一种控压钻井地面多参数在线监测系统

1.本实用新型涉及石油钻井设备领域，尤其涉及一种控压钻井地面多参数在线监测系统。


背景技术：

2.随着油气勘探开发工作的不断深入，勘探开发领域正逐渐转向深层、深水和非常规等复杂地层。一般复杂地层的“安全密度窗口”较窄，应用常规钻探技术时易出现井涌、井漏、卡钻等一系列钻井复杂问题，井筒流动安全控制问题突出，已成为严重影响和制约复杂地层油气勘探开发的技术瓶颈。
3.控压钻井技术（mpd）是近年来发展起来的一项钻井新技术，其核心是通过相应的装备系统实时调控井口回压，从而间接控制井底压力，使其一直处于“钻井安全密度窗口”内，可有效预防和控制井漏和溢流，避免井下复杂，大幅度降低非常生产时间。控压钻井技术已经成为当前解决复杂地层钻井井筒压力控制难题最有效的技术手段。控压钻井技术自问世以来，经过多年的发展，技术体系日趋完善，井筒压力的控制精度也持续提高，发展出的精细控压钻井系统井底压力控制精度可达
±
0.35mpa，已经成为了一项安全高效钻井的钻井装备新利器，相关装备也已实现国产化。
4.目前，精细控压钻井技术已在现场得到了规模化应用，取得了很好的应用成效，但现有的精细控压钻井技术还存在如下问题：现有钻井参数监测系统不能实现对钻井工程参数及流体等多参数的在线监测，不能为作业人员评估钻井风险提供全面实时的钻井参数。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种控压钻井地面多参数在线监测系统，利用地面多参数在线监测系统实现了钻井工程参数及流体等多参数的在线监测，为作业人员进行钻井安全风险实时智能识别提供了数据基础，使井筒压力控制更具前瞻性。
6.本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
7.一种控压钻井地面多参数在线监测系统，包括参数监测主机、无线通信装置以及分别与无线通信装置无线连接的立压传感器p1、压力控制管汇压力监测装置、套压传感p9、钻井液流量监测装置、回压补偿管汇流量监测装置、气液分离器监测装置、分级加注装置注浆管线传感器f7和泥浆返出支路钻井液流变性监测装置r1。
8.其中，立压传感器p1安装在钻井立管上，用于采集石油钻井作业过程中的立管压力；压力控制管汇压力监测装置安装在压力控制管汇上，用于采集压力控制管汇内部的液压；套压传感器p9安装在井内套管上，用采集地面施加到井内套管上的压力；钻井液流量监测装置安装在钻井液的出口和入口处，用于采集钻井液的出入流量；回压补偿管汇流量监测装置安装回压补偿管汇上，用于采集回压补偿的钻井液流量；气液分离器监测装置安装在气液分离器上，用于采集气液分离器的出液流量、排气量和气体组分；分级加注装置注浆
管线传感器f7安装在分级加注装置注浆管上，用于采集分级加注装置的注浆压力；泥浆返出支路钻井液流变性监测装置r1安装在泥浆返出支路上，用于采集泥浆返出支路的钻井液流变性参数；参数监测主机与无线通信装置连接。
9.压力控制管汇压力监测装置包括压力控制管汇压力传感器p2、压力控制管汇压力传感器p3、压力控制管汇压力传感器p4、压力控制管汇压力传感器p5、压力控制管汇压力传感器p6、压力控制管汇压力传感器p7和压力控制管汇压力传感器p8；无线通信装置分别与压力控制管汇压力传感器p3、压力控制管汇压力传感器p4、压力控制管汇压力传感器p5、压力控制管汇压力传感器p6、压力控制管汇压力传感器p7和压力控制管汇压力传感器p8建立无线通信连接。
10.钻井液流量监测装置包括钻井液入口流量计f1和钻井液出口流量计f5；钻井液入口流量计f1设置在钻井液入口处，钻井液出口流量计f5设置在钻井液出口处；无线通信装置分别与钻井液入口流量计f1和钻井液出口流量计f5建立无线通信连接。
11.回压补偿管汇流量监测装置包括回压补偿管汇流量计f2和回压补偿管汇流量计f3；无线通信装置分别与回压补偿管汇流量计f2和回压补偿管汇流量计f3建立无线通信连接。
12.气液分离器监测装置包括气液分离器排气管压力传感器p
10
、气液分离器出液管流量计f4、气液分离器排气管气体流量计f6、气液分离器出液管钻井液流变性监测装置r2和气液分离器排气管气体组分监测装置；无线无线通信装置分别与气液分离器排气管压力传感器p
10
