岩块过滤系统的制作方法

1.本发明涉及石油与天然气钻井技术领域，具体而言，涉及一种岩块过滤系统。


背景技术：

2.随着油气资源的日益衰竭，油气勘探开发逐步向深层、复杂地区、新区和深海发展，因窄密度窗口导致的钻井安全问题也越来越突出，成为影响钻井速度提高、制约勘探开发进程的技术瓶颈，钻探这些深层复杂地层时，经常出现许多如井涌、井漏、井塌、卡钻等钻井复杂问题，钻进过程中通过控压钻井技术来对井下压力进行有效控制，从而缓解上述复杂情况。
3.但是，在控压钻井过程中，由于起钻、下钻、井壁的不稳定以及钻井液性能较差等原因可能导致井口返出的钻井液中含有岩屑和掉块，而携带岩屑和掉块的钻井液流经控压钻井设备时，容易出现堵塞控压钻井设备中的过滤装置的现象，甚至堵塞控压钻井设备中的流量计，现有的过滤装置的过滤筒只能够过滤较少的岩屑和掉块，需要在控压钻井过程中频繁更换过滤筒，增加了现场工作人员的工作量；此外，部分大颗粒岩屑或者掉块在短时间内便可将流道堵塞，导致井口憋压，存在钻井安全隐患问题。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种岩块过滤系统，以解决现有技术中的控压钻井过程中的过滤装置的过滤筒需要频繁更换的问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种岩块过滤系统，用于过滤控压钻井过程中掉落的岩块，包括分析模块、异常诊断模块、检测模块和清理装置，其中，分析模块分析井壁是否掉岩块，以及分析模块分析不同钻井工况下岩块的尺寸，并将分析结果以压力变化阈值的形式输出；异常诊断模块通过对压力传感器的输出值在预设时间间隔内的变化率与压力变化阈值进行比较并获取比较信息，根据比较信息判断过滤装置内是否存在岩块，当过滤装置内存在岩块时，异常诊断模块发出预警信号，以提示过滤装置内开始存储岩块；检测模块与过滤装置连接，检测模块用于检测过滤装置内的岩块的存储量，当存储量达到预设值时，检测模块发出报警信号；清理装置与过滤装置连接，清理装置根据报警信号执行清理命令。
6.进一步地，过滤装置具有容纳腔，容纳腔用于存储岩块，容纳腔的腔壁面上设置有检测模块。
7.进一步地，检测模块位于容纳腔的腔壁的外表面上。
8.进一步地，过滤装置包括过滤管路和清理管，其中，过滤管路与钻井液的流道连通，携带岩块的钻井液流经过滤管路，过滤管路内设置有过滤网，过滤网用于过滤岩块；清理管的第一端与过滤管路的设置有过滤网的位置处连接，且清理管与过滤管路连通，清理装置具有清理端，清理端从清理管的第二端伸入清理管内，以使清理端的端面与靠近清理管的第一端的管壁面之间围成容纳腔，岩块由清理管与过滤管路的连通位置处进入容纳腔
内。
9.进一步地，过滤管路包括过流管和过滤管，其中，过流管与钻井液的流道连通，过流管具有进液口和出液口，清理管位于过流管的下方；过滤管沿与过流管的轴线呈预设夹角的方向穿过过流管设置并与过流管连通，过滤管的第一端与外界连通，过滤管的第二端与清理管连通，过滤管的第一端靠近进液口设置，过滤管的第二端靠近出液口设置，过滤网沿过滤管的轴线方向由过滤管的第一端向过滤管的第二端延伸设置。
10.进一步地，清理管与过滤管具有夹角地设置，清理管的第一端与过滤管的第二端连接，清理管的第二端沿远离出液口的方向延伸设置。
11.进一步地，携带岩块的钻井液由进液口进入过流管内，岩块被过滤网拦截并沿过滤网与过滤管的管壁面之间的通道进入容纳腔内。
12.进一步地，清理装置包括推杆结构，推杆结构的端部设置有碾压端头，推杆结构的具有碾压端头的一端伸入清理管内设置以形成清理端，推杆结构沿清理管的轴线可移动地设置；过滤装置还包括支撑结构，支撑结构与过滤网连接并沿过滤管的轴线的方向延伸至清理管内，支撑结构与碾压端头相对设置，推动推杆结构，以使碾压端头向支撑结构靠近并压碎岩块，经压碎处理后的岩块随钻井液由出液口排出。
13.进一步地，清理装置还包括握持结构，握持结构与推杆结构的远离碾压端头的一端连接。
14.进一步地，过流管沿水平方向延伸设置。
