每种组合中，给不同的规则设置不同的概率:
[0028](I)随钻压力测量工具测量的井底环空压力与应用钻井流体水力学模型计算的井底压力之差大于预设阈值；
[0029](2)随钻压力测量工具测量的井底流体温度与利用地温梯度计算的井底温度之差大于预设阈值；[0030](3)科氏流量计测量的钻井液出口流量与理论计算的钻井液入口流量之间的差值大于预设阈值；
[0031](4)大钩负荷增加量超过预设阈值；
[0032](5)立管压力减少量超过预设阈值。
[0033]进一步，步骤(D3)中溢流判别结果的概率值由各条规则的概率组合得出。
[0034]本发明的溢流在线综合监测与预警方法，其优势在于:
[0035](I)以监测井底环空压力、井底流体温度的变化为基础，在溢流还未引起地面参数的变化时，提早发现井喷先兆，提高井喷预警的实时性；
[0036](2)结合钻井液出口流量参数与综合录井参数，从地面监测与井底监测两个方面对溢流发生进行综合判断，提高溢流监测与预警的准确性与可靠性；
[0037](3)利用基于贝叶斯模型的溢流判别方法和基于专家系统的溢流判别方法，能够降低干扰的影响，提高判别精度与灵敏度；
[0038](4)用于溢流识别的贝叶斯模型具有自学习功能，新的溢流数据可以对其进行更新，逐步提闻溢流判别的准确性；
[0039](5)由于溢流特征参数的变化并非一定由溢流引起，该方法以概率的形式给出溢流判别结果，更具合理性。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]图1为本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0041]下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步地说明，但本发明并不局限于以下实施例。
[0042]实施例1:
[0043]如图1所示，(I)选取随钻压力测量工具测量的井底环空压力与井底流体温度参数、钻井液出口处由科氏流量计测量的出口流量参数以及综合录井仪获取的相关录井参数为溢流特征参数；
[0044](2)基于大量的溢流井历史数据，量化表示上述参数在溢流发生时的变化特征，构成溢流特征向量，存入溢流特征数据库；利用这些特征向量对贝叶斯模型进行训练，得到训练好的贝叶斯模型，此训练好的贝叶斯模型为可用贝叶斯模型；
[0045](3)对溢流特征参数进行实时采集:随钻压力测量工具测量的井底环空压力与井底流体温度参数可通过随钻压力测量工具地面解码模块解码后经RS232总线接入计算机，安装于节流管汇处的科氏流量计测量的钻井液出口流量参数可由RS485总线接入计算机，综合录井仪获取的大钩负荷与立压参数可由WITSML标准封装后通过TCP/IP协议接入计算机；
[0046](4)将采集到的溢流特征参数按照既定规则组成特征向量，送入步骤(2)中训练好的贝叶斯模型进行溢流判别；
[0047](5)利用训练好的贝叶斯模型计算得到概率形式的判别结果，并显示输出；若判定为溢流发生，则将该特征向量加入对应的溢流特征数据库，并利用其对训练好的贝叶斯模型进行更新；
[0048](6)转到步骤(3)进行下一次判别。
[0049]实施例2:
[0050]如图1所示，(I)选取随钻压力测量工具测量的井底环空压力与井底流体温度参数及综合录井仪获取的相关录井参数为溢流特征参数；
[0051](2)基于大量的溢流井历史数据，量化表示上述参数在溢流发生时的变化特征，构成溢流特征向量，存入溢流特征数据库；利用这些特征向量对贝叶斯模型进行训练，得到训练好的贝叶斯模型，此训练好的贝叶斯模型为可用贝叶斯模型；
[0052](3)对溢流特征参数进行实时采集:随钻压力测量工具测量的井底环空压力与井底流体温度参数可通过随钻压力测量工具地面解码模块解码后经RS232总线接入计算机，综合录井仪获取的大钩负荷与立压参数可由WITSML标准封装后通过TCP/IP协议接入计算机；
[0053](4)将采集到的溢流特征参数按照既定规则组成特征向量，送入步骤(2)中训练好的贝叶斯模型进行溢流判别；
[0054](5)利用训练好的贝叶斯模型计算得到概率形式的判别结果，并显示输出；若判定为溢流发生，则将该特征向量加入对应的溢流特征数据库，并利用其对训练好的贝叶斯模型进行更新；
[0055](6)转到步骤(3)进行下一次判别。
[0056]实施例3:
[0057]如图1所示，(I)选取随钻压力测量工具测量的井底环空压力与井底流体温度参数及钻井液出口处由科氏流量计测量的出口流量参数为溢流特征参数；
[0058](2)基于大量的溢流井历史数据，量化表示上述参数在溢流发生时的变化特征，构成溢流特征向量，存入溢流特征数据库；利用这些特征向量对贝叶斯模型进行训练，得到训练好的贝叶斯模型，此训练好的贝叶斯模型为可用贝叶斯模型；
[0059](3)对溢流特征参数进行实时采集:随钻压力测量工具测量的井底环空压力与井底流体温度参数可通过随钻压力测量工具地面解码模块解码后经RS232总线接入计算机，安装于节流管汇处的科氏流量计测量的钻井液出口流量参数可由RS485总线接入计算机；
[0060](4)将采集到的溢流特征参数按照既定规则组成特征向量，送入步骤(2)中训练好的贝叶斯模型进行溢流判别；
[0061](5)利用训练好的贝叶斯模型计算得到概率形式的判别结果，并显示输出；若判定为溢流发生，则将该特征向量加入对应的溢流特征数据库，并利用其对训练好的贝叶斯模型进行更新；
[0062](6)转到步骤(3)进行下一次判别。
[0063]实施例4:
