一种岩屑床识别系统的制作方法

本发明涉及石油天然气勘探技术领域，更具体地讲，涉及一种岩屑床识别系统。

背景技术：

石油钻井中，岩屑床是大位移水平井钻井中最常见、危害最严重的问题之一。岩屑床的危害表现为：减缓机械的钻速和工程施工进度、增加工程施工成本、增大的扭矩导致钻井工具受损、卡钻等事故频发等。随着海上和陆地页岩油气钻井的大位移水平井大量部署，岩屑床导致的系列问题变得越来越严重。

目前，对岩屑床的判别仍依靠理论分析计算、软件模拟和实验装置模拟等，上述方法无法在井下实现岩屑床的实时判别和监测，并且，随着工况的调整，理论分析和实验装置模拟的结果与真实情况存在差异，不能真正的体现井下岩屑床特征，不利于钻井施工。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够实时判别和检测井下岩屑床情况的岩屑床识别系统。

为了实现上述目的，本发明的提供了一种岩屑床识别系统，所述系统可以包括岩屑床识别装置、信号传输装置、信号解码识别装置以及显示装置，其中，所述岩屑床识别装置设置于钻柱上，用于采集岩屑床信息数据，并能够按照编码规则对所述信息数据进行编码，得到编码结果；所述信号传输装置接收所述编码结果，并将编码结果传输至信号解码识别装置；所述信号解码识别装置设置于地面能够接收编码结果，并根据所述编码规则对编码结果进行解码识别以得到解码识别结果；所述显示装置接收所述解码识别结果，并根据解码识别结果绘制并显示岩屑床模拟图。

在本发明的岩屑床识别装置的一个示例性实施例中，所述岩屑床识别装置可以包括信号接发单元、信号编码传输单元以及供电单元，其中，所述信号接发单元包括多个信号接发子单元，每个信号接发子单元包括多个信号接发器，每个信号接发子单元的多个信号接发器沿岩屑床识别装置周向均匀布置，所述信号接发器能够发射信号以及接收所发信号穿过钻井液或岩屑床后的返回信号，所述信号接发单元能够根据发射信号与接收到返回信号的时间间隔输出检测结果；所述信息编码传输单元能够接收所述信号接发单元输出的检测结果，并利用每个信号接发子单元中信号接发器的位置信息与检测结果进行对应编码得到编码结果，并将编码结果传输至信号传输装置；所述供电单元分别与信号接发单元以及信号编码传输单元连接，能够为信号接发单元和信号编码传输单元供电。

与现有技术相比，本发明识别系统的有益效果包括：

(1)本发明通过岩屑床识别装置检测井下的岩屑床，之后通过编码、传输和解码，把检测到岩屑床的情况以岩屑床模拟图的形式显示在显示器上，工作人员能够通过显示器实时判别和监测井下岩屑床的情况，能够根据岩屑床模拟图优化钻井措施，便于钻进工作的持续进行；

(2)本发明能够根据信号发射和接收之间的时间间隔，返回不同的检测结果，实现井下岩屑床的实时检测；

(3)本发明相对于理论分析和实验模拟的结果更准确，便于工作人员及时了解井下岩屑床的情况，能够根据识别结果采取措施清除岩屑床，防止井下事故发生；

(4)本发明的岩屑床识别系统能够实现岩屑床的实时检测、实时处理，避免了钻柱长时间停转的情况，提高了钻进的工作效率。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明一个示例性实施例的岩屑床识别系统框图；

图2示出了本发明一个示例性实施例的岩屑床识别装置示意图；

图3示出了本发明另一个示例性实施例的岩屑床识别装置示意图；

图4示出了本发明一个示例性实施例的编码结果示意图以及岩屑床模拟图。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的一种岩屑床识别系统。

图1示出了本发明一个示例性实施例的岩屑床识别系统框图。图2示出了本发明一个示例性实施例的岩屑床识别装置示意图，其中，图(a)为岩屑床识别装置图，图(b)为图(a)中信号接发器布置图。图3示出了本发明另一个示例性实施例的岩屑床识别装置示意图，其中，图(a)为岩屑床识别装置图，图(b)为图(a)的侧视图。图4示出了本发明一个示例性实施例的编码结果示意图以及岩屑床模拟图，其中，图(a)为编码结果示意图，图(b)为岩屑床模拟图。

本发明提供了一种岩屑床识别系统，在本发明的岩屑床识别系统的一个示例性实施例中，所述识别系统可以包括岩屑床识别装置、信号传输装置、信号解码识别装置以及显示装置，其中，