、气液分离器出液管流量计f4、气液分离器排气管气体流量计f6、气液分离器出液管钻井液流变性监测装置r2和气液分离器排气管气体组分监测装置。
13.本实用新型的有益效果：本实用新型利用地面多参数在线监测系统实现了钻井工程参数及流体等多参数的在线监测，为作业人员进行钻井安全风险实时智能识别，以及油气钻井井筒压力的远程智能主动控制提供核心的基础数据，使井筒压力控制更具前瞻性。
附图说明
14.图1是本实用新型的电气原理框图；
15.图2是压力控制管汇压力传感器安装示意图；
16.图3是实用新型的进一步应用实施例示意图；
17.附图中，1-立压传感器p1，2-压力控制管汇压力传感器p2，3-压力控制管汇压力传感器p3，4-压力控制管汇压力传感器p4，5-压力控制管汇压力传感器p5，6-压力控制管汇压力传感器p6，7-压力控制管汇压力传感器p7，8-压力控制管汇压力传感器p8，9-套压传感器p9，10-气液分离器排气管压力传感器p
10
，11-流量计f2，12-回压补偿管汇流量计f3，13-电控节流阀v1，14-电控节流阀v2，15-电控节流阀v3，16-三通t6，17-三通t8。
具体实施方式
18.为了对本实用新型的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本实用新型的技术方案精选以下详细说明。显然，所描述的实施案例是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例，不能理解为对本实用新型可实施范围的限定。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例，都属于
本实用新型的保护范围。
19.本实用新型针对现有钻井参数监测系统不能实现对钻井工程参数及流体等多参数的在线监测，不能为作业人员评估钻井风险提供全面实时的钻井参数的问题，设计了一种控压钻井地面多参数在线监测系统，利用地面多参数在线监测系统实现了钻井工程参数及流体等多参数的在线监测，该系统的具体设计过程见下列实施例。
20.实施例一：
21.本实施例中，控压钻井系统主要包括钻井立管、钻井套管、压力控制管汇、分级加注装置、气液分离器和泥浆返出支路等钻井设备，石油钻井作业人员在进行钻井安全风险实时智能识别和油气钻井井筒压力的远程智能主动控制过程中，需要根据上述钻井设备的实时运行参数进行分析，因此需要一种全面的钻井设备参数实时监测系统。
22.本实施例中，如图1所示，一种控压钻井地面多参数在线监测系统，应用于控压钻井系统设备运行参数的实时在线监测，地面多参数在线监测系统包括参数监测主机、无线通信装置以及分别与无线通信装置无线连接的立压传感器p11、压力控制管汇压力监测装置、套压传感p9、钻井液流量监测装置、回压补偿管汇流量监测装置、气液分离器监测装置、分级加注装置注浆管线传感器f7和泥浆返出支路钻井液流变性监测装置r1。
23.其中，立压传感器p11安装在钻井立管上，用于采集石油钻井作业过程中的立管压力；压力控制管汇压力监测装置安装在压力控制管汇上，用于采集压力控制管汇内部的液压；套压传感器p99安装在井内套管上，用采集地面施加到井内套管上的压力；钻井液流量监测装置安装在钻井液的出口和入口处，用于采集钻井液的出入流量；回压补偿管汇流量监测装置安装回压补偿管汇上，用于采集回压补偿的钻井液流量；气液分离器监测装置安装在气液分离器上，用于采集气液分离器的出液流量、排气量和气体组分；分级加注装置注浆管线传感器f7安装在分级加注装置注浆管上，用于采集分级加注装置的注浆压力；泥浆返出支路钻井液流变性监测装置r1安装在泥浆返出支路上，用于采集泥浆返出支路的钻井液流变性参数；参数监测主机与无线通信装置连接。无线通信装置可以选用
24.钻井液流变性参数包括视粘度、塑性粘度、结构粘度、静切力，动切力，它们之间的关系较能代表泥浆的流变特性。
25.压力控制管汇压力监测装置包括压力控制管汇压力传感器p22、压力控制管汇压力传感器p33、压力控制管汇压力传感器p44、压力控制管汇压力传感器p55、压力控制管汇压力传感器p66、压力控制管汇压力传感器p77和压力控制管汇压力传感器p88；无线通信装置分别与压力控制管汇压力传感器p33、压力控制管汇压力传感器p44、压力控制管汇压力传感器p55、压力控制管汇压力传感器p66、压力控制管汇压力传感器p77和压力控制管汇压力传感器p88建立无线通信连接。