15.进一步地，过滤网的过滤孔的直径为r，其中，10mm≤r≤40mm。
16.进一步地，岩块过滤系统还包括学习模块，学习模块对分析模块的分析处理过程进行学习，以及学习模块对异常诊断模块的诊断过程进行学习。
17.应用本发明的技术方案，提供了一种具有清理装置的岩块过滤系统，这样，当过滤装置内的岩块的存储量达到预设值时，检测模块发出报警信号，清理装置根据报警信号执行清理命令，确保清理装置能够将过滤装置内的岩块及时清理，避免频繁地更换过滤筒，从而减少了现场人员的工作量，通过设置检测模块，使得检测模块能够实时检测过滤装置内的岩块的存储量，避免出现流道堵塞的现象；此外，由于过滤装置具备存储岩块的功能，当岩块的存储量达到预设值时，清理装置才会执行清理命令，有利于提升控压钻井的节能性。
附图说明
18.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
19.图1示出了根据本发明的一种可选实施例的岩块过滤系统的部分工作原理示意图；
20.图2示出了根据本发明的一种可选实施例的岩块过滤系统的过滤装置和清理装置的结构示意图；
21.图3示出了根据本发明的控压钻井的岩块过滤系统的布局示意图，该图中示出了过滤装置在岩块过滤系统中的具体安装位置。
22.其中，上述附图包括以下附图标记：
23.10、过滤装置；11、过滤管路；111、过流管；1111、进液口；1112、出液口；112、过滤
管；12、过滤网；13、清理管；14、支撑结构；20、检测模块；30、清理装置；31、推杆结构；32、握持结构。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.为了解决现有技术中的控压钻井过程中的过滤装置的过滤筒需要频繁更换的问题，本发明提供了一种岩块过滤系统。
26.如图1所示，岩块过滤系统，用于过滤控压钻井过程中掉落的岩块，包括分析模块、异常诊断模块、检测模块20和清理装置30，其中，分析模块分析井壁是否掉岩块，以及分析模块分析不同钻井工况下岩块的尺寸，并将分析结果以压力变化阈值的形式输出；异常诊断模块通过对压力传感器的输出值在预设时间间隔内的变化率与压力变化阈值进行比较并获取比较信息，根据比较信息判断过滤装置10内是否存在岩块，当过滤装置10内存在岩块时，异常诊断模块发出预警信号，以提示过滤装置10内开始存储岩块；检测模块20与过滤装置10连接，检测模块20用于检测过滤装置10内的岩块的存储量，当存储量达到预设值时，检测模块20发出报警信号；清理装置30与过滤装置10连接，清理装置30根据报警信号执行清理命令。
27.本技术提供了一种具有清理装置30的岩块过滤系统，这样，当过滤装置10内的岩块的存储量达到预设值时，检测模块20发出报警信号，清理装置30根据报警信号执行清理命令，确保清理装置30能够将过滤装置10内的岩块及时清理，避免频繁地更换过滤筒，从而减少了现场人员的工作量，通过设置检测模块20，使得检测模块20能够实时检测过滤装置10内的岩块的存储量，避免出现流道堵塞的现象；此外，由于过滤装置10具备存储岩块的功能，当岩块的存储量达到预设值时，清理装置30才会执行清理命令，有利于提升控压钻井的节能性。
28.需要说明的是，在本技术中，岩块是指岩屑及掉块颗粒。
29.如图2所示，过滤装置10具有容纳腔，容纳腔用于存储岩块，容纳腔的腔壁面上设置有检测模块20。这样，确保检测模块20的检测可靠性。
30.可选地，检测模块20位于容纳腔的腔壁的外表面上。这样，避免检测模块20占用容纳腔的空间而与容纳腔内的岩块产生干涉。
31.如图2所示，过滤装置10包括过滤管路11和清理管13，其中，过滤管路11与钻井液的流道连通，携带岩块的钻井液流经过滤管路11，过滤管路11内设置有过滤网12，过滤网12用于过滤岩块；清理管13的第一端与过滤管路11的设置有过滤网12的位置处连接，且清理管13与过滤管路11连通，清理装置30具有清理端，清理端从清理管13的第二端伸入清理管13内，以使清理端的端面与靠近清理管13的第一端的管壁面之间围成容纳腔，岩块由清理管13与过滤管路11的连通位置处进入容纳腔内。这样，确保清理管13内的清理作业与过滤管路11中的过滤作业互不干涉。
