鑽井液流量檢測裝置及方法與流程

2023-06-30 09:00:31 1

本發明涉及鑽井工程領域，特別是涉及到一種鑽井液流量檢測裝置及方法。

背景技術：

鑽井過程中，溢流、井湧、井漏等異常現象的及時發現對於安全鑽井起著重要的作用。鑽井液出入口流量的準確檢測是發現以上異常現象的重要手段之一。常規出口流量檢測通常採用靶式流量計測量，依靠出口鑽井液的衝擊力使擋靶位置發生變化，帶動可變電阻旋轉，產生信號變化，從而間接反映出口鑽井液的流量變化，但在現場應用中存在安裝困難、數據不真實、環境影響大等缺點。現場入口流量的檢測是根據鑽井液泵參數、衝次檢測理論計算獲得的，檢測的準確性也會受到鑽井液泵衝次數檢測情況、泵的實際上水效率預測值等因素的影響，存在著不穩定性。為此我們發明了一種新的鑽井液流量檢測裝置，解決了以上技術問題。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種能夠定量檢測鑽井液出口和入口的流量，還能夠通過對出口和入口流量、累計體積等數據的對比實現溢流、井湧、井漏等異常情況的準確預報的鑽井液流量檢測裝置及方法。

本發明的目的可通過如下技術措施來實現：鑽井液流量檢測裝置，該鑽井液流量檢測裝置包括入口流量檢測裝置探頭、超聲波測距裝置、出口流量檢測裝置探頭、入口流量數據採集處理模塊、出口流量數據採集處理模塊、錄井儀數據採集系統和井下複雜情況分析系統，該入口流量檢測裝置探頭安裝在鑽井液入口管道上，檢測鑽井液入口管道的流體流速，該超聲波測距裝置、該出口流量檢測裝置探頭分別安裝在鑽井液出口管道上，該出口流量檢測裝置探頭檢測鑽井液出口管道的流體流速，該超聲波測距裝置測量鑽井液出口管道液面的高度，該入口流量數據採集處理模塊連接於該入口流量檢測裝置探頭，並將鑽井液入口管道的流體流速數據進行信號處理，該出口流量數據採集處理模塊分別連接於該超聲波測距裝置、該出口流量檢測裝置探頭，將鑽井液出口管道的流體流速數據和鑽井液出口管道液面的高度數據進行信號處理，該錄井儀數據採集系統連接於該入口流量數據採集處理模塊和該出口流量數據採集處理模塊，並將它們輸出的信號傳輸給該井下複雜情況分析系統，該井下複雜情況分析系統連接於該錄井儀數據採集系統，進行數據存儲、顯示、回放、分析。

本發明的目的還可通過如下技術措施來實現：

該入口流量檢測裝置探頭包括發射探頭和接收探頭，該發射探頭和該接收探頭分別用卡子和超聲耦合劑固定到鑽井液入口管線的兩側順應鑽井液流動的方向。

該出口流量檢測裝置探頭包括一個發射探頭和兩個接收探頭，均安裝在鑽井液出口管道順應鑽井液流動的方向，該發射探頭安裝在中間，所述兩個接收探頭分別安裝在兩側。

該鑽井液流量檢測裝置還包括防爆箱，該入口流量數據採集處理模塊和該出口流量數據採集處理模塊封裝在該防爆箱中，該入口流量數據採集處理模塊將鑽井液入口管道的流體流速數據進行整形濾波、單片機數據處理、滑動平均、485隔離信號輸出、模擬信號輸出，該出口流量數據採集處理模塊將鑽井液出口管道的流體流速數據和鑽井液出口管道液面的高度數據進行整形濾波、單片機數據處理、滑動平均、485隔離信號輸出、模擬信號輸出。

該防爆箱包括分別與該入口流量檢測裝置探頭、該超聲波測距裝置、該出口流量檢測裝置探頭連接的接線口，與該錄井儀數據採集系統連接的485總線和4-20mA模擬輸出的接口。

該入口流量數據採集處理模塊和該出口流量數據採集處理模塊做在同一個電路板上，或分別製版。

該入口流量數據採集處理模塊和該出口流量數據採集處理模塊採用與該錄井儀數據採集系統配套的24V直流供電，該入口流量檢測裝置探頭、該超聲波測距裝置、該出口流量檢測裝置探頭採用正15V直流供電。

