钻井液流量检测装置及方法与流程

文档序号:11062186
钻井液流量检测装置及方法与制造工艺

本发明涉及钻井工程领域,特别是涉及到一种钻井液流量检测装置及方法。



背景技术:

钻井过程中,溢流、井涌、井漏等异常现象的及时发现对于安全钻井起着重要的作用。钻井液出入口流量的准确检测是发现以上异常现象的重要手段之一。常规出口流量检测通常采用靶式流量计测量,依靠出口钻井液的冲击力使挡靶位置发生变化,带动可变电阻旋转,产生信号变化,从而间接反映出口钻井液的流量变化,但在现场应用中存在安装困难、数据不真实、环境影响大等缺点。现场入口流量的检测是根据钻井液泵参数、冲次检测理论计算获得的,检测的准确性也会受到钻井液泵冲次数检测情况、泵的实际上水效率预测值等因素的影响,存在着不稳定性。为此我们发明了一种新的钻井液流量检测装置,解决了以上技术问题。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种能够定量检测钻井液出口和入口的流量,还能够通过对出口和入口流量、累计体积等数据的对比实现溢流、井涌、井漏等异常情况的准确预报的钻井液流量检测装置及方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现:钻井液流量检测装置,该钻井液流量检测装置包括入口流量检测装置探头、超声波测距装置、出口流量检测装置探头、入口流量数据采集处理模块、出口流量数据采集处理模块、录井仪数据采集系统和井下复杂情况分析系统,该入口流量检测装置探头安装在钻井液入口管道上,检测钻井液入口管道的流体流速,该超声波测距装置、该出口流量检测装置探头分别安装在钻井液出口管道上,该出口流量检测装置探头检测钻井液出口管道的流体流速,该超声波测距装置测量钻井液出口管道液面的高度,该入口流量数据采集处理模块连接于该入口流量检测装置探头,并将钻井液入口管道的流体流速数据进行信号处理,该出口流量数据采集处理模块分别连接于该超声波测距装置、该出口流量检测装置探头,将钻井液出口管道的流体流速数据和钻井液出口管道液面的高度数据进行信号处理,该录井仪数据采集系统连接于该入口流量数据采集处理模块和该出口流量数据采集处理模块,并将它们输出的信号传输给该井下复杂情况分析系统,该井下复杂情况分析系统连接于该录井仪数据采集系统,进行数据存储、显示、回放、分析。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现:

该入口流量检测装置探头包括发射探头和接收探头,该发射探头和该接收探头分别用卡子和超声耦合剂固定到钻井液入口管线的两侧顺应钻井液流动的方向。

该出口流量检测装置探头包括一个发射探头和两个接收探头,均安装在钻井液出口管道顺应钻井液流动的方向,该发射探头安装在中间,所述两个接收探头分别安装在两侧。

该钻井液流量检测装置还包括防爆箱,该入口流量数据采集处理模块和该出口流量数据采集处理模块封装在该防爆箱中,该入口流量数据采集处理模块将钻井液入口管道的流体流速数据进行整形滤波、单片机数据处理、滑动平均、485隔离信号输出、模拟信号输出,该出口流量数据采集处理模块将钻井液出口管道的流体流速数据和钻井液出口管道液面的高度数据进行整形滤波、单片机数据处理、滑动平均、485隔离信号输出、模拟信号输出。

该防爆箱包括分别与该入口流量检测装置探头、该超声波测距装置、该出口流量检测装置探头连接的接线口,与该录井仪数据采集系统连接的485总线和4-20mA模拟输出的接口。

该入口流量数据采集处理模块和该出口流量数据采集处理模块做在同一个电路板上,或分别制版。

该入口流量数据采集处理模块和该出口流量数据采集处理模块采用与该录井仪数据采集系统配套的24V直流供电,该入口流量检测装置探头、该超声波测距装置、该出口流量检测装置探头采用正15V直流供电。

