提高鑽井液返出流量測量靈敏度的井口喇叭口短節及方法與流程
2023-11-09 04:44:42
本發明涉及一種鑽井工具及方法，特別涉及一種提高鑽井液返出流量測量靈敏度的井口喇叭口短節及方法。
背景技術：
石油天然氣鑽井過程中，測量返出鑽井液流量是石油勘探開發過程中的重要工作之一。當氣體侵入鑽井液後，如何高精度、真實、準確測量返出鑽井液成為石油工業界需要探索的問題，及早判斷是否溢流，進而採取有效措施，防止井噴及井噴失控，減少各種損失。
針對鑽井液返出流量測量目前存在幾種方案，其中運用最多的就是擋板式流量計，利用擋板式原理，鑽井液流過擋板時，對擋板有衝擊力，隨著流量的不同，其擋板的衝擊力不同，其衝擊力與流量呈一定的關係，這種流量計部件較少，能夠長期使用，但是此種流量計使用一段時間後，鑽井液就會粘在擋板上，從而導致利用相同擋板時，使用時間長後，測量精度下降，需要定期對擋板進行清洗。經過計算，返出流量從24L/s增加到25L/s時，由於泥漿的粘滯作用，其升高只有2%左右，這導致擋板式流量計在實際測量返出鑽井液流量時精度不夠，不能準確預測溢流。
第二種測量鑽井液返出流量的方式是：測量泥漿池液面高度的變化來反應返出管線鑽井液流量，採用的類似於浮子液位計，通過浮子位置的變化，轉化成泥漿池液位高度的變化，再轉化成流量。這種方法的缺點是對於容器的容積比較敏感，容器容積越大，在體積變化相同時，液位變化越小，例如流量從24L/s增加到25L/s時，在一個5m方形的泥漿池中，1小時的液面變化為16.61mm，延時較長，很難滿足現場高精度測量返出管線鑽井液流量的需要。
第三種測量鑽井液流量的方式是：通過分支管測量分流量反應返出管線流量，其原理是通過返出管線下方並聯一段分支管，通過測量小管的流量反應返出管線流量，其缺點是自由液面對分支管流量影響較小，當返出流量增大一倍時，其分支管流量才有明顯變化，精度較低，不能滿足實際需要。
另外，其他的一些流量計，如孔板流量計、電磁流量計等雖然在其他行業運用較多，但是由於返出管線流量是非滿管，對測量精度影響很大。
技術實現要素：
本發明的目的就是針對現有技術存在的上述缺陷，提供一種提高鑽井液返出流量測量靈敏度的井口喇叭口短節及方法。
本發明提到的一種提高鑽井液返出流量測量靈敏度的井口喇叭口短節，包括法蘭一（1）、下部套管（2）、法蘭二（3）、梯形結構體（4）、法蘭三（6）、上部套管（7）、泥漿傘（8）、泥漿返回管（9）和控制機構，下部套管（2）下部通過法蘭一（1）與井口防噴器（18）連接、上部通過法蘭二（3）與梯形結構體（4）下部連接；梯形結構體（4）上部通過法蘭三（6）與上部套管（7）連接；上部套管（7）的上部與泥漿傘（8）活動連接，側面與泥漿返回管（9）活動連接；所述的梯形結構體（4）由靶式流量計（5）、半柱體橡膠擋板（10）、伸縮機構（11）和腔體組成，腔體內部設有半柱體橡膠擋板（10）和伸縮機構（11），且腔體的一側的截面為梯形結構，另一側截面為方形結構，半柱體橡膠擋板（10）將梯形結構和方形結構分隔開，半柱體橡膠擋板（10）的一側通過伸縮機構（11）與控制機構連接；所述的靶式流量計（5）設置在梯形結構體（4）的梯形結構一側，鑽柱（19）從上側的泥漿傘（8）穿入上部套管（7）、梯形結構體（4）和下部套管（2），並通過井口防噴器（18）進入地層。
上述控制機構包括液壓油路一（13）、液壓油路二（14）、三位四通閥（15）、液壓油路三（16）與蓄能器（17），半柱體橡膠擋板（10）的一側通過伸縮機構（11）與液壓缸（12）連接；液壓缸（12）通過液壓油路一（13）、液壓油路二（14）與三位四通閥（15）連接，三位四通換向閥（15）通過液壓油路三（16）與蓄能器（17）連接。