該入口流量檢測裝置探頭通過屏蔽線連接於該入口流量數據採集處理模塊，該超聲波測距裝置、該出口流量檢測裝置探頭分別通過屏蔽線連接於該出口流量數據採集處理模塊。

該錄井儀數據採集系統通過網線或RS232與該井下複雜情況分析系統進行數據傳輸，該井下複雜情況分析系統顯示並存儲實時數據，單獨控制入口和出口的係數設置，進行數據回放和曲線回放，並實時繪製鑽井液入口和出口的流量曲線，計算一段時間通過入口和出口管道的流體累計體積數，並通過對兩條曲線或累計體積數進行對比實現井下複雜情況預測分析。

本發明的目的還可通過如下技術措施來實現：鑽井液流量檢測方法，該鑽井液流量檢測方法採用鑽井液流量檢測裝置，該鑽井液流量檢測方法包括：(1)將該鑽井液流量 檢測裝置的入口流量檢測裝置探頭安裝在鑽井液入口管道，將出口流量檢測裝置探頭、超聲波測距裝置安裝在鑽井液出口管道，該入口流量檢測裝置探頭檢測鑽井液入口管道的流體流速，該出口流量檢測裝置探頭檢測鑽井液出口管道的流體流速，該超聲波測距裝置測量鑽井液出口管道液面的高度；(2)將該入口流量檢測裝置探頭通過屏蔽線連接於該鑽井液流量檢測裝置的防爆箱中的入口流量數據採集處理模塊，將該出口流量檢測裝置探頭、該超聲波測距裝置通過屏蔽線連接於該防爆箱中的該出口流量數據採集處理模塊，該入口流量數據採集處理模塊將鑽井液入口管道的流體流速數據進行信號處理，該出口流量數據採集處理模塊將鑽井液出口管道的流體流速數據和鑽井液出口管道液面的高度數據進行信號處理；(3)將該入口流量數據採集處理模塊、該出口流量數據採集處理模塊通過485總線或4～20mA模擬輸出連接於該鑽井液流量檢測裝置的錄井儀數據採集系統；(4)該錄井儀數據採集系統通過網線或RS232連接於該鑽井液流量檢測裝置的井下複雜情況分析系統，並將該入口流量數據採集處理模塊、該出口流量數據採集處理模塊輸出的信號傳輸給該井下複雜情況分析系統；(5)該井下複雜情況分析系統將信號轉化成具體數據，在顯示屏上顯示，並進行井下複雜情況預測分析。

本發明的目的還可通過如下技術措施來實現：

在步驟(5)中，該井下複雜情況分析系統計算並顯示一段時間內通過入口和出口管道的流體累計體積數，時間長度根據實際情況設置為1分鐘、5分鐘、10分鐘，對比各時間段內入口和出口管道的流體累計體積數的大小，預報井下複雜情況；入口管道累計體積數大於出口管道累計體積數，預報為井漏；入口管道累計體積數小於出口管道累計體積數，預報為溢流或井噴；

該井下複雜情況分析系統還接入錄井儀或鑽井參數儀的泵衝、泵壓、鑽井液池體積、井深、氣測值這些參數，進行輔助判斷，使得井下異常情況預測更加準確；

該井下複雜情況分析系統還接入錄井或鑽井報警系統，將井下異常情況通過聲光報警方式通知相關工作人員。

本發明中的鑽井液流量檢測裝置，定量的檢測鑽井液入口和出口流量，取代常用的出口採用靶式流量計、入口採用理論計算的方法，從根本上提高了流量檢測的精度，實現了井控數據的全部定量分析，能夠實現鑽井液入口和出口的實時定量檢測和分析，對於溢流、井湧、井漏等異常情況的發現具有重要意義，對於油氣勘探具有顯著的經濟效益和社會效益。

附圖說明

圖1為本發明的鑽井液流量檢測裝置的一具體實施例的結構圖。

具體實施方式

為使本發明的上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合附圖所示，作詳細說明如下。

如圖1所示，圖1為本發明的鑽井液流量檢測裝置的結構圖。該鑽井液流量檢測裝置由入口流量檢測裝置探頭3、超聲波測距裝置4、出口流量檢測裝置探頭5、入口流量數據採集處理模塊6、出口流量數據採集處理模塊7、防爆箱8、錄井儀數據採集系統9、井下複雜情況分析系統10組成。