所述岩屑床识别装置可以设置在钻柱上，在钻柱位于井中时对岩屑床的岩屑床的信息数据进行采集并对采集得到的信息数据利用事先约定的编码规则进行编码，得到编码结果。

所述信号传输装置可以与岩屑床识别装置连接，用于接受岩屑床识别装置所输出编码结果，并将编码结果传输至信号解码识别装置。所述信号传输装置可以沿着钻柱的表面进行设置。

所述信号解码识别装置与显示装置可以设置在地面上。所述信号解码识别装置能够接收信号传输装置传输的编码结果并利用编码的规则对编码结果进行解码识别，得到解码识别结果。

所述显示装置能够接收所述解码识别结果，并根据接收得到的解码识别结果生成岩屑床模拟图以在显示装置上显示。

在本实施例中，岩屑床识别系统的各个装置连接示意图如图1所示。所述岩屑床识别装置还可以包括信号接发单元、信号编码传输单元以及供电单元。所述信号接发单元与所述信号编码传输单元连接。所述供电单元分别与所述信号接发单元以及信号编码传输单元连接，用于为所述信号接发单元以及信号编码传输单元供电。所述信号编码传输单元与所述信号传输装置连接。

所述信号接发单元包括多个信号接发子单元。每个信号接发子单元均包括多个信号接发器(即信号发射/接收器)。所述信号发射/接收器可以为超声波信号发射/接收器或者电磁波信号发射/接收器。所述信号发射/接收器的发射信号方向以及接收信号方向与钻柱的前进方向平行(即与井眼方向平行)。当需要实时识别井下岩屑床情况时，钻柱停止旋转，设定信号接发单元里面信号发射/接收器的频率，信号接发单元开始发射信号并接受所发射信号穿过钻井液或岩屑床之后返回的信号，根据每个发射的信号与接收该信号通过钻井液或岩屑床返回信号之间的时间间隔，可以输出不同的检测结果。

以上，由于信号在不同介质中传播的速度并不一样，在钻井液中传播的速度较慢，在岩屑床中传播的速度较快，如果发射信号与接收信号的间隔时间较短，则表明该信号发射/接收器所对应的位置为岩屑床，反之，如果间隔的时间较长，则表明该信号发射/接收器所对用的位置为钻井液。这里的判断时间可以是设定值或者经验值。

所述信息编码传输单元能够根据信号接发子单元中信号接发器在井中所在的位置进行编号；检测结果为岩屑床，输出第一数字，检测结果为钻井液，输出第二数字；将所述检测结果对应的数字与位置编号一一对应进行编码，得到每个信号接发器的编码结果。所述信号解码识别装置接收编码结果后传输至信号解码识别装置，信号解码识别装置根据信号编码传输单元的编码规则进行解码，识别出每个信号接发子单元的检测结果，进而识别出每个信号发射/接收器对应的位置是岩屑床还是钻井液，之后把解码识别结果传输至显示器，根据设定的井眼直径和解码识别结果在显示器上显示出岩屑床的模拟图。

以上，例如，信号接发器对应的位置是岩屑床则输出“1”，对应的位置是钻井液则输出“0”。信号编码传输单元在井中的某一深度对信号接发器进行编号以后，例如按照顺时针方向从周向设置的某个信号接发器开始编号为h01、h02、h03，将检测结果“1”或“0”编码在对应的编号后生成h010、h021、h031，h010则表示在该深度下，编码h01接发器对应的位钻井液，编号为h021、h031接发器对应的位岩屑床。

在本实施例中，如图2(a)所示，岩屑床识别装置可以包括套装在钻柱21外侧的密封壳22。所示密封壳的形状与钻柱的形状相适配。例如，密封壳的形状可以为圆柱形。信号接发子单元23包括第一信号接发子单元231和第二信号接发子单元232。每个信号接发子单元包括多个信号接发器24，每个信号接发子单元所包括的信号接发器沿着密封壳周向方向均匀布置在钻柱与密封壳之间并位于密封壳的两侧端部。靠近钻头方向侧的信号接发子单元中的信号接发器所发射的信号方向沿朝向钻头方向，远离钻头方向侧的信号接发器所发射的信号方向背向钻头方向。所示信号编码传输单元25和供电单元26设置于所示密封壳的内部。所示信号传输装置27可以设置在钻柱21的外表面。所述28为钻井液流通通道。图2(b)为图2(a)中信号接发器布置的的侧视图。如图2(b)所示，所述信号接发子单元23中的信号接发器24沿钻柱21周向均匀设置于密封壳22的内部。所述岩屑床识别装置可以与钻柱丝扣连接，如图2中钻井液流通通道28两侧的螺旋状为丝扣连接的公接头和母接头。