32.如图2所示，过滤管路11包括过流管111和过滤管112，其中，过流管111与钻井液的流道连通，过流管111具有进液口1111和出液口1112，清理管13位于过流管111的下方；过滤管112沿与过流管111的轴线呈预设夹角的方向穿过过流管111设置并与过流管111连通，过滤管112的第一端与外界连通，过滤管112的第二端与清理管13连通，过滤管112的第一端靠近进液口1111设置，过滤管112的第二端靠近出液口1112设置，过滤网12沿过滤管112的轴线方向由过滤管112的第一端向过滤管112的第二端延伸设置。这样，确保过滤网12能够有效过滤岩块，避免岩块随钻井液由出液口1112排出而堵塞钻井液的流道，从而确保过滤装置10的过滤可靠性。
33.如图2所示，清理管13与过滤管112具有夹角地设置，清理管13的第一端与过滤管112的第二端连接，清理管13的第二端沿远离出液口1112的方向延伸设置。携带岩块的钻井液由进液口1111进入过流管111内，岩块被过滤网12拦截并沿过滤网12与过滤管112的管壁面之间的通道进入容纳腔内。这样，确保被过滤网12拦截的岩块能够在自身重力的作用下进入容纳腔内，从而确保后续清理装置30的清理端能够对容纳腔内的岩块进行有效清理。
34.如图2所示，清理装置30包括推杆结构31，推杆结构31的端部设置有碾压端头，推杆结构31的具有碾压端头的一端伸入清理管13内设置以形成清理端，推杆结构31沿清理管13的轴线可移动地设置；过滤装置10还包括支撑结构14，支撑结构14与过滤网12连接并沿过滤管112的轴线的方向延伸至清理管13内，支撑结构14与碾压端头相对设置，推动推杆结构31，以使碾压端头向支撑结构14靠近并压碎岩块，经压碎处理后的岩块随钻井液由出液口1112排出。这样，碾压端头在对岩块进行物理碾压作业时，支撑结构14起到对碾压端头的支撑作用，确保碾压端头的碾压可靠性。
35.如图2所示，清理装置30还包括握持结构32，握持结构32与推杆结构31的远离碾压端头的一端连接。这样，有利于提升清理装置30的操作便捷性。
36.当然，根据过滤网12的网孔尺寸的不同，还可以设置不同的其他实施例。
37.可选地，过流管111沿水平方向延伸设置。
38.可选地，过滤网12的过滤孔的直径为r，其中，10mm≤r≤40mm。这样，通过优化过滤网12的过滤孔的直径r，避免因过滤网12的过滤孔的直径r过小而导致钻井液内的固相颗粒无法正常通过，还避免了因过滤网12的过滤孔的直径r过大而导致部分岩块由过滤网12的过滤孔泄露，无法保证过滤装置10的过滤可靠性。
39.可选地，岩块过滤系统还包括学习模块，学习模块对分析模块的分析处理过程进行学习，以及学习模块对异常诊断模块的诊断过程进行学习。
40.分析模块包括岩石掉块诊断分析模块，用于综合评价分析控压钻井过程中，井壁掉块的可能性大小以及不同工况下岩屑及掉块颗粒的大小，将评价结果以压力变化阈值的形式输出；过滤装置异常诊断模块，将岩屑及掉块清理模块执行结束且过滤装置内的岩块被处理干净时刻的压力传感器的输出值设定为初始正常压力值，之后岩屑及掉块重新开始在过滤装置内重新开始堆积聚集的时刻设为岩屑及掉块堆积的重新开始时刻，根据岩石掉块及大颗粒物堆积重新开始时刻后设定的第一判断时刻处的压力传感器的输出值而对过滤装置的异常进行诊断的处理设为过滤装置诊断处理，并且，将在从岩屑及掉块堆积重新开始时刻起至第一判断时刻为止的期间内的压力传感器的输出值的变化率与阈值进行比较，并发出诊断提醒信号，进而决定是否对过滤装置内的岩屑及掉块进行清理；岩屑及掉块
清理模块，执行对过滤装置内的岩屑及掉块进行清理的命令，对堆聚在过滤装置底部的岩屑及掉块进行物理压碎式清理；人工智能学习模块，通过机器学习算法对岩石掉块的诊断处理过程、过滤器的异常诊断过程进行实时学习。