入口流量檢測裝置探頭3安裝到鑽井液入口管道1上，通過屏蔽線與入口流量數據採集處理模塊6連接。入口流量檢測裝置探頭3檢測鑽井液入口管道1的流體流速。在一實施例中，入口流量檢測裝置探頭3採用都卜勒超聲測速方式，鑽井液為固液氣三相流體，滿足都卜勒測流速的條件。入口流量檢測裝置探頭3包含一個發射探頭和一個接收探頭，安裝在鑽井液入口管道1兩側順應鑽井液流動的方向，加入超聲耦合劑後牢固貼合管壁。因鑽井液入口管道1與泥漿泵是硬連接，在工作過程中震動強烈，入口流量檢測裝置探頭3需要使用夾具固定。在鑽井過程中，鑽井液入口管線為滿管，入口流量即為入口液體流動速度與入口管線橫截面積的乘積。

入口流量數據採集處理模塊6連接於入口流量檢測裝置探頭3，接收其檢測到的鑽井液入口管道1的流體流速。在一實施例中，入口流量數據採集處理模塊6採用與錄井儀配套的24V供電，並由如lm2576等電路對入口流量檢測裝置探頭3提供正15V直流供電。入口流量數據採集處理模塊6具有整形濾波、單片機數據處理、滑動平均、485隔離信號輸出、模擬信號輸出等功能。

超聲波測距裝置4、出口流量檢測裝置探頭5分別安裝到鑽井液出口管道2上，通過屏蔽線與出口流量數據採集處理模塊7連接。出口流量檢測裝置探頭5檢測鑽井液出口管道2的流體流速。在一實施例中，鑽井液出口管線一般不滿管，出口流量測量採用超聲波都卜勒測速和超聲波測距裝置結合計算，出口流量檢測裝置探頭5具有一個發射探頭和兩個接收探頭，均安裝在鑽井液出口管道2順應鑽井液流動的方向，發射探頭安裝在中間，兩個接收探頭分別安裝在兩側，超聲波測距裝置4安裝在管線上側，要求精度必須達到毫米級，消除流量較小時弧形管道對測量結果的影響，根據超聲波測距裝置4測量的液面高度計算出鑽井液出口管道2中流體的截面積，乘以流速即為出口流量。

超聲波測距裝置4測量鑽井液出口管道2液面的高度。通過超聲波測距裝置4測量的鑽 井液出口管道2的液面高度計算管道中流體的橫截面積。

當鑽井液高度佔管徑的一半時，公式為：

S＝πD2/8

當鑽井液高度小於或大於管徑的一半時，公式為：

式中，S——流體橫截面積；

D——管徑；

d——鑽井液高度；

a——管道中心與液面連線的角度。

出口流量數據採集處理模塊7分別連接於超聲波測距裝置4、出口流量檢測裝置探頭5，接收出口流量檢測裝置探頭5檢測到的鑽井液出口管道2的流體流速，超聲波測距裝置4測量到的鑽井液出口管道2液面的高度。在一實施例中，出口流量數據採集處理模塊7採用與錄井儀配套的24V供電，並由如lm2576等電路對出口流量檢測裝置探頭5提供正15V直流供電。出口流量數據採集處理模塊7具有整形濾波、單片機數據處理、滑動平均、485隔離信號輸出、模擬信號輸出等功能。

入口流量數據採集處理模塊6和出口流量數據採集處理模塊7既可做在同一個電路板上，也可以分別製版，入口和出口可各自組成流量傳感器並進行數字和模擬輸出。

入口流量數據採集處理模塊6和出口流量數據採集處理模塊7封裝到防爆箱8中，防爆箱8製作按照ExnRIb、IP67等標準，具有入口流量檢測裝置探頭3、出口流量檢測裝置探頭5和超聲波測距裝置4的接線口，也有485總線和4-20mA模擬輸出的接口。防爆箱8通過485總線或4-20mA模擬信號線與錄井儀數據採集系統9連接。

