本发明涉及井下气侵监测与控制工程领域，更具体的说是井下气侵智能控制系统。
背景技术：
在油气井钻进过程中，钻井液的循环流程：从钻杆进到地底，再经过钻杆和井壁(套管)之间的环形空间流到地面上。当正钻地层所含流体侵入井眼内的钻井液中，且侵入量较大时，会发生溢流、井涌、井喷甚至重大灾难性事故，灾难性事故包括井眼报废、井喷着火、钻机埋没，甚至人员伤亡等后果，所以防止地层流体进入井眼的意义重大。气体是地下流体的一种，气体侵入钻井液(简称气侵)是地层流体进入井眼最重要形式之一，也是危害最大形式，为防止气侵，现在研发了多种气侵监测技术来监测气体，一旦发现气体，马上压井来防止事故发生。目前的气侵监测技术只是通过地面出现的一些情况来预测，如测量返出钻井液排出量增加与否，钻井液池中钻井液体积增加与否，返出的钻井液中有否含有气泡，停泵后钻井液是否外溢等现象预测地层中的气体是否侵入到井眼中，一旦发现气侵，再人为的采取措施来阻止气侵，防止井喷发生。这个过程从发现气侵到采取措施需要较长时间，耽误压井作业，极有可能导致更大灾难性事故，且预测气侵不够精确，人工操作耗费人力，效率低。所以亟需一种井下气侵智能控制系统，实现气侵准确快速预测及高效控制。
技术实现要素：
本发明旨在解决上述提出的技术难题，提出了一种井下气侵智能控制系统，该系统用于实现利用井底粘度计和井底电阻率计分别检测钻井液的粘度和电阻率变化，根据钻井液的粘度和电阻率变化来判别井底气侵与否，通过气侵时封闭井底环形空间并打开钻柱内部与上部环形空间来压井的目的。
本发明的井下气侵智能控制系统，包括控制总成微型电脑、控制总成蓄电池、信号接收器、钻井井底管柱、旁通电磁阀、井壁(套管)、信号发射器、监测总成蓄电池、监测总成微型电脑、旋转粘度计、测电阻率正电极、测电阻率负电极、封隔器、单向阀甲、上部内流道、电磁阀甲、下部内流道、单向阀乙、电磁阀乙、压力传感器甲、气囊和压力传感器乙；控制总成微型电脑、控制总成蓄电池、信号接收器、旁通电磁阀和封隔器构成压井控制总成；信号发射器、监测总成蓄电池、监测总成微型电脑、旋转粘度计、测电阻率正电极和测电阻率负电极构成气侵监测总成；压井控制总成置于气侵监测总成上方；井下气侵智能控制系统利用检测钻井液的粘度和电阻率变化判别出气侵与否，利用封隔器暂时封隔气侵钻井液，利用旁通电磁阀实现钻井井底管柱内空与环形空间的连通，方便替换高密度钻井液来避免恶性井喷事故的发生。
作为本技术方案的进一步优化，井下气侵智能控制系统被置于井底，旁通电磁阀安装在钻井井底管柱管壁的通孔内；控制总成微型电脑、控制总成蓄电池、信号接收器、信号发射器、监测总成蓄电池及监测总成微型电脑安装在钻井井底管柱的专用安装孔内；旋转粘度计、测电阻率正电极、测电阻率负电极和封隔器安装在钻井井底管柱外壁的专用安装空间内，所述封隔器包括单向阀甲、上部内流道、电磁阀甲、下部内流道、单向阀乙、电磁阀乙、压力传感器甲、气囊和压力传感器乙；气囊上端与上部内流道相连接，气囊和上部内流道之间安装电磁阀甲，上部内流道末端安装单向阀甲；气囊下端与下部内流道相连接，下部内流道中间安装单向阀，下部内流道末端安装电磁阀乙；在电磁阀乙和气囊之间的钻井井底管柱外壁上安装压力传感器甲，在单向阀甲和气囊之间的钻井井底管柱外壁上安装压力传感器乙。
作为本技术方案的进一步优化，本发明井下气侵智能控制系统所述的测电阻率正电极和测电阻率负电极平行。
作为本技术方案的进一步优化，本发明井下气侵智能控制系统所述的气囊使用弹性极高的橡胶材料制成。