41.可选地，在综合评价分析，输出压力变化阈值和初步判断是否有岩屑及掉块颗粒之间，岩块过滤系统的工作流程还包括监测立套压、钻井液排量、以及出口流量，当异常诊断模块(即过滤器异常诊断模块)判断有岩屑及掉块颗粒时，发出蓝色预警信号，紧接着判断是否需要对岩屑及掉块进行处理，如果需要处理则发出红色报警信号，并输出控制调节指令以及执行指令；当异常诊断模块判断没有岩屑及掉块颗粒时，或者，判断不需要对岩屑及掉块进行处理时，直接输出控制调节指令，以及执行指令，继续控压钻井作业。
42.可选地，本技术提供的分析模块即岩块诊断分析模块。
43.控压钻井岩块过滤系统，整个系统的设备可以划分为管理级、控制级和现场级三个层次，管理级的设备可包括监控功能计算机、工艺功能计算机，控制级的设备可包括可编程序控制器(plc)，现场级的设备可包括流量计、控制柜、立压传感器和套压传感器。
44.岩石掉块诊断分析模块包括钻前岩石掉块预测系统、超声波实时反馈预测系统、钻后井壁稳定性分析系统。
45.异常诊断模块包括过滤装置异常诊断模块，过滤装置异常诊断模块包括过滤装置、压力传感器及远程控制器，压力传感器安装在控压系统的最前端。
46.将岩屑及掉块清理模块执行结束且过滤装置内的岩块被处理干净时刻的压力传感器的输出值设定为初始正常压力值，初始的正常压力值为控压钻井系统的循环摩阻。
47.岩屑及掉块清理模块包括过滤筛、掉块储存装置及钻头，在上紧推动杆的过程中可以将堆聚在过滤装置底部的岩屑及掉块进行物理压碎式清理，部分大岩块被压碎成细碎颗粒从而再次被流动的钻井液流体带走。
48.人工智能学习模块包括一种于基于实测数据反馈的人工智能学习训练方法、一种基于bp人工神经网络的智能优化算法。
49.钻前岩石掉块预测系统可以根据地震资料钻前预测井壁稳定，并推荐裸眼段地层的安全钻井液密度窗口。研究地层的测井信息和地震反射特性之间的非线性映射理论，采用人工神经网络方法，建立井壁稳定性信息的输入信息样本集，通过钻前预测神经网络模型训练，提高待钻井地层的坍塌压力和破裂压力预测精度，对地层进行井壁稳定性及井壁掉块的可能性大小进行预测。
50.推荐裸眼段地层的安全钻井液密度窗口，具体为：保证地层的安全的压力差窗口为地层破裂压力或地层破裂压力与地层漏失压力最小值和地层孔隙压力或地层坍塌压力与地层孔隙压力最大值之差，根据以下公式计算，
51.δpw＝min(pf,p
leak
)-max(p
p
,p
cp
)；
52.其中，pf为地层破裂压力，单位是mpa；p
leak
为地层漏失压力，单位是mpa；p
p
为地层孔隙压力，单位是mpa；p
cp
为地层坍塌压力，单位是mpa。
53.精细控压钻井系统的目标是安全、精确、快速的控制井底压力，维持地层压力的稳定，因此需要将井底压力控制在安全密度窗口之内，根据以下公式表示，
54.max(p
p
,p
cp
)≤p
bh
≤min(pf,p
leak
)；
55.其中，p
p
为地层孔隙压力，单位是mpa；p
cp
为地层坍塌压力，单位是mpa；p
bh
为井底压
力，单位是mpa；pf为地层破裂压力，单位是mpa；p
leak
为地层漏失压力，单位是mpa。
56.由上述本技术实施例所提供的技术方案可知，该技术方案可以及时的监测控压钻井过程中由于起下钻、井壁不稳定、钻井液性能差等原因可能会导致井口返出的钻井液中含有岩屑及掉块，如果携带岩块的钻井液通过控压钻井设备时导致控压钻井设备中的过滤装置堵塞，可以及时的发出预警并发出控制调节命令，该系统不仅具有存储一定量的岩屑的功能，而且具备一定的破碎岩屑的能力，有一定的工程实用价值，具有一定的指导意义。
57.钻前井壁稳定预测是指在钻井过程中或钻井结束后进行，通过对钻、录、测井及岩心资料的综合分析，确定井壁失稳的主要原因，并据此优选钻井液体系及密度，但是对于预探井及评价井而言，往往已完成井的相关资料比较缺乏，因此需要根据地震资料钻前预测井壁稳定，并推荐安全钻井液密度窗口；超声波实时反馈预测系统是利用超声波发射装置及超声波接收模块实时的监测岩屑的堆积情况，并将岩屑监测的结果及时通过有线网路将结果反馈到空置房内的监控功能计算机上，计算机对数据进行分析；钻后井壁稳定性分析系统可以及时的收集、整理、存储已钻井的数据资料，并对数据进行分析，通过后期的机器学习可以为后期的钻井工程提供数据参考。钻前岩石掉块预测系统，其特征在于：研究地层的测井信息和地震反射特性之间的非线性映射理论，采用人工神经网络方法，建立井壁稳定性信息的输入信息样本集，通过钻前预测神经网络模型训练，提高待钻井地层的坍塌压力和破裂压力预测精度，对地层进行井壁稳定性及井壁掉块的可能性大小进行预测。