錄井儀數據採集系統9連接於井下複雜情況分析系統10，將數據傳輸至上位機的井下複雜情況分析系統10。在一實施例中，通過網線或RS232等方式傳輸至井下複雜情況分析系統10進行數據存儲、顯示、回放、分析等操作。

井下複雜情況分析系統10可以顯示並存儲實時數據，單獨控制入口和出口的係數設置。可以進行數據回放和曲線回放，並實時繪製鑽井液入口和出口的流量曲線，計算一段時間通過入口和出口管道的流體累計體積數，具有通過對兩條曲線或累計體積數進行對比實現井下複雜情況預測分析的功能。通過井下複雜情況分析系統10軟體在PC端完成 鑽井液流量數據的記錄、監測和井下複雜情況分析等工作，滿足鑽井井控等工作的需求。

在一實施例中，井下複雜情況分析系統10能夠計算並顯示一段時間內通過入口和出口管道的流體累計體積數，時間長度可根據實際情況設置為1分鐘、5分鐘、10分鐘等，對比各時間段內入口和出口管道的流體累計體積數的大小，可以預報井下複雜情況。如入口管道累計體積數大於出口管道累計體積數，可預報為井漏；入口管道累計體積數小於出口管道累計體積數，可預報為溢流或井噴。

井下複雜情況分析系統10還能接入錄井儀或鑽井參數儀的泵衝、泵壓、鑽井液池體積、井深、氣測值等參數，進行輔助判斷，使得井下異常情況預測更加準確。

井下複雜情況分析系統10能夠接入錄井或鑽井報警系統，將井下異常情況通過聲光報警等方式通知相關工作人員。

本發明的鑽井液流量檢測方法採用了如圖1所示的鑽井液流量檢測裝置，該鑽井液流量檢測方法包括：

(1)將該鑽井液流量檢測裝置的入口流量檢測裝置探頭3安裝在鑽井液入口管道，將出口流量檢測裝置探頭5、超聲波測距裝置4安裝在鑽井液出口管道，該入口流量檢測裝置探頭3檢測鑽井液入口管道的流體流速，該出口流量檢測裝置探頭5檢測鑽井液出口管道的流體流速，該超聲波測距裝置4測量鑽井液出口管道液面的高度；

(2)將該入口流量檢測裝置探頭3通過屏蔽線連接於該鑽井液流量檢測裝置的防爆箱8中的入口流量數據採集處理模塊6，將出口流量檢測裝置探頭5、超聲波測距裝置4通過屏蔽線連接於該鑽井液流量檢測裝置的防爆箱8中的出口流量數據採集處理模塊7，該入口流量數據採集處理模塊6將鑽井液入口管道的流體流速數據進行信號處理，該出口流量數據採集處理模塊7將鑽井液出口管道的流體流速數據和鑽井液出口管道液面的高度數據進行信號處理；

(3)將該入口流量數據採集處理模塊6、該出口流量數據採集處理模塊7通過485總線或4～20mA模擬輸出連接於該鑽井液流量檢測裝置的錄井儀數據採集系統9；

(4)該錄井儀數據採集系統9通過網線或RS232連接於該鑽井液流量檢測裝置的井下複雜情況分析系統10，並將該入口流量數據採集處理模塊6、該出口流量數據採集處理模塊7輸出的信號傳輸給該井下複雜情況分析系統10；

(5)該井下複雜情況分析系統10將信號轉化成具體數據，在顯示屏上顯示，並進行井下複雜情況預測分析。

井下複雜情況分析系統10能夠計算並顯示一段時間內通過入口和出口管道的流體累 計體積數，時間長度可根據實際情況設置為1分鐘、5分鐘、10分鐘等，對比各時間段內入口和出口管道的流體累計體積數的大小，可以預報井下複雜情況。如入口管道累計體積數大於出口管道累計體積數，可預報為井漏；入口管道累計體積數小於出口管道累計體積數，可預報為溢流或井噴。

井下複雜情況分析系統10還能接入錄井儀或鑽井參數儀的泵衝、泵壓、鑽井液池體積、井深、氣測值等參數，進行輔助判斷，使得井下異常情況預測更加準確。

井下複雜情況分析系統10能夠接入錄井或鑽井報警系統，將井下異常情況通過聲光報警等方式通知相關工作人員。