黑匣子、井下工具狀態(tài)和鉆井工況的監(jiān)測方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于油氣勘探和開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于鉆井的監(jiān)測技術(shù)，具體的講是一種黑匣子、基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在油氣勘探與開發(fā)過程中，鉆井是資金與技術(shù)密集型工程。鉆井工具是鉆井工程的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。鉆井過程中，鉆井工具在充滿鉆井液的高溫井眼中，承受著拉、壓、彎、扭及鉆井液壓力等共同作用，工作環(huán)境復(fù)雜多變，工況十分惡劣。這樣就造成鉆井工具容易損壞，鉆井工況異常時有發(fā)生，井下復(fù)雜事故頻發(fā)，鉆井開采周期長，鉆井成本高。
[0003]隨著鉆井工具設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的不斷發(fā)展，鉆井工具的價格也隨之升調(diào)，而鉆井工具的設(shè)計(jì)適用工況參數(shù)范圍有限，且實(shí)際使用壽命與鉆井時經(jīng)歷的工況密切相關(guān)，鉆柱的高幅振動即是鉆具損壞的主要原因之一。目前主要依靠人工錄井的數(shù)據(jù)對鉆井工具的工作時間進(jìn)行粗略計(jì)算，很難及時全面了解鉆井工具在井下的工作狀態(tài)，這對掌握鉆井工具的具體使用情況勢必產(chǎn)生影響，還會造成不必要的鉆井工具更替、報廢，很難做到物盡其用。
[0004]鉆井施工過程中，鉆桿、鉆井儀器、螺桿鉆具等井下鉆具組合連成鉆柱，整個工具狀態(tài)和鉆井工況存在大量復(fù)雜且不確定的影響因素，不同的井下工具自身特性與所處井下位置均存在差異，如果遇到井下工況出現(xiàn)異?；蜚@井工具發(fā)生故障，以目前的記錄方式所提供的數(shù)據(jù)信息很難對實(shí)際情況的準(zhǔn)確判斷給予充足的數(shù)據(jù)支持。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測方面的研究大多局限在溫度、壓力兩個參數(shù)的研究階段?？傮w而言，現(xiàn)有井下工具狀態(tài)及鉆井工況監(jiān)測主要存在以下問題:監(jiān)測參數(shù)少，可供分析參考的數(shù)據(jù)源不足，難以實(shí)現(xiàn)對井下工具狀態(tài)和鉆井工況的全面評估，難以實(shí)現(xiàn)對異常或故障狀態(tài)的及時預(yù)測，難以實(shí)現(xiàn)對故障原因的準(zhǔn)確斷定。
[0006]因此，如何研究和開發(fā)出一種新的方案，其能夠?qū)崿F(xiàn)對井下工具狀態(tài)和鉆井工況的全面評估、對異?；蚬收蠣顟B(tài)的及時預(yù)測、實(shí)現(xiàn)對故障原因的準(zhǔn)確判斷是本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中井下工具狀態(tài)及鉆井工況監(jiān)測主要存在的監(jiān)測參數(shù)少，可供分析參考的數(shù)據(jù)源不足的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種黑匣子、基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測的方法及系統(tǒng)，黑匣子可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行單點(diǎn)或多點(diǎn)靈活安裝，鉆井過程中監(jiān)測并記錄井下工具的包括溫度、壓力、扭矩、振動的參數(shù)信息，鉆井結(jié)束時，通過從黑匣子中讀取參數(shù)信息，建立數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而監(jiān)測井下工具的狀態(tài)及鉆井工況。
[0008]本發(fā)明的目的之一是，提供一種黑匣子，所述的黑匣子包括存儲模塊、傳感器模塊以及通信模塊，其中，所述的傳感器模塊，與所述的存儲模塊相連接，用于采集參數(shù)信息，所述的參數(shù)信息包括溫度、壓力、扭矩以及振動;所述的存儲模塊，與所述的通信模塊相連接，用于將所述的參數(shù)信息進(jìn)行存儲;所述的通信模塊，用于發(fā)送所述的參數(shù)信息。
[0009]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的黑匣子還包括:供電模塊，分別與所述的存儲模塊、傳感器模塊以及通信模塊相連接，用于向所述的存儲模塊、傳感器模塊以及通信模塊供電。
[0010]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的黑匣子還包括保護(hù)殼體，所述的保護(hù)殼體內(nèi)設(shè)置有密封保護(hù)裝置。
[0011]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的傳感器模塊包括溫度傳感器、壓力傳感器、MEMS三軸加速度傳感器以及應(yīng)變片扭矩傳感器。
[0012]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的通信模塊包括:RS485接口，用于與地面進(jìn)行通信;通信接口，用于與井下隨鉆儀器進(jìn)行通信。
[0013]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的黑匣子集成至井下隨鉆儀器中。
[0014]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的黑匣子單獨(dú)作為一個工具短節(jié)，單點(diǎn)或多點(diǎn)安裝于井下隨鉆儀器的任意節(jié)點(diǎn)。
[0015]本發(fā)明的目的之一是，提供一種基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測的方法，所述方法包括:獲取黑匣子在鉆井過程中發(fā)送的參數(shù)信息，所述的參數(shù)信息包括溫度、壓力、扭矩以及振動;根據(jù)所述的參數(shù)信息建立參數(shù)-時間數(shù)據(jù)庫;獲取地面錄井的井深-時間數(shù)據(jù);根據(jù)所述的參數(shù)-時間數(shù)據(jù)庫以及井深-時間數(shù)據(jù)庫建立參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫;根據(jù)所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫監(jiān)測井下工具狀態(tài)以及鉆井工況。
[0016]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的方法還包括:獲取預(yù)先建立的計(jì)算模型;獲取井下工具類型以及黑匣子的節(jié)點(diǎn)位置;根據(jù)所述的工具類型以及節(jié)點(diǎn)位置選擇對應(yīng)的計(jì)算模型;根據(jù)所述的計(jì)算模型對所述的參數(shù)-時間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行時域和頻域的解析;獲取預(yù)先設(shè)定的參數(shù)閾值;根據(jù)所述的參數(shù)閾值對解析后的參數(shù)-時間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行定性分析、定量計(jì)算以及特征提取，以定位井下工具發(fā)生異常的時間段或鉆井工況故障發(fā)生的時間段。
