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深海钻井气侵检测装置硬件设计

深海钻井气侵检测装置硬件设计

作者：管江涛电子科技大学

学位级别：硕士

深海石油钻井过程中非常关心的一个问题是早期气侵检测,也就是提前检测出气侵发生,如果发现较晚,就会发生难以控制的井喷事件,造成不可估量的生命和财产损失。早期气侵检测的传统方法使用钻井液增量或者井涌压力变化等作为气侵发生指示... 详细信息

深海石油钻井过程中非常关心的一个问题是早期气侵检测,也就是提前检测出气侵发生,如果发现较晚,就会发生难以控制的井喷事件,造成不可估量的生命和财产损失。早期气侵检测的传统方法使用钻井液增量或者井涌压力变化等作为气侵发生指示器,但是这些方法的检测结果太过粗糙,也不可靠。而对于造价昂贵的离岸深海钻井来说,其先进的井控技术却需要更可靠的早期气侵检测结果才能在气侵发生时采取最优的井控措施。与传统方法不同,本课题提出的超声波气侵检测方法在检测灵敏度、反应速度、成本和安装难易方面具有自身优势。超声波气侵检测方法的理论依据是利用超声波在钻井液传播过程中会对上升运动的气泡产生反射而形成的的多普勒效应,这种效应的强度与上升运动气泡的大小和数量即气侵程度有直接关系,最终也会反映在信号的幅值特征上。本课题研究的重点是依据超声波多普勒原理设计出一套深海气侵检测装置。首先,本文对气侵研究的现状进行总结,了解目前一些气侵研究方法及早期气侵检测发展的趋势。接下来,分别从超声波气侵检测原理、深海工作方案设计、传感器特性、装置机械设计以及检测装置硬件设计几个方面展开讨论。硬件设计是本文的重点,包括硬件电路设计和驱动程序设计。硬件电路设计从功能的角度可分为三个部分:超声波激励信号产生、回波接收、系统控制和信号处理,设计过程中,检测装置工作稳定性、控制灵活性以及工作效能等被充分考虑,保证检测装置长时间稳定地在深海工作。硬件驱动程序设计是硬件电路功能的延伸,包括增益控制、信号采集、数据处理和通信等几个方面,目的是使系统控制更加灵活、工作更加自主、适应能力更强。在硬件调试和实验部分,分别测试了检测装置的主要电子性能和实施了模拟深海气侵过程甲烷溶解与析出试验,结果表明检测装置的软硬件配合能使其稳定地工作,整个检测系统对气侵发生的过程变化反应敏感,并能一定程度上表征管道内的气侵程度。最后,对课题工作进行总结,并对课题研究的一些不足和下一阶段的工作进行展望,以期使气侵检测装置完全满足深海钻井早期气侵检测的要求。

关键词：气侵检测多普勒超声波

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深水钻井气侵检测算法研究及软件设计

深水钻井气侵检测算法研究及软件设计

作者：徐静电子科技大学

学位级别：硕士

石油与人们衣食住行方方面面都息息相关,近年来人们在全球各地发现的大型油气田中,60%以上都是海洋油气,这表明了海洋油气将是人们往后生产生活所需油气的重要来源。而如何保证深海石油钻探的安全生产,成了一个至关重要的问题。因此在... 详细信息

石油与人们衣食住行方方面面都息息相关,近年来人们在全球各地发现的大型油气田中,60%以上都是海洋油气,这表明了海洋油气将是人们往后生产生活所需油气的重要来源。而如何保证深海石油钻探的安全生产,成了一个至关重要的问题。因此在深水钻井过程中若是能及时检测到有地层孔隙中的气体侵入钻井液中,就可以极大限度减少井喷事故的发生。目前国内外应用较多的气侵检测方法有泥浆池液面检测法、泥浆出口流量差法,随钻气侵检测技术、多参数综合检测法等。本文在分析了相关的气侵检测方法的优点和不足之处以及应用情况后,研究了一种基于非定向连续超声波多普勒原理的气侵检测方法,当超声波在钻井液中传播时遇到气泡会被反射回来,在发射信号和接收信号之间由于随钻井液流动的气泡的反射作用就会产生多普勒频移。通过对接收信号进行分析得出钻井液的流速信息和气泡的含量信息。本课题中以采集信号的处理部分为重点,对信号从时域和频域进行分析,时域上通过提取信号的峰值相关信息;频域上对信号做谱估计得到信号的平均频率和功率,作为流体的流速和气体含量在回波信号中的反映,以此得出这些信号的特征量与流速和含气量之间的关系。由于气泡在管道中的大小和分布的随机性,并且考虑到声波在钻井液中的传播衰减特性,对信号的分析中采用了加权处理。设计的检测软件实现包含了信号的采集、实时数据分析、结果的存储与显示以及历史数据处理功能。论文最后在气侵模拟实验装置上进行了室内模拟实验,包括了在不同流速和含气量的情况下进行的清水实验和不同密度的泥浆实验,并对每组实验条件都进行了多次重复实验,采集了大量数据。通过所采集到的数据对流体的流速和含气量进行检测,对这些实验数据的分析结果表明,在实验中气侵检测软件能够检测出气侵情况。