上述靶式流量計（5）採用可伸縮插入式的靶式流量計。
上述半柱體橡膠擋板（10）安裝在梯形結構體（4）的方形結構一側，且半柱形結構的凸面朝向方形結構一側。
上述梯形結構體（4）的梯形結構一側的左側安裝靶式流量計（5）。
上述靶式流量計（5）包括阻流件（5.1）、伸縮杆（5.2）、電容力傳感器（5.3）、顯示輸出部（5.4），所述阻流件（5.1）通過伸縮杆（5.2）設置在梯形結構體（4）的梯形結構一側內腔，伸縮杆（5.2）的外側設有電容力傳感器（5.3），顯示輸出部（5.4）設置最外端。
本發明提到的一種提高鑽井液返出流量測量靈敏度的井口喇叭口短節的使用方法，包括以下步驟：
鑽進時，半柱體橡膠擋板（10）關閉，蓄能器（17）將液壓油通過液壓油路三（16）控制三位四通換向閥（15）換向，然後通過液壓油路一（13）將高壓油推入液壓閥左右液壓關閉腔時，推動活塞帶動半柱體橡膠擋板（10）向井口中心移動，完全貼緊鑽柱（19），減小鑽柱振動，實現梯形結構體（4）的方形結構一側的環空封閉動作，迫使返回鑽井液全部從梯形結構體（4）的梯形結構一側的環空流過，有效提高返回鑽井液流速；
起下鑽時，可控半柱體橡膠擋板（10）開啟，蓄能器（17）將液壓油通過液壓油路三（16）控制三位四通換向閥（15）換向，然後通過液壓油路二（14）將高壓油推入液壓閥左右液壓開啟腔時，推動活塞帶動橡膠擋板（10）向梯形結構體（4）的方形一側移動，實現梯形結構體（4）的方形一側環空打開動作，回到方形結構內，實現梯形結構體（4）的方形結構一側環空打開動作，不會影響鑽具的上提、下放。
本發明相對於現有技術，具有以下顯著效果：
(1)、本發明相對於其他測量方式來說，利用可控的半柱體橡膠擋板減小了返出鑽井液的流動截面積，相應的增加了鑽井液返出速度，同時減小了鑽柱徑向速度帶來的影響，大大提高了測量精度；
(2)、本發明利用梯形的結構體相對於方形或圓柱形結構體來說，結構內梯形一側的測量點處流線及速度分布理想，極大的提高了測量精度；
(3)、本發明利用蓄能器、液壓管路、三位四通換向閥組成的控制機構，可快速實現梯形結構體中的半柱體橡膠擋板的開關動作，分別適用於鑽井及起下鑽的過程。
附圖說明
附圖1是本發明的結構示意圖；
附圖2是靶式流量計的結構示意圖；
附圖3是梯形結構體的俯視圖；
附圖4是梯形結構體與半柱體橡膠擋板的配合圖；
附圖5是梯形結構體與半柱體橡膠擋板的另一配合圖；
上圖中：法蘭一（1）、下部套管（2）、法蘭二（3）、梯形結構體（4）、法蘭三（6）、上部套管（7）、泥漿傘（8）、泥漿返回管（9）、半柱體橡膠擋板（10）、伸縮機構（11）、液壓缸（12）、液壓油路一（13）、液壓油路二（14）、三位四通閥（15）、液壓油路三（16）、蓄能器（17）、井口防噴器（18）、鑽柱（19），阻流件（5.1）、伸縮杆（5.2）、電容力傳感器（5.3）、顯示輸出部（5.4）。
具體實施方式
結合附圖，對本發明作進一步的描述：