该入口流量检测装置探头通过屏蔽线连接于该入口流量数据采集处理模块,该超声波测距装置、该出口流量检测装置探头分别通过屏蔽线连接于该出口流量数据采集处理模块。

该录井仪数据采集系统通过网线或RS232与该井下复杂情况分析系统进行数据传输,该井下复杂情况分析系统显示并存储实时数据,单独控制入口和出口的系数设置,进行数据回放和曲线回放,并实时绘制钻井液入口和出口的流量曲线,计算一段时间通过入口和出口管道的流体累计体积数,并通过对两条曲线或累计体积数进行对比实现井下复杂情况预测分析。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现:钻井液流量检测方法,该钻井液流量检测方法采用钻井液流量检测装置,该钻井液流量检测方法包括:(1)将该钻井液流量 检测装置的入口流量检测装置探头安装在钻井液入口管道,将出口流量检测装置探头、超声波测距装置安装在钻井液出口管道,该入口流量检测装置探头检测钻井液入口管道的流体流速,该出口流量检测装置探头检测钻井液出口管道的流体流速,该超声波测距装置测量钻井液出口管道液面的高度;(2)将该入口流量检测装置探头通过屏蔽线连接于该钻井液流量检测装置的防爆箱中的入口流量数据采集处理模块,将该出口流量检测装置探头、该超声波测距装置通过屏蔽线连接于该防爆箱中的该出口流量数据采集处理模块,该入口流量数据采集处理模块将钻井液入口管道的流体流速数据进行信号处理,该出口流量数据采集处理模块将钻井液出口管道的流体流速数据和钻井液出口管道液面的高度数据进行信号处理;(3)将该入口流量数据采集处理模块、该出口流量数据采集处理模块通过485总线或4~20mA模拟输出连接于该钻井液流量检测装置的录井仪数据采集系统;(4)该录井仪数据采集系统通过网线或RS232连接于该钻井液流量检测装置的井下复杂情况分析系统,并将该入口流量数据采集处理模块、该出口流量数据采集处理模块输出的信号传输给该井下复杂情况分析系统;(5)该井下复杂情况分析系统将信号转化成具体数据,在显示屏上显示,并进行井下复杂情况预测分析。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现:

在步骤(5)中,该井下复杂情况分析系统计算并显示一段时间内通过入口和出口管道的流体累计体积数,时间长度根据实际情况设置为1分钟、5分钟、10分钟,对比各时间段内入口和出口管道的流体累计体积数的大小,预报井下复杂情况;入口管道累计体积数大于出口管道累计体积数,预报为井漏;入口管道累计体积数小于出口管道累计体积数,预报为溢流或井喷;

该井下复杂情况分析系统还接入录井仪或钻井参数仪的泵冲、泵压、钻井液池体积、井深、气测值这些参数,进行辅助判断,使得井下异常情况预测更加准确;

该井下复杂情况分析系统还接入录井或钻井报警系统,将井下异常情况通过声光报警方式通知相关工作人员。

本发明中的钻井液流量检测装置,定量的检测钻井液入口和出口流量,取代常用的出口采用靶式流量计、入口采用理论计算的方法,从根本上提高了流量检测的精度,实现了井控数据的全部定量分析,能够实现钻井液入口和出口的实时定量检测和分析,对于溢流、井涌、井漏等异常情况的发现具有重要意义,对于油气勘探具有显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明的钻井液流量检测装置的一具体实施例的结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举出较佳实施例,并配合附图所示,作详细说明如下。

如图1所示,图1为本发明的钻井液流量检测装置的结构图。该钻井液流量检测装置由入口流量检测装置探头3、超声波测距装置4、出口流量检测装置探头5、入口流量数据采集处理模块6、出口流量数据采集处理模块7、防爆箱8、录井仪数据采集系统9、井下复杂情况分析系统10组成。

入口流量检测装置探头3安装到钻井液入口管道1上,通过屏蔽线与入口流量数据采集处理模块6连接。入口流量检测装置探头3检测钻井液入口管道1的流体流速。在一实施例中,入口流量检测装置探头3采用多普勒超声测速方式,钻井液为固液气三相流体,满足多普勒测流速的条件。入口流量检测装置探头3包含一个发射探头和一个接收探头,安装在钻井液入口管道1两侧顺应钻井液流动的方向,加入超声耦合剂后牢固贴合管壁。因钻井液入口管道1与泥浆泵是硬连接,在工作过程中震动强烈,入口流量检测装置探头3需要使用夹具固定。在钻井过程中,钻井液入口管线为满管,入口流量即为入口液体流动速度与入口管线横截面积的乘积。

入口流量数据采集处理模块6连接于入口流量检测装置探头3,接收其检测到的钻井液入口管道1的流体流速。在一实施例中,入口流量数据采集处理模块6采用与录井仪配套的24V供电,并由如lm2576等电路对入口流量检测装置探头3提供正15V直流供电。入口流量数据采集处理模块6具有整形滤波、单片机数据处理、滑动平均、485隔离信号输出、模拟信号输出等功能。

超声波测距装置4、出口流量检测装置探头5分别安装到钻井液出口管道2上,通过屏蔽线与出口流量数据采集处理模块7连接。出口流量检测装置探头5检测钻井液出口管道2的流体流速。在一实施例中,钻井液出口管线一般不满管,出口流量测量采用超声波多普勒测速和超声波测距装置结合计算,出口流量检测装置探头5具有一个发射探头和两个接收探头,均安装在钻井液出口管道2顺应钻井液流动的方向,发射探头安装在中间,两个接收探头分别安装在两侧,超声波测距装置4安装在管线上侧,要求精度必须达到毫米级,消除流量较小时弧形管道对测量结果的影响,根据超声波测距装置4测量的液面高度计算出钻井液出口管道2中流体的截面积,乘以流速即为出口流量。

超声波测距装置4测量钻井液出口管道2液面的高度。通过超声波测距装置4测量的钻 井液出口管道2的液面高度计算管道中流体的横截面积。

当钻井液高度占管径的一半时,公式为:

S=πD2/8

当钻井液高度小于或大于管径的一半时,公式为:

式中,S——流体横截面积;