关键词：气侵检测超声多普勒小波去噪功率谱估计

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快速可靠的气侵检测方法

新疆石油科技信息 1998年第4期19卷 36-43页

作者： Codaz.,D

本文介绍一种检测早期气体流入的可靠方法。该方法的根据是：当环空存在气体时，可以观察到声波传播的时间增加，与那此以流量差或池内增量为基础的检测方法不同的是：该技术所需的仪器十分简单，可靠且费用低、压力传感器分别安装在立... 详细信息

本文介绍一种检测早期气体流入的可靠方法。该方法的根据是：当环空存在气体时，可以观察到声波传播的时间增加，与那此以流量差或池内增量为基础的检测方法不同的是：该技术所需的仪器十分简单，可靠且费用低、压力传感器分别安装在立管和出油管以下几英尺的环空管线上，以监测泥浆泵产生的声波压力波。压力传感器的输出值被用来测量声波在循环系统中传播的变化速率，该值受气体侵入的影响非常大。本文除阐明该技术的理论外。

关键词：气侵检测安全生产气流流入钻井报警系统

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压力波气侵检测理论及应用

石油学报 1997年第3期18卷 128-138页

作者：李相方管丛笑隋秀香胡湘炯石油大学

压力波在气－液两相流中传播速度模型被分析和研究表明：压力波在气液两相流中传播速度远低于在纯液与纯气中传播速度。在一定的井深及泥浆性能等情况下，对于一定的地层进气量，在环空中将出现对应的气液两相流型及对应的气体上升速度... 详细信息

压力波在气－液两相流中传播速度模型被分析和研究表明：压力波在气液两相流中传播速度远低于在纯液与纯气中传播速度。在一定的井深及泥浆性能等情况下，对于一定的地层进气量，在环空中将出现对应的气液两相流型及对应的气体上升速度。根据压力波在环空中传播时间变化情况，通过求解气液两相流偏微分方程组，可以在地层气体侵入井眼不久即可检测出气侵高度及气体含量。本方法比传统方法发现气侵的时间早得多。

关键词：井喷气侵检测压力波气液两相流钻井石油

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利用霍尔效应进行随钻气侵早期检测设计

西部探矿工程 2017年第1期29卷 72-73,81页

作者：李奇龙贵州地质工程勘察院贵州贵阳550008

根据霍尔效应基本原理,提出霍尔法气侵早期检测新思路。忽略其他影响甚微的因素,认为在钻井参数和钻井液确定的前提下霍尔电压数值只是载流子浓度的函数。通过一定装置和设备实现自动采集霍尔电压数值并将其转化为数字信号传送到电脑,... 详细信息

根据霍尔效应基本原理,提出霍尔法气侵早期检测新思路。忽略其他影响甚微的因素,认为在钻井参数和钻井液确定的前提下霍尔电压数值只是载流子浓度的函数。通过一定装置和设备实现自动采集霍尔电压数值并将其转化为数字信号传送到电脑,再通过编制的程序进行U_(MN)和U′_(MN)的自动拟合和对比,从而智能判断气侵是否发生。该方法影响因素相对较少,敏感精确,设备简单成本低,早期发现气侵,易于实现自动化(电脑自动监测)和实时监测(随钻监测)。

关键词：气侵检测霍尔效应气侵系数 C++Builder

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利用井口声纳进行气侵检测

国外钻井技术 1995年第4期10卷 59-64页

作者： Bang,J 阎振来

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钻井气液两相流体溢流与分布特征研究

工程热物理学报 2012年第12期33卷 2120-2125页

作者：任美鹏李相方徐大融尹邦堂中国石油大学(北京)机械与储运工程学院北京102249 中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249

常规钻井返出管线敞口,钻井液在返出管线中流动为非满管流动,小气侵量时,泥浆池液面变化不明显,检测装置无法测量液面变化,钻井液返出流量无法测量或者测量误差较大,无法感知小流量差的变化。本文基于气液两相流理论建立了井筒气液两相... 详细信息

常规钻井返出管线敞口,钻井液在返出管线中流动为非满管流动,小气侵量时,泥浆池液面变化不明显,检测装置无法测量液面变化,钻井液返出流量无法测量或者测量误差较大,无法感知小流量差的变化。本文基于气液两相流理论建立了井筒气液两相流参数与井口溢流速度的关系模型,计算表明气侵速度越大,气泡运移距井口越近,井口溢流速度越大。并以空气和钻井液(非牛顿流体)为介质,基于VOF多相流模型,模拟了钻井液返出流量变化时气液界面变化情况,分析了纯钻井液和不同含气率钻井液在返出管线流动时液面变化特征,得出纯钻井液流动时喇叭口处液面变化最明显,优化液面检测装置安装在喇叭上,更能准确及时地检测液面变化早期发现溢流,进气速度影响返出管线钻井液液面稳定性。

关键词：溢流液面检测装置 VOF模型气侵检测