声波气侵检测中弱信号强干扰下布线技术

基于气体侵入井眼后按气液两相流型分布的原理。利用声波可以早期检测到气侵，对气侵检测中弱信号强干扰进行了深入研究，探讨了弱信号强干扰下的布线技术，并进行了大量室内实验研究和现场应用。结果表明弱信号强干扰下合理，科学的布线对于声波气侵检测具有重要的意义。     

声波随钻气侵检测实验研究与应用评价

在油气生产过程中，气侵造成的损失非常巨大，而且还一直威胁油气田的安全生产，如何快速、准确地检测到气侵，是长期困扰石油天然气钻井的难题。借助于中原油田全尺寸科学实验井，通过大量理论研究和试验分析，认为解决这个问题的最有效手段是声波气侵检测法。具体办法是在生产过程中，借助于专门的发生器发射声波，由气侵检测仪对接收到的信号进行调理，编制专门软件将采集到的声波信号数据用相位差法和概率密度技术进行分析处理，据此判断当前井下是否发生气侵，其快速和准确程度大大超过了以前的检测方法。多次试验〖ＪＰ２〗数据均完整地反映了气侵发生对声波传播规律的影响，说明利用声波气侵检测技术可以为安全钻井提供科学依据。     

声波气侵早期检测技术

过去钻井中都是通过气测仪，泥浆液面法，泥浆出口流量差法检测气侵，往往发现得太晚。本文通过对声波在气侵两相流中的传播速度的研究，运用其传播规律帮成检测仪，在中原油田全尺寸实验井进行了实验，效果较好，从而提出了依据气侵时间及声波在环空内的传播时间变化及有关模型来确定气侵高度及井底含气率的结论为井控提供了可靠的依据。     

深水钻井气侵程度实时定量描述方法

通过分析深水钻井气侵特点和现有气侵监测方法的不足,论证了在隔水管底部进行气侵早期监测的可行性,提出了基于隔水管底部超声波气侵监测的气侵程度实时定量描述方法。分析了多普勒超声波监测气侵方法存在的问题,设计了隔水管底部透射式超声波气侵监测实验装置,用于分析不同截面含气率条件下的声波衰减特性,给出了运用超声波监测隔水管处气侵情况的解决方案。结合深水钻井井筒环空气液两相流计算模型和含可信度的地层压力预测,建立了基于隔水管底部截面气侵监测数据的井筒气侵程度反算方法。该方法与常规方法相比可提前4 min左右检测到气侵,并可根据隔水管底部声波响应数据准确确定气侵发生的时刻、气体到达井口所需时间、任一时刻的总溢流量及任一时刻不同井深处的截面含气率。     

用井口声纳进行声波气侵检测

钻井过程中迅速检测气侵对安全高效钻并非常重要。本文介绍一种根据声波脉冲－回声技术研制成功的新型气侵检测系统。计算机模拟和全尺寸试验结果显示，该系统可检测到深度达１６４００ｆｔ处很小的气侵量。该系统是一种地面装置，不论泥浆是否循环，它都能正常工作。     

���ּ�⼼�����о�

目前利用泥浆池液面增加、泥浆出口流量大于入口流量来检测气任的方法，均是建立在气体体积膨胀基础上的，所以像在小井眼钻井及复杂地质条件下钻井中，这些方法发现气侵太晚。文章对气侵后气体在井眼中分布进行了研究，其结果表明：气体侵入井眼后在井底不是连续气柱，而是按气液两相流流型分布。通过声波在气液两相流中传播速度试验证明，武德近似公式可以用来计算声波在该两相流中的传播速度。运用室内及中原油田全尺寸并控实验井实验数据建立的气体上升速度模型，与国外使用的模型进行了对比模拟运算，提出了依据实际时间、声波在环空泥浆传播时间及有关模型，可以实时计算气侵高度和并底进气量，为适时并控提供可靠的依据。     

早期溢流监测方法

判断油井溢流或井涌的方法有很多,目前国内应用最多的监测方法是利用钻井液流量计和泥浆池液面监测仪,也可通过钻井地质综合录井仪监测。上述几种方法都是采取地面监测方式,从发生溢流到被发现,时间上会有一定滞后。国内外早期溢流检测方法有声波气侵检测技术、贝叶斯模型预测技术和随钻井下压力测量技术。声波气侵检测技术是通过接收泥浆泵产生的压力波(如声波)来工作的,通过比较分析两个传感器接所收的信号,便可判断气侵情况;贝叶斯模型预测技术对溢流预测的准确性高,能够自动判断干扰,灵敏度高;通过井下压力实时测量环空压力,同时应用水力学模型可以精确地监测环空水力情况,实现溢流及时准确的监测。     