作为本技术方案的进一步优化，本发明井下气侵智能控制系统所述的旁通电磁阀是单向流通阀。
作为本技术方案的进一步优化，本发明井下气侵智能控制系统所述的控制总成蓄电池和监测总成蓄电池电容量足够大。
作为本技术方案的进一步优化，本发明井下气侵智能控制系统所述的信号接收器接收到的信号为信号发射器发射的信号。
利用井下气侵智能控制系统防止气侵导致重大事故的方法包括以下步骤：
步骤一：控制总成蓄电池给控制总成微型电脑、信号接收器、压力传感器甲和压力传感器乙供电，监测总成蓄电池给信号发射器、监测总成微型电脑、旋转粘度计、测电阻率正电极和测电阻率负电极供电；
步骤二：地层中气体进入环形空间中时，旋转粘度计的恒速转动平衡就会破坏，环形空间中钻井液给转子的扭矩通过监测总成微型电脑的处理转换后就可以得到被测钻井液的粘度变化；在测电阻率正电极和测电阻率负电极加上电压，测量通过测电阻率正电极、测电阻率负电极之间钻井液的电流，然后通过监测总成微型电脑处理后得到环形空间内钻井液电阻率随时间变化，通过钻井液粘度变化和钻井液电阻率变化两个参数共同判别气侵；
步骤三：如果发生气侵，信号发射器发射信号给信号接收器，信号接收器把信号传给控制总成微型电脑，控制总成微型电脑控制旁通电磁阀和电磁阀乙打开，电磁阀甲关闭，钻井井底管柱内液体从旁通电磁阀流出到环形空间，并且环形空间内下部钻井液经电磁阀乙、下部内流道和单向阀乙进入气囊，气囊鼓起堵死下部环形空间，阻止下部环形空间下面钻井液向上流动；
步骤四：如果发生气侵，信号发射器发射信号经给信号接收器后继续上传到地面；接收到信号发射器发出的报警信号，更换入井钻井液密度，高密度钻井液充满环形空间时，这样气囊上面压强会增大，压力传感器乙检测气囊上侧钻井液压力，压力传感器甲检测气囊下侧钻井液压力，并把检测值传给控制总成微型电脑，当两者检测值近似相等时，控制总成微型电脑控制旁通电磁阀和电磁阀乙关闭，电磁阀甲打开，气囊内钻井液经过电磁阀甲、上部内流道和单向阀甲流出，气囊收缩，环形空间通畅，高密度钻井液经过钻井井底管柱到达气侵的地方，利用高密度钻井液的压力，把继续气侵的气体压回去，避免井喷的发生。
本发明井下气侵智能控制系统的有益效果为：
(1)本发明的井下气侵智能控制系统可在井底气侵第一时间检测到气侵，为降低气侵带来的危害争取时间；
(2)本发明的井下气侵智能控制系统通过粘度和电阻率双参数联合判别气侵，精度及准确性更高；
(3)本发明的井下气侵智能控制系统在第一时间检测到气侵同时，采取了抑制气侵加剧及为压井打开新通道两项措施，为抑制气侵提供了便利条件；
(4)本发明的井下气侵智能控制系统井下工作为智能化工作，不需要人为干预，降低了人为误判带来的危害；
(5)本发明的井下气侵智能控制系统结构简单，方便实用，不会为其他操作带来复杂问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。
图1：本发明井下气侵智能控制系统的结构示意图；
图2：图1-ⅰ处局部放大示意图；
图3：图1-ⅱ处局部放大示意图；
图4：图1-ⅲ处局部放大示意图；
图5：图1-a处剖视图；
图6：图1-b处剖视图。
图1-6中：控制总成微型电脑1；控制总成蓄电池2；信号接收器3；钻井井底管柱4；旁通电磁阀5；井壁(井壁(套管))6；信号发射器7；监测总成蓄电池8；监测总成微型电脑9；旋转粘度计10；测电阻率正电极11；测电阻率负电极12；环形空间13；气体14；封隔器15；单向阀甲151；上部内流道152；电磁阀甲153；下部内流道154；单向阀乙155；电磁阀乙156；压力传感器甲157；气囊158；压力传感器乙159。