本發明提到的一種提高鑽井液返出流量測量靈敏度的井口喇叭口短節，包括法蘭一（1）、下部套管（2）、法蘭二（3）、梯形結構體（4）、法蘭三（6）、上部套管（7）、泥漿傘（8）、泥漿返回管（9）和控制機構，下部套管（2）下部通過法蘭一（1）與井口防噴器（18）連接、上部通過法蘭二（3）與梯形結構體（4）下部連接；梯形結構體（4）上部通過法蘭三（6）與上部套管（7）連接；上部套管（7）的上部與泥漿傘（8）活動連接，側面與泥漿返回管（9）活動連接；所述的梯形結構體（4）由靶式流量計（5）、半柱體橡膠擋板（10）、伸縮機構（11）和腔體組成，腔體內部設有半柱體橡膠擋板（10）和伸縮機構（11），且腔體的一側的截面為梯形結構，另一側截面為方形結構，半柱體橡膠擋板（10）將梯形結構和方形結構分隔開，半柱體橡膠擋板（10）的一側通過伸縮機構（11）與控制機構連接；所述的靶式流量計（5）設置在梯形結構體（4）的梯形結構一側，鑽柱（19）從上側的泥漿傘（8）穿入上部套管（7）、梯形結構體（4）和下部套管（2），並通過井口防噴器（18）進入地層。
其中，控制機構包括液壓油路一（13）、液壓油路二（14）、三位四通閥（15）、液壓油路三（16）與蓄能器（17），半柱體橡膠擋板（10）的一側通過伸縮機構（11）與液壓缸（12）連接；液壓缸（12）通過液壓油路一（13）、液壓油路二（14）與三位四通閥（15）連接，三位四通換向閥（15）通過液壓油路三（16）與蓄能器（17）連接。
本發明的靶式流量計（5）採用可伸縮插入式的靶式流量計，梯形結構體（4）的梯形結構一側的左側安裝靶式流量計（5）。
半柱體橡膠擋板（10）安裝在梯形結構體（4）的方形結構一側，且半柱形結構的凸面朝向方形結構一側。
靶式流量計（5）包括阻流件（5.1）、伸縮杆（5.2）、電容力傳感器（5.3）、顯示輸出部（5.4），所述阻流件（5.1）通過伸縮杆（5.2）設置在梯形結構體（4）的梯形結構一側內腔，伸縮杆（5.2）的外側設有電容力傳感器（5.3），顯示輸出部（5.4）設置最外端。在管流中垂直於流動方向安裝一個圓盤形阻流件，稱之為「靶」。流體經過時，由於受阻將對靶產生作用力，此作用力與流速的平方成正比。通過測量靶所受作用力，可以求出流體流速。因此，鑽井液返出流速越快，測量精度就會越高。
本發明提到的一種提高鑽井液返出流量測量靈敏度的井口喇叭口短節的使用方法，包括以下步驟：
鑽進時，半柱體橡膠擋板（10）關閉，蓄能器（17）將液壓油通過液壓油路三（16）控制三位四通換向閥（15）換向，然後通過液壓油路一（13）將高壓油推入液壓閥左右液壓關閉腔時，推動活塞帶動半柱體橡膠擋板（10）向井口中心移動，完全貼緊鑽柱（19），減小鑽柱振動，實現梯形結構體（4）的方形結構一側的環空封閉動作，迫使返回鑽井液全部從梯形結構體（4）的梯形結構一側的環空流過，有效提高返回鑽井液流速；
起下鑽時，可控半柱體橡膠擋板（10）開啟，蓄能器（17）將液壓油通過液壓油路三（16）控制三位四通換向閥（15）換向，然後通過液壓油路二（14）將高壓油推入液壓閥左右液壓開啟腔時，推動活塞帶動橡膠擋板（10）向梯形結構體（4）的方形一側移動，實現梯形結構體（4）的方形一側環空打開動作，回到方形結構內，實現梯形結構體（4）的方形結構一側環空打開動作，不會影響鑽具的上提、下放。
另外，需要說明的是：鑽井過程中，氣體侵入鑽井液後，上升過程中由於壓力下降，造成體積膨脹，使得鑽井液流速加快。由於鑽井過程一般是定排量鑽進，所以鑽井液返出流速基本不變。如果突然變大超過某一範圍，則可判斷是氣侵。
還有，本發明利用梯形的結構體內部相對於方形或圓柱形結構體來說，結構內梯形一側的測量點處流線及速度分布理想，極大的提高了測量精度。
以上所述，僅是本發明的部分較佳實施例，任何熟悉本領域的技術人員均可能利用上述闡述的技術方案加以修改或將其修改為等同的技術方案。因此，依據本發明的技術方案所進行的任何簡單修改或等同置換，盡屬於本發明要求保護的範圍。