58.过滤装置异常诊断模块，将岩屑及掉块清理模块执行结束且过滤装置内的岩块被处理干净时刻的压力传感器的输出值设定为初始正常压力值，之后岩屑及掉块重新开始在过滤装置内重新开始堆积聚集的时刻设为岩屑及掉块堆积的重新开始时刻，根据岩石掉块及大颗粒物堆积重新开始时刻后设定的第一判断时刻处的压力传感器的输出值而对过滤装置的异常进行诊断的处理设为过滤装置诊断处理，并且，将在从岩屑及掉块堆积重新开始时刻起至第一判断时刻为止的期间内的压力传感器的输出值的变化率与阈值进行比较，并发出诊断提醒信号，进而决定是否对过滤装置内的岩屑及掉块进行清理；具体地，所述过滤装置异常诊断模块包括过滤装置、压力传感器及远程控制器，压力传感器安装在控压系统的最前端；将岩屑及掉块清理模块执行结束且过滤装置内的岩块被处理干净时刻的压力传感器的输出值设定为初始正常压力值，初始的正常压力值为控压钻井系统的循环摩阻。
59.岩屑及掉块清理模块执行对过滤装置内的岩屑及掉块进行清理的命令，对堆聚在过滤装置底部的岩屑及掉块进行物理压碎式清理；具体地，所述岩屑及掉块清理模块包括过滤筛、掉块储存装置及钻头，在上紧推动杆的过程中可以将堆聚在过滤装置底部的岩屑及掉块进行物理压碎式清理，部分大岩块被压碎成细碎颗粒从而再次被流动的钻井液流体带走。
60.人工智能学习模块，通过机器学习算法对岩石掉块的诊断处理过程、过滤器的异常诊断过程进行实时学习；具体地，所述人工智能学习模块包括一种于基于实测数据反馈的人工智能学习训练方法、一种基于bp人工神经网络的智能优化算法。
61.本技术实施例中所描述的方法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom或本领域中其它任意形式的存储媒介中。
62.需要说明的是，在本技术中，陆地或海洋浅部地层以及中深部地层的钻井过程中，
由于井壁不稳定或者地层中泥质含量较高，导致井筒内循环出来的钻井液中含有较多的块状岩屑，经过地面控压钻井系统的节流管汇撬时容易在管线内堆积、聚集，导致管道堵塞，短时间内会产生阻力，从而造成井口压力增大，严重的会憋漏地层、造成严重的井漏风险。
63.因此需要在控压钻井装备的节流管汇撬的前端加装控压钻井岩块过滤装置，如果携带岩块的钻井液在过滤装置10中时发生岩屑堆积，可以及时的发出预警并发出控制调节命令，及时处理堵塞风险。该系统不仅具有存储一定量的岩屑的功能，而且具备一定的破碎岩屑的能力。
64.如图3所示为控压钻井的岩块过滤系统的布局示意图，该图中示出了过滤装置10在岩块过滤系统中的具体安装位置，远程控制器与过滤装置10连接，可对过滤装置10进行远程操控。
65.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
66.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
67.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
68.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
69.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
70.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技
术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。