[0017]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的方法還包括:根據(jù)所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫以及井下工具發(fā)生異常的時間段診斷井下工具發(fā)生異常的原因；根據(jù)所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫以及鉆井工況故障發(fā)生的時間段診斷鉆井工況故障發(fā)生的原因。
[0018]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的方法還包括:獲取井下工具規(guī)格參數(shù);將所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫對照所述的井下工具規(guī)格參數(shù)，輸出井下工具的狀態(tài)評估報告。
[0019]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的方法還包括:根據(jù)所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫，將所述的參數(shù)信息通過列表或曲線形式進(jìn)行顯示。
[0020]本發(fā)明的目的之一是，提供了一種基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測的系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)包括監(jiān)測裝置、井下工具以及黑匣子，其中，所述的監(jiān)測裝置具體包括:參數(shù)信息獲取模塊，用于獲取黑匣子在鉆井過程中發(fā)送的參數(shù)信息，所述的參數(shù)信息包括溫度、壓力、扭矩以及振動;第一數(shù)據(jù)庫建立模塊，用于根據(jù)所述的參數(shù)信息建立參數(shù)-時間數(shù)據(jù)庫;井深-時間數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取地面錄井的井深-時間數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)庫建立模塊，用于根據(jù)所述的參數(shù)-時間數(shù)據(jù)庫以及井深-時間數(shù)據(jù)庫建立參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫;監(jiān)測模塊，用于根據(jù)所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫監(jiān)測所述井下工具的狀態(tài)以及鉆井工況。
[0021]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的監(jiān)測裝置還包括:計(jì)算模型獲取模塊，用于獲取預(yù)先建立的計(jì)算模型；類型以及位置獲取模塊，用于獲取井下工具類型以及黑匣子的節(jié)點(diǎn)位置;計(jì)算模型選擇模塊，用于根據(jù)所述的工具類型以及節(jié)點(diǎn)位置選擇對應(yīng)的計(jì)算模型；頻域時域解析模塊，用于根據(jù)所述的計(jì)算模型對所述的參數(shù)-時間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行時域和頻域的解析;參數(shù)閾值獲取模塊，用于獲取預(yù)先設(shè)定的參數(shù)閾值;故障時間段定位模塊，用于根據(jù)所述的參數(shù)閾值對解析后的參數(shù)-時間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行定性分析、定量計(jì)算以及特征提取，以定位井下工具發(fā)生異常的時間段或鉆井工況故障發(fā)生的時間段。
[0022]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的監(jiān)測裝置還包括:異常原因診斷模塊，用于根據(jù)所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫以及井下工具發(fā)生異常的時間段診斷所述井下工具發(fā)生異常的原因；故障原因診斷模塊，用于根據(jù)所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫以及鉆井工況故障發(fā)生的時間段診斷鉆井工況故障發(fā)生的原因。
[0023]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的監(jiān)測裝置還包括:規(guī)格參數(shù)獲取模塊，用于獲取井下工具規(guī)格參數(shù);評估報告輸出模塊，用于將所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫對照所述的井下工具規(guī)格參數(shù)，輸出井下工具的狀態(tài)評估報告。
[0024]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的監(jiān)測裝置還包括:顯示模塊，用于根據(jù)所述的參數(shù)-井深數(shù)據(jù)庫，將所述的參數(shù)信息通過列表或曲線形式進(jìn)行顯示。
[0025]本發(fā)明的有益效果在于，提供了一種黑匣子、基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測的方法及系統(tǒng)，黑匣子可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行單點(diǎn)或多點(diǎn)靈活安裝，鉆井過程中監(jiān)測并記錄井下工具的包括溫度、壓力、扭矩、振動的參數(shù)信息，鉆井結(jié)束時，通過從黑匣子中讀取參數(shù)信息，建立數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而監(jiān)測井下工具的狀態(tài)及鉆井工況，實(shí)現(xiàn)對井下工具狀態(tài)及鉆井工況的準(zhǔn)確監(jiān)測和精確評估。
[0026]為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0028]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種黑匣子的實(shí)施方式一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種黑匣子的實(shí)施方式二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種黑匣子的實(shí)施方式三的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種黑匣子的傳感器模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種黑匣子的通信模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖6為將本發(fā)明實(shí)施例提供的黑匣子獨(dú)立應(yīng)用為井下黑匣子短節(jié)的示意圖；
[0034]圖7為將本發(fā)明實(shí)施例提供的黑匣子應(yīng)用為多個黑匣子獨(dú)立短節(jié)的示意圖；
[0035]圖8是將本發(fā)明實(shí)施例提供的黑匣子應(yīng)用于螺桿鉆具的示意圖；
[0036]圖9是將多個本發(fā)明實(shí)施例提供的黑匣子應(yīng)用于井下工具組成井下鉆具組合的應(yīng)用不意圖；
[0037]圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于黑匣子的井下工具狀態(tài)和鉆井工況監(jiān)測的方法的實(shí)施方式一的流程圖；
[0038]圖11為本發(fā)明實(shí)施