D——管径;

d——钻井液高度;

a——管道中心与液面连线的角度。

出口流量数据采集处理模块7分别连接于超声波测距装置4、出口流量检测装置探头5,接收出口流量检测装置探头5检测到的钻井液出口管道2的流体流速,超声波测距装置4测量到的钻井液出口管道2液面的高度。在一实施例中,出口流量数据采集处理模块7采用与录井仪配套的24V供电,并由如lm2576等电路对出口流量检测装置探头5提供正15V直流供电。出口流量数据采集处理模块7具有整形滤波、单片机数据处理、滑动平均、485隔离信号输出、模拟信号输出等功能。

入口流量数据采集处理模块6和出口流量数据采集处理模块7既可做在同一个电路板上,也可以分别制版,入口和出口可各自组成流量传感器并进行数字和模拟输出。

入口流量数据采集处理模块6和出口流量数据采集处理模块7封装到防爆箱8中,防爆箱8制作按照ExnRIb、IP67等标准,具有入口流量检测装置探头3、出口流量检测装置探头5和超声波测距装置4的接线口,也有485总线和4-20mA模拟输出的接口。防爆箱8通过485总线或4-20mA模拟信号线与录井仪数据采集系统9连接。

录井仪数据采集系统9连接于井下复杂情况分析系统10,将数据传输至上位机的井下复杂情况分析系统10。在一实施例中,通过网线或RS232等方式传输至井下复杂情况分析系统10进行数据存储、显示、回放、分析等操作。

井下复杂情况分析系统10可以显示并存储实时数据,单独控制入口和出口的系数设置。可以进行数据回放和曲线回放,并实时绘制钻井液入口和出口的流量曲线,计算一段时间通过入口和出口管道的流体累计体积数,具有通过对两条曲线或累计体积数进行对比实现井下复杂情况预测分析的功能。通过井下复杂情况分析系统10软件在PC端完成 钻井液流量数据的记录、监测和井下复杂情况分析等工作,满足钻井井控等工作的需求。

在一实施例中,井下复杂情况分析系统10能够计算并显示一段时间内通过入口和出口管道的流体累计体积数,时间长度可根据实际情况设置为1分钟、5分钟、10分钟等,对比各时间段内入口和出口管道的流体累计体积数的大小,可以预报井下复杂情况。如入口管道累计体积数大于出口管道累计体积数,可预报为井漏;入口管道累计体积数小于出口管道累计体积数,可预报为溢流或井喷。

井下复杂情况分析系统10还能接入录井仪或钻井参数仪的泵冲、泵压、钻井液池体积、井深、气测值等参数,进行辅助判断,使得井下异常情况预测更加准确。

井下复杂情况分析系统10能够接入录井或钻井报警系统,将井下异常情况通过声光报警等方式通知相关工作人员。

本发明的钻井液流量检测方法采用了如图1所示的钻井液流量检测装置,该钻井液流量检测方法包括:

(1)将该钻井液流量检测装置的入口流量检测装置探头3安装在钻井液入口管道,将出口流量检测装置探头5、超声波测距装置4安装在钻井液出口管道,该入口流量检测装置探头3检测钻井液入口管道的流体流速,该出口流量检测装置探头5检测钻井液出口管道的流体流速,该超声波测距装置4测量钻井液出口管道液面的高度;

(2)将该入口流量检测装置探头3通过屏蔽线连接于该钻井液流量检测装置的防爆箱8中的入口流量数据采集处理模块6,将出口流量检测装置探头5、超声波测距装置4通过屏蔽线连接于该钻井液流量检测装置的防爆箱8中的出口流量数据采集处理模块7,该入口流量数据采集处理模块6将钻井液入口管道的流体流速数据进行信号处理,该出口流量数据采集处理模块7将钻井液出口管道的流体流速数据和钻井液出口管道液面的高度数据进行信号处理;

(3)将该入口流量数据采集处理模块6、该出口流量数据采集处理模块7通过485总线或4~20mA模拟输出连接于该钻井液流量检测装置的录井仪数据采集系统9;

(4)该录井仪数据采集系统9通过网线或RS232连接于该钻井液流量检测装置的井下复杂情况分析系统10,并将该入口流量数据采集处理模块6、该出口流量数据采集处理模块7输出的信号传输给该井下复杂情况分析系统10;

(5)该井下复杂情况分析系统10将信号转化成具体数据,在显示屏上显示,并进行井下复杂情况预测分析。

井下复杂情况分析系统10能够计算并显示一段时间内通过入口和出口管道的流体累 计体积数,时间长度可根据实际情况设置为1分钟、5分钟、10分钟等,对比各时间段内入口和出口管道的流体累计体积数的大小,可以预报井下复杂情况。如入口管道累计体积数大于出口管道累计体积数,可预报为井漏;入口管道累计体积数小于出口管道累计体积数,可预报为溢流或井喷。

井下复杂情况分析系统10还能接入录井仪或钻井参数仪的泵冲、泵压、钻井液池体积、井深、气测值等参数,进行辅助判断,使得井下异常情况预测更加准确。

井下复杂情况分析系统10能够接入录井或钻井报警系统,将井下异常情况通过声光报警等方式通知相关工作人员。

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