随钻气侵检测仪在胜利油田的应用

简要介绍了随钻气侵检测仪的结构特点、工作原理、现场模拟试验及应用情况。中原油田全尺寸实验井和胜利油田６口井的现场试验及应用结果表明，该仪器能实现早期气侵检测，比常规方法检测到气侵的时间明显提前，对高压气井和复杂地层井控具有重要的现实意义。     

气侵初期环空压力瞬态变化规律研究

文章在考虑了气侵初期水锤效应对井底压力影响的基础上, 建立了水锤——漂移流综合模型来准确描述气侵过程中环空压力的瞬态变化规律,并采用复合差分格式对该模型进行求解。结果显示气侵发生初期地层气体迅速进入井筒会引发气液交界面以上钻井液柱产生水锤效应,导致环空压力升高并随时间周期性波动,波动振幅随瞬态气侵速率的增加和瞬态气侵时间的减少而增大,而波动频率仅随瞬态气侵时间的减少而增大;在气液交界面以下的两相流区域内环空压力随时间近似线性降低。此外,地层渗透率、井底负压差越大,井眼尺寸越小,则瞬态气侵速率越大,水锤效应越显著,两相流区域内的环空压力下降速度越快。气侵初期的井底压力变化为早期气侵检测提供了可靠的理论依据。     

声波井涌检测

随着钻井新思想如小井眼钻井和对高温、高压勘探兴趣的出现，对于安全钻井来说，快速可靠的并涌检测技术越发显得重要。新型声波井涌检测工具能迅速对井底气侵产生反应。本文说明，当气体溶解量很小时，声波井涌检测仪可对气体进入环空产生反应，这就能够实决定气体流入量的大小和气侵报警器的设置。用一个在井底注入氮气的全面实验演示了气体侵入的情况。     

孔隙流体类型对地层声波速度的影响

根据实际井的岩心资料，对砂岩样品的纵、横波速度与孔隙度及所含流体类型间的关系进行了实验研究，回归出了饱和气、水和油岩样的纵、横波速度与孔隙度的关系式。结果表明，饱和不同流体岩石的声波速度不同，岩石饱和气时的纵波速度明显低于饱和油、水时的纵波速度，并且孔隙度相同时岩石饱和油时的纵波速度略大于饱和水时的纵波速度，孔隙流体类型对横波速度的影响较小。含不同流体类型的岩样，其纵、横波波速比具有明显差异，利用纵、横波波速比和纵波时差的交绘图可识别地层流体的类型。为了解气体的声波特性，识别气层和气一液界面位置，对天然气的声波速度随温度和压力的变化情况进行了实验研究，从实验结果可以看出，不同压力环境下天然气随温度的变化规律不同。     

利用声波资料计算天然气水合物饱和度的可靠性实验

为了探讨利用声波速度数据计算天然气水合物(以下简称水合物)饱和度的可靠性,通过岩石物理实验测量非固结砂泥沉积物中水合物生成过程中的纵、横波速度及其变化值;利用物质平衡方程,结合pVT状态方程及其测试条件,建立了实验过程中水合物饱和度的计算模型;在此基础上,分析了非固结沉积物声波速度随水合物饱和度增加的变化规律,利用修正的Lee权重声波公式,计算了水合物的饱和度,并与实验得到的饱和度数据进行了比较。研究结果表明:(1)在水合物含量达到一定程度的情况下,可以利用声波资料计算水合物的饱和度;(2)随着沉积物中水合物含量的不断增加,非固结砂泥沉积物的纵、横波速度也随之增大,二者之间具有较好的线性相关性;(3)利用声波资料计算所得的水合物饱和度数值与实验室测试得到的结果可比性较高、误差较小。结论认为,该研究成果为利用实际声波测井资料计算水合物的饱和度提供了依据。     

水合物沉积物动态弹性力学参数试验研究

水合物沉积物的声学特性是水合物藏资源评估、水合物地层钻探开发的重要依据,而目前实际原状取心难度大、成本高,故通过试验的方法对该问题进行研究具有重要意义。利用中国石油大学岩石力学实验室自主设计开发的水合物声波原位测量系统,在不同围压条件下对不同水合物饱和度的原位合成沉积物岩样进行了声波测试,并根据弹性理论,利用所测得的超声波波速,计算得到试样的动弹性力学参数。结果表明:水合物沉积物的纵横波速以及动态弹性模量均随着围压、水合物饱和度的增大而增大。      

