本技术属于深水油气田钻井气侵监测技术领域,尤其涉及一种深水钻井超声多普勒气侵监测装置及其换能器布设方法。该超声多普勒气侵监测装置设计了全新的超声多普勒换能器和换能器工装结构,提高了其与隔水管之间的声波透射率,从而更加适应深水钻井海底的实施工况,安装使用更为便捷、监测效率更高。深水钻井超声多普勒气侵监测装置,包括有:换能器工装以及多个超声多普勒换能器;换能器工装由两个环形箍带构成;其中,两个环形箍带均呈半圆形,且通过螺栓连接形成一体结构;环形箍带上等间设置有多个圆孔,圆孔内焊接设置有定位件;定位件处还配套设置有压紧件;超声多普勒换能器由外壳、压电晶片、背衬层、斜入射声楔构成。
背景技术
井喷风险作为海上石油勘探开发最大的潜在风险。气侵发生后如果不能被及时发现并控制,钻井液将产生溢流,最终导致井喷等严重事故的发生。因此,气侵监测对保证钻井平台作业安全、保障作业人员生命财产安全具有重要意义。
现有深水钻井气侵监测技术是由陆地钻井气侵监测技术演变而来,例如泥浆池液面增量法、泥浆出口流速法等。由于深水钻井需要使用隔水管且隔水管长度可达数千米,钻井液在隔水管中的流型和滑脱速度变化规律复杂,此类传统气侵监测方法存在着预警滞后、预警精度低等重大缺陷。而随钻气侵监测法虽然在预警及时性和准确性上均有所提高,但该技术由国外几家外企主导,技术引进难度大、成本较高。而与之相对的是,超声多普勒隔水管外气侵监测技术具有非侵入性、预警时间早、监测精度高、成本相对较低等诸多优点,解决了现有气侵监测技术上的不足,因此展现出了更好的应用前景,受到了国内外学者的广泛关注,成为当前深水钻井气侵监测技术的研究热点。
进一步研究后发现,现有深水钻井超声多普勒气侵监测技术通常使用两个完全相同的换能器,一个用作发射换能器、一个用作接收换能器。具体是将换能器安装在隔水管外壁处,由发射换能器向隔水管内发射超声波,接收换能器接收隔水管内反射和散射的超声波;通过对比发射和接收超声波的多普勒频移来判断隔水管内的气侵状态。值得注意的是,超声多普勒换能器直接决定了监测效果,包括监测精度和预警及时性。然而现有技术使用的超声换能器大多为通用型换能器,此类换能器在换能器与隔水管界面声波透射率较低,导致监测信号微弱;此外,此类换能器往往无法适应深水钻井海底高压等实施工况,导致现有深水钻井超声多普勒气侵装置安装困难、适应性步骤,严重制约了深水钻井超声多普勒气侵监测的精度和预警的及时性。
因此,亟待本领域技术人员研发一种非侵入式深水钻井隔水管外超声多普勒气侵监测装置及监测方法,从而克服现有技术中存在的上述技术问题。
实现思路