具体实施方式
下面结合图1、图2、图3、图4、图5和图6说明本实施方式，本发明涉及井下气侵监测与控制工程领域，更具体的说是井下气侵智能控制系统，包括控制总成微型电脑1、控制总成蓄电池2、信号接收器3、钻井井底管柱4、旁通电磁阀5、井壁(套管)6、信号发射器7、监测总成蓄电池8、监测总成微型电脑9、旋转粘度计10、测电阻率正电极11、测电阻率负电极12、封隔器15、单向阀甲151、上部内流道152、电磁阀甲153、下部内流道154、单向阀乙155、电磁阀乙156、压力传感器甲157、气囊158和压力传感器乙159；控制总成微型电脑1、控制总成蓄电池2、信号接收器3、旁通电磁阀5和封隔器15构成压井控制总成；信号发射器7、监测总成蓄电池8、监测总成微型电脑9、旋转粘度计10、测电阻率正电极11和测电阻率负电极12构成气侵监测总成；压井控制总成置于气侵监测总成上方；井下气侵智能控制系统利用检测钻井液的粘度和电阻率变化判别出气侵与否，利用封隔器15暂时封隔气侵钻井液，利用旁通电磁阀5实现钻井井底管柱4内空与环形空间13的连通，方便替换高密度钻井液来避免恶性井喷事故的发生。
井下气侵智能控制系统被置于井底，旁通电磁阀5安装在钻井井底管柱4管壁的通孔内；控制总成微型电脑1、控制总成蓄电池2、信号接收器3、信号发射器7、监测总成蓄电池8及监测总成微型电脑9安装在钻井井底管柱4的专用安装孔内；旋转粘度计10、测电阻率正电极11、测电阻率负电极12和封隔器15安装在钻井井底管柱4外壁的专用安装空间内，所述封隔器15包括单向阀甲151、上部内流道152、电磁阀甲153、下部内流道154、单向阀乙155、电磁阀乙156、压力传感器甲157、气囊158和压力传感器乙159；气囊158上端与上部内流道152相连接，气囊158和上部内流道152之间安装电磁阀甲153，上部内流道152末端安装单向阀甲151；气囊158下端与下部内流道154相连接，下部内流道154中间安装单向阀155，下部内流道154末端安装电磁阀乙156；在电磁阀乙156和气囊158之间的钻井井底管柱4外壁上安装压力传感器甲157，在单向阀甲151和气囊158之间的钻井井底管柱4外壁上安装压力传感器乙159。
作为本技术方案的进一步优化，本发明井下气侵智能控制系统所述的测电阻率正电极11和测电阻率负电极12平行。
作为本技术方案的进一步优化，本发明井下气侵智能控制系统所述的气囊158使用弹性极高的橡胶材料制成。
作为本技术方案的进一步优化，本发明井下气侵智能控制系统所述的旁通电磁阀5是单向流通阀。
作为本技术方案的进一步优化，本发明井下气侵智能控制系统所述的控制总成蓄电池2和监测总成蓄电池8电容量足够大。
作为本技术方案的进一步优化，本发明井下气侵智能控制系统所述的信号接收器3接收到的信号为信号发射器7发射的信号。