[0064]如图1所示，(I)选取钻井液出口处由科氏流量计测量的出口流量参数与综合录井仪获取的相关录井参数为溢流特征参数；
[0065](2)对溢流特征参数进行实时采集:安装于节流管汇处的科氏流量计测量的钻井液出口流量参数可由RS485总线接入计算机，综合录井仪获取的大钩负荷与立压参数可由WITSML标准封装后通过TCP/IP协议接入计算机；[0066](3)利用获取的溢流特征参数，基于事先确定好判别规则的专家系统进行溢流判别；
[0067](4)对各条判别规则预设的概率值进行组合得到最终的概率形式的判别结果并显示输出；若判定有溢流发生，则将相应的特征向量写入对应的溢流特征数据库，对贝叶斯模型进行训练，更新贝叶斯模型；
[0068](5)转到步骤(2)进行下一次判别。
[0069]以上所述仅是本发明的几种实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种油气井钻井过程中溢流在线综合监测与预警方法，其特征在于:该方法包括如下步骤: (A)溢流特征参数确定:选择现场可获取的能够直接、及时、准确反映溢流现象的溢流特征参数； (B)判断系统中有无训练好的贝叶斯模型可用，若有，则转到步骤C;否则，转到步骤D ; (C)采用基于训练好的贝叶斯模型的溢流判别方法进行溢流识别； (Cl)对所选溢流特征参数进行实时采集； (C2)利用获取的溢流特征参数，按照规则构成特征向量，输入相应的训练好的贝叶斯模型进行溢流判别； (C3)以概率的形式给出最终的溢流判别结果；若判定有溢流发生，则将相应的特征向量写入溢流特征数据库，对训练好的贝叶斯模型进行重新训练，更新训练好的贝叶斯模型； (C4)显示溢流结果，转到步骤(Cl)，重复执行步骤(Cl) — (C4)； (D)采用基于专家系统的溢流判别方法进行溢流识别； (Dl)对所选溢流特征参数进行实时采集； (D2)利用获取的溢流特征参数，基于事先确定好判别规则的专家系统进行溢流判别； (D3)以概率的形式给出最终的溢流判别结果；若判定有溢流发生，则将相应的特征向量写入溢流特征数据库，对贝叶斯模型进行重新训练，更新贝叶斯模型； (D4)显示溢流结果，转到步骤(Dl)，重复执行步骤(Dl) — (D4)。
2.根据权利要求1所述的溢流在线综合监测与预警方法，其特征在于:步骤(A)、(C1)、(C2)、(D1)、(D2)中所述溢流特征参数根据井场实际施工条件选择，为随钻压力测量工具测量的井底环空压力与井底流体温度参数、钻井液出口处由科氏流量计测量的出口流量参数以及综合录井仪获取的相关录井参数的组合；或为随钻压力测量工具测量的井底环空压力与井底流体温度参数及综合录井仪获取的相关录井参数的组合；或为随钻压力测量工具测量的井底环空压力与井底流体温度参数及钻井液出口处由科氏流量计测量的出口流量参数的组合；或者是钻井液出口处由科氏流量计测量的出口流量参数与综合录井仪获取的相关录井参数的组合。
3.根据权利要求2所述的溢流在线综合监测与预警方法，其特征在于:所述科氏流量计安装于节流管汇支路上。
4.根据权利要求2所述的溢流在线综合监测与预警方法，其特征在于:所述综合录井仪获取的相关录井参数包括大钩负荷与立管压力。
5.根据权利要求1所述的溢流在线综合监测与预警方法，其特征在于:步骤(B)中，所述训练好的贝叶斯模型，是指溢流在线综合监测与预警方法在使用前，根据大量溢流井数据建立了溢流特征数据库，利用这些数据对贝叶斯模型进行训练得到；该训练好的贝叶斯模型是步骤(C)中采用基于训练好的贝叶斯模型进行溢流判别的基础。
6.根据权利要求1所述的溢流在线综合监测与预警方法，其特征在于:步骤(C2)中所述按照规则构成特征向量，此处的规则是指根据现场设备的信号采集速率与传输速率，将取自不同时间的溢流特征参数校正至同一时间；特征向量取溢流发生时各参数的变化量或与理论计算值之间的差值。
7.根据权利要求1所述的溢流在线综合监测与预警方法，其特征在于:步骤(C3)中所述溢流判别的判定依据是训练好的贝叶斯模型给出的概率大于预设的阈值；所述更新训练好的贝叶斯模型，是贝叶斯模型的一种自学习方法。
8.根据权利要求1或6或7所述的溢流在线综合监测与预警方法，其特征在于:步骤(C3)中溢流判别结果的概率值由贝叶斯公式给出。
9.根据权利要求1所述的溢流在线综合监测与预警方法，其特征在于:步骤(D2)中所述事先确定好规则的专家系统，是指由下列判别规则中最少三种规则组合成的专家系统，各规则逐条依次顺序判别；每种组合中，给不同的规则设置不同的概率: (1)随钻压力测量工具测量的井底环空压力与应用钻井流体水力学模型计算的井底压力之差大于预设阈值； (2)随钻压力测量工具测量的井底流体温度与利用地温梯度计算的井底温度之差大于预设阈值； (3)科氏流量计测量的钻井液出口流量与理论计算的钻井液入口流量之间的差值大于预设阈值； (4)大钩负荷增加量超过预设阈值； (5)立管压力减少量超过预设阈值。
10.根据权利要求1或9所述的溢流在线综合监测与预警方法，其特征在于:步骤(D3)中溢流判别结果的概率值由各条规则的概率组合得出。
【文档编号】E21B21/08GK103470202SQ201310398400
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2013年5月10日
【发明者】孙伟峰, 罗园, 卿玉, 刘俊男, 戴永寿, 李立刚 申请人:中国石油大学(华东), 中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院