碳酸盐岩不同含水饱和度对声波传播特性影响

碳酸盐岩储层缝洞发育,结构复杂,利用声波传播特性预测均质砂岩含水饱和度的方法并不一定适用于碳酸盐岩储层。选择四川盆地龙王庙组不同孔洞发育程度的碳酸盐岩样品,测量了同一岩石样品在不同围压、不同含水饱和度时的纵横波波速。在实验基础上,研究了不同围压条件下纵横波波速、纵横波速比及声波衰减特性随含水饱和度的变化规律,并解释了该变化规律的内在机理,对比分析了声波波速、纵横波速比和衰减特征与含水饱和度敏感性,为声波测井资料应用于碳酸盐岩储层内气层的识别和含气饱和度及孔隙度的评估与预测提供了理论基础,对该类地层井下工程稳定性研究及储层评价都具有重要意义。     

声波变密度测井地层波能量的孔隙校正方法研究

利用声波变密度测井资料进行水泥胶结质量评价时,声波全波列中的地层波能量大小可实现对二界面固井胶结质量的定量评价。地层孔隙发育时,二界面固井胶结质量评价受到的影响较大,故利用地层波能量进行二界面定量评价时需要考虑地层孔隙的影响。通过建立套管井声波正演模型,开展套管井声波数值模拟,建立地层波能量与孔隙的关系,利用校正后的地层波能量评价二界面固井胶结质量,消除了地层孔隙发育对地层波能量的影响,提高二界面固井胶结质量定量评价的精度和准确性,为下一步制定油气井工艺措施的科学性和精确性提供依据。     

偶极声源激发的波频散特性

偶极声源在地层井内激发的波是频散波，已经有许多文章讨论了它的频散特性，并涉及了频散校正问题，但主要讨论它的最低模式（即截止频率最低的那一条曲线），而对于其他模式则没有进行比较详细的讨论。本文根据地层横波速度与泥浆速度相比高、接近、低的三种情况把地层分为硬性地层、中性地层和软性地层；给出了单极和偶极两种声源在这三类地层中激发的频散波的频散曲线。结果表明，这两种声源激发的频散波具有很强的可对比性，它们的最低模式在单极声源激发时是斯通利波，在偶极声源激发时是弯曲波；两种声源的其他模式处于截止频率时，在硬性地层中的速度趋于横波速度，在软性地层中速度起于纵波速度，中性地层只有一个模式。     

天然气水合物含量计算方法研究

利用测井和垂直地震剖面法(VSP)获取的P波和S波速度来评价天然气水合物含量,能够计算的天然气水合物的含量可以高达75%,利用垂直地震剖面法(VSP)的P波和S波速度计算的天然气水合物含量的平均值分别为37%和21%,而利用声波测井的P波速度和S波速度计算的天然气水合物的平均含量分别为60%和57%。计算的天然气水合物含量平均值与利用水合物分解模拟以及阿尔奇公式计算的结果非常吻合。利用P波速度评价的结果比利用S波速度的评价结果更加可靠。     

深水浅层气地质灾害声波识别预测技术

浅层气是深水钻井作业面临的主要地质灾害,做好深水浅层地质灾害准确预测,能够为合理的钻井设计提供科学依据,进一步降低深水钻井的安全风险,为现场安全作业提供技术保障。基于声波在岩土介质中的传播速度特征,开展了深水浅层地质灾害声波特征模拟实验,揭示了海底土中浅层气的存在对岩土中声波传播速度的影响规律,以及浅层气中的压力变化对声波传播速度的影响关系,利用模拟实验结果建立了浅层气声波识别预测模板。现场应用结果表明,深水浅层地质灾害预测模型具有很好的适应性,预测精度能够满足深水钻井设计和现场施工的要求,具有很好的推广应用价值。     

用声波方法测量液体密度的实验研究

将平板放在不同密度和粘度的液体中，用声源在平板的侧面激发声波，该声波沿平板传播并通过上、下界面耦合到液体中，其传播特征受液体密度、速度和粘度的影响。该影响通过声波传播速度和幅度表现出来。通过测量液体中沿平板表面传播的声波速度随频率的变化关系，可以得到液体的密度和速度特征。文章用实验的方法对其进行了研究：将平板放在两种不同密度的油中，测量了波形，对比了所测量波形的速度随频率的变化关系，直观显示了两种不同液体中所测量波形速度的差别。