在井下应用过程中，控制总成蓄电池2给控制总成微型电脑1、信号接收器3、压力传感器甲157和压力传感器乙159供电，监测总成蓄电池8给信号发射器7、监测总成微型电脑9、旋转粘度计10、测电阻率正电极11和测电阻率负电极12供电；地层中气体14进入环形空间13中时，旋转粘度计10的恒速转动平衡就会破坏，环形空间13中钻井液给转子的扭矩通过监测总成微型电脑9的处理转换后就可以得到被测钻井液的粘度变化；在测电阻率正电极11和测电阻率负电极12加上电压，测量通过测电阻率正电极11、测电阻率负电极12之间钻井液的电流，然后通过监测总成微型电脑9处理后得到环形空间13内钻井液电阻率随时间变化，通过钻井液粘度变化和钻井液电阻率变化两个参数共同判别气侵；如果发生气侵，信号发射器7发射信号给信号接收器3，信号接收器3把信号传给控制总成微型电脑1，控制总成微型电脑1控制旁通电磁阀5和电磁阀乙156打开，电磁阀甲153关闭，钻井井底管柱4内液体从旁通电磁阀5流出到环形空间13，并且环形空间13内下部钻井液经电磁阀乙156、下部内流道154和单向阀乙155进入气囊158，气囊158鼓起堵死下部环形空间13，阻止下部环形空间13下面钻井液向上流动；如果继续发生气侵，信号发射器7发射信号经给信号接收器3后继续上传到地面；接收到信号发射器7发出的报警信号，更换入井钻井液密度，高密度钻井液充满环形空间13时，这样气囊158上面压强会增大，压力传感器乙159检测气囊158上侧钻井液压力，压力传感器甲157检测气囊158下侧钻井液压力，并把检测值传给控制总成微型电脑1，当两者检测值近似相等时，控制总成微型电脑1控制旁通电磁阀5和电磁阀乙156关闭，电磁阀甲153打开，气囊158内钻井液经过电磁阀甲153、上部内流道152和单向阀甲151流出，气囊158收缩，环形空间13通畅，高密度钻井液经过钻井井底管柱4到达气侵的地方，利用高密度钻井液的压力，把继续气侵的气体14压回去，避免井喷的发生。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。
1.井下气侵智能控制系统，包括控制总成微型电脑(1)、控制总成蓄电池(2)、信号接收器(3)、钻井井底管柱(4)、旁通电磁阀(5)、井壁(套管)(6)、信号发射器(7)、监测总成蓄电池(8)、监测总成微型电脑(9)、旋转粘度计(10)、测电阻率正电极(11)、测电阻率负电极(12)、封隔器(15)、单向阀甲(151)、上部内流道(152)、电磁阀甲(153)、下部内流道(154)、单向阀乙(155)、电磁阀乙(156)、压力传感器甲(157)、气囊(158)和压力传感器乙(159)；控制总成微型电脑(1)、控制总成蓄电池(2)、信号接收器(3)、旁通电磁阀(5)和封隔器(15)构成压井控制总成；信号发射器(7)、监测总成蓄电池(8)、监测总成微型电脑(9)、旋转粘度计(10)、测电阻率正电极(11)和测电阻率负电极(12)构成气侵监测总成。
2.根据权利要求1所述的井下气侵智能控制系统，其特征在于：旁通电磁阀(5)安装在钻井井底管柱(4)管壁的通孔内；控制总成微型电脑(1)、控制总成蓄电池(2)、信号接收器(3)、信号发射器(7)、监测总成蓄电池(8)及监测总成微型电脑(9)安装在钻井井底管柱(4)的专用安装孔内；旋转粘度计(10)、测电阻率正电极(11)、测电阻率负电极(12)和封隔器(15)安装在钻井井底管柱(4)外壁的专用安装空间内，所述封隔器(15)包括单向阀甲(151)、上部内流道(152)、电磁阀甲(153)、下部内流道(154)、单向阀乙(155)、电磁阀乙(156)、压力传感器甲(157)、气囊(158)和压力传感器乙(159)；气囊(158)上端与上部内流道(152)相连接，气囊(158)和上部内流道(152)之间安装电磁阀甲(153)，上部内流道(152)末端安装单向阀甲(151)；气囊(158)下端与下部内流道(154)相连接，下部内流道(154)中间安装单向阀(155)，下部内流道(154)末端安装电磁阀乙(156)；在电磁阀乙(156)和气囊(158)之间的钻井井底管柱(4)外壁上安装压力传感器甲(157)，在单向阀甲(151)和气囊(158)之间的钻井井底管柱(4)外壁上安装压力传感器乙(159)。