在本实施例中，如图3(a)所示，所述岩屑床识别装置还可以包括具有一定厚度的壳体31、流通道32以及接头33。所述壳体31围合成的形状可以为圆柱状。所示壳体31由第一外壳311和第二外壳332相互嵌套而成(如图3(b)所示)。所述第一外壳与第二外壳之间形成中空结构。所述流通道32设置于由外壳31形成的空腔结构中。所述流通道32用于钻井液的流通。所述流通道32的形状可以为圆柱状、菱形等，当然，本发明的流通道形状不限于此，例如，还可以为长方体状。所述接头33包括第一接头331和第二接头332。所述第一接头331可以与第一钻柱段35的一侧连接，所述第二接头332可以与第二钻柱段36的一侧连接。所述型号编码传输单元37以及供电单元38设置于壳体的内部。所述信号传输装置39可以设置于钻柱的表面。所述第一钻柱段、岩屑床识别装置、第二钻柱段相互连接后构成新的钻柱以进行钻井。信号接发单元34包括第三信号接发子单元341以及第四信号接发子单元342。所述第三信号接发子单元和第四信号接发子单元设置于外壳31的两端。靠近钻头一端的信号接发单元中的信号接发器的信号发射方向朝向井底，远离钻头一端的信号接发单元中的信号接发器的信号发射方向朝向井口。图3(b)为图3(a)岩屑床识别装置的侧视图，为第三信接发子单元示意图。如图3(b)所示，第三信号接发子单元341中的信号接发器3411位于第一壳体与第二壳体之间。所述流通道32设置于由壳体31围合形成的空腔中。

在本实施例中，所述信号传输装置可以为lwd仪器或mwd仪器，例如，可以为原钻井工作过程中现有的lwd仪器或mwd仪器。所述信号编码传输单元设置有与信号传输装置输入端相互配合的输出转换接口。所述信号解码识别装置设置有与lwd仪器或mwd仪器输出端相互配合的输入转换接口。所述输出转换接口能够将信号编码传输单元输出的信号转换成便于lwd仪器或mwd仪器传输的数据信号。所述输入转换接口能够将lwd仪器或mwd仪器传输的数据信号转换成信号解码识别装置可用的数据信号。lwd仪器或mwd仪器产生的脉冲信号能够传输到信号解码识别装置上。所述信号解码识别装置可以包括压力传感器。所述压力传感器能够把接收到的脉冲信号传输到电脑上，用电脑对脉冲信号进行解码，以将解码的结果显示在显示器上。

在本实施例中，所述信号接发子单元中所包含的信号接发器可以根据实际识别情况进行设置，例如，每个信号接发子单元可以设置8～16个信号接发器，进一步的，可以10～14个信号接发器。比如，12个信号接发器，当然本发明的信号接发器个数不限于此。所述信号接发单元可以设置多个信号接发子单元。每个信号接发子单元中的信号接发器位于同一平面，信号接发子单元与信号接发子单元之间相互平行设置。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体岩屑床识别系统的使用进行进一步说明。

首先，在钻柱工作之前，先根据要钻进的油气井的井眼配置好信号编码传输装置和信号解码识别装置的参数，设置信号接发单元中的信号发射/接收器的测量以及传输时间间隔，然后将岩屑床识别装置安装在钻柱上开始进行钻井操作。

其次，当需要实时识别井下的岩屑床情况时，钻柱停止旋转，信号发射/接收器根据设定好的频率开始发射信号并接受发射信号穿过钻井液或岩屑床之后返回的信号，根据每个信号发射/接收器信号发射和接收之间不同的时间间隔，输出不同的检测结果。若间隔时间短，表明该信号发射/接收器对应的位置是岩屑床，输出1，若间隔时间长，表明该信号发射/接收器对应的位置是钻井液，输出0。

然后，信号编码传输单元根据信号发射/接收器所在的位置对信号发射/接收器编号。例如，岩屑床识别装置靠近井底段，并在某一深度h的横截面a中的发射/接收器进行编号，编号按照顺时针进行为a01、a02、a03直到a12，并且把每个信号发射/接收器的检测结果和编号一一对应编码，把检测结果1或0编码在对应的编号后，得到横截面a的信号发射/接收器的编码结果，如图4(a)所示，编码结果：a010、a020、a030、a040、a050、a061、a071、a081、a090、a100、a110、a120，其中，图4(a)中40表示井眼，41表示信号接发器。

把信号编码传输单元编码得到的结果先传输至信号传输装置，之后再通过信号传输装置实时传输至地面的岩屑床信号解码识别装置。

岩屑床信号解码识别装置根据信号编码传输单元的编码规则进行解码，识别出每个信号发射/接收器的检测结果，进而识别出每个信号发射/接收器对应的位置是岩屑床还是钻井液，如图4所示，在某一深度h时，识别出编号为a06、a07和a08的信号发射/接收器的检测结果为1，则对应的位置处为岩屑床，之后把解码识别结果传输至显示器，根据设定的井眼直径和解码识别结果在显示器上显示出如图4(b)所示的岩屑床42的模拟图。

最后，根据岩屑床模拟图优化钻井措施并继续钻进。

综上所述，本发明通过岩屑床识别装置检测井下的岩屑床，之后通过编码、传输和解码，把检测到岩屑床的情况以岩屑床模拟图的形式显示在显示器上，工作人员能够通过显示器实时判别和监测井下岩屑床的情况，能够根据岩屑床模拟图优化钻井措施，便于钻进工作的持续进行；本发明能够根据信号发射和接收之间的时间间隔，返回不同的检测结果，实现井下岩屑床的实时检测；本发明的岩屑床识别系统能够实现岩屑床的实时检测、实时处理，避免了钻柱长时间停转的情况，提高了钻进的工作效率。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。