3.根据权利要求1所述的井下气侵智能控制系统，其特征在于：所述的压井控制总成置于气侵监测总成上方。
4.根据权利要求1所述的井下气侵智能控制系统，其特征在于：所述的测电阻率正电极(11)和测电阻率负电极(12)平行。
5.根据权利要求1所述的井下气侵智能控制系统，其特征在于：所述的气囊(158)使用弹性极高的橡胶材料制成。
6.根据权利要求1所述的井下气侵智能控制系统，其特征在于：所述的旁通电磁阀(5)是单向流通阀。
7.根据权利要求1所述的井下气侵智能控制系统，其特征在于：所述的控制总成蓄电池(2)和监测总成蓄电池(8)电容量足够大。
8.根据权利要求1所述的井下气侵智能控制系统，其特征在于：所述的信号接收器(3)接收到的信号为信号发射器(7)发射的信号。
9.井下气侵智能控制系统控制气侵方法包括以下步骤：
步骤一：控制总成蓄电池(2)给控制总成微型电脑(1)、信号接收器(3)、压力传感器甲(157)和压力传感器乙(159)供电，监测总成蓄电池(8)给信号发射器(7)、监测总成微型电脑(9)、旋转粘度计(10)、测电阻率正电极(11)和测电阻率负电极(12)供电；
步骤二：地层中气体(14)进入环形空间(13)中时，旋转粘度计(10)的恒速转动平衡就会破坏，环形空间(13)中钻井液给转子的扭矩通过监测总成微型电脑(9)的处理转换后就可以得到被测钻井液的粘度变化；在测电阻率正电极(11)和测电阻率负电极(12)加上电压，测量通过测电阻率正电极(11)、测电阻率负电极(12)之间钻井液的电流，然后通过监测总成微型电脑(9)处理后得到环形空间(13)内钻井液电阻率随时间变化，通过钻井液粘度变化和钻井液电阻率变化两个参数共同判别气侵；
步骤三：如果发生气侵，信号发射器(7)发射信号给信号接收器(3)，信号接收器(3)把信号传给控制总成微型电脑(1)，控制总成微型电脑(1)控制旁通电磁阀(5)和电磁阀乙(156)打开，电磁阀甲(153)关闭，钻井井底管柱(4)内液体从旁通电磁阀(5)流出到环形空间(13)，并且环形空间(13)内下部钻井液经电磁阀乙(156)、下部内流道(154)和单向阀乙(155)进入气囊(158)，气囊(158)鼓起堵死下部环形空间(13)，阻止下部环形空间(13)下面钻井液向上流动；
步骤四：如果继续发生气侵，信号发射器(7)发射信号经给信号接收器(3)后继续上传到地面；接收到信号发射器(7)发出的报警信号，更换入井钻井液密度，高密度钻井液充满环形空间(13)时，这样气囊(158)上面压强会增大，压力传感器乙(159)检测气囊(158)上侧钻井液压力，压力传感器甲(157)检测气囊(158)下侧钻井液压力，并把检测值传给控制总成微型电脑(1)，当两者检测值近似相等时，控制总成微型电脑(1)控制旁通电磁阀(5)和电磁阀乙(156)关闭，电磁阀甲(153)打开，气囊(158)内钻井液经过电磁阀甲(153)、上部内流道(152)和单向阀甲(151)流出，气囊(158)收缩，环形空间(13)通畅，高密度钻井液经过钻井井底管柱(4)到达气侵的地方，利用高密度钻井液的压力，把继续气侵的气体(14)压回去，避免井喷的发生。
技术总结