26.其中，压力控制管汇压力传感器p2~p8的作用是相同的，均用于测量压力的，其安装位置如下：压力传感器p2、p3安装于电控节流阀v315两侧，距离电控节流阀v315的距离为0.2~0.5m；p4、p5安装于电控节流阀v214两侧，距离电控节流阀v214的距离为0.2~0.5m；p6、p7安装于电控节流阀v113两侧，距离电控节流阀v113的距离为0.2~0.5m；p8安装位置为距离三通t616 处1.0~2.0m。
27.压力控制管汇压力传感器p2、p3测量的压力值是电控节流阀v315调控开度的依据，压力控制管汇压力传感器p2、p3测量值的差值就是电控节流阀的节流压降；同时，电控节流
阀收到调整指令是压力的指令，然后开始调节开度，之后根据这一开度时的压力值是否达到指令给定的压力值，若没有达到，则继续调整开度，若达到了，则停止调节开度。
28.同理，压力控制管汇压力传感器p4、p5测量的压力值是电控节流阀v214调控开度的依据；压力控制管汇压力传感器p6、p7测量的压力值是电控节流阀v113调控开度的依据。
29.钻井液流量监测装置包括钻井液入口流量计f1和钻井液出口流量计f5；钻井液入口流量计f1设置在钻井液入口处，钻井液出口流量计f5设置在钻井液出口处；无线通信装置分别与钻井液入口流量计f1和钻井液出口流量计f5建立无线通信连接。
30.回压补偿管汇流量监测装置包括回压补偿管汇流量计f211和回压补偿管汇流量计f312；无线通信装置分别与回压补偿管汇流量计f211和回压补偿管汇流量计f312建立无线通信连接。流量计f211位于电控节流阀v214和三通t616之间；流量计f312位于三通t616和三通t817之间，与三通t616距离为 0.5~1.5m。
31.气液分离器监测装置包括气液分离器排气管压力传感器p
10
10、气液分离器出液管流量计f4、气液分离器排气管气体流量计f6、气液分离器出液管钻井液流变性监测装置r2和气液分离器排气管气体组分监测装置；无线无线通信装置分别与气液分离器排气管压力传感器p
10
10、气液分离器出液管流量计f4、气液分离器排气管气体流量计f6、气液分离器出液管钻井液流变性监测装置r2和气液分离器排气管气体组分监测装置。
32.实施例二：
33.本实施例中，在实施例一提供的设备基础上进一步对系统中各个监测装置和传感器的作用进行设计说明。
34.本实施例中，地面多参数在线监测系统还可以增加现有的综合录井系统和钻机本身自带的数据采集监控系统，数据来源于录井数据中心。参数监测主机选用带有无线通信功能的电脑终端。
35.在本实施例设计的地面多参数在线监测系统中，压力传感器的个数为10个；流量计的个数为6个，其中液相流量计5个，气相流量计1个；气相组分监测装置的个数为至少1个；钻井液流变性监测装置的个数为至少1个。
36.本实施例中的地面多参数在线监测系统中，其压力传感器、流量计、钻井液流变性监测装置并非需要全部配置，可根据现场具体的作业模式按要求进行选配，也可全部配置，根据需要采集相应的必须参数。
37.气液分离器排气管气体组分监测装置需至少能测量硫化氢、甲烷、二氧化碳三种气体的组分及含量。
38.地面多参数在线监测系统中各参数采集传感器的采样频率保持一致，且可以根据现场综合录井系统的数据采样频率进行调整。
39.压力传感器、流量计、组分分析装置、钻井液流变性监测装置等测试的数据通过无线局域网和参数监测主机相连接，每个监测传感器上均安装一个无线信号发射模块，参数监测主机安装有无线信号接收模块，具体可在参数监测主机中设置一接收天线,在地面多参数在线监测系统中的传感器和装置内设置一发射天线，通过在发射天线与接收天线之间近距离产生的交变电磁场实现信号的无线传输，因此系统不受仪器的影响，无线连接，安装拆除也方便。此外，也可以根据实际需要选用其它石油钻井传感器无线通信装置进行通信，如蓝牙、wifi、uwb等通信装置。
40.本实施例中，如图3所示，还可以在地面多参数在线监测系统的参数监测主机上安装现有的数据整合软件，可实现在线监测数据、录井数据等多源大容量数据的预处理、存储及统一平台显示。
41.参数监测主机设有连接录井系统的端口，可通过通信网络设备和其它钻井远程监测及控制系统相连接。地面多参数在线监测系统各监测设备的采样频率与录井系统的采样频率保持一致。
42.本实施例的地面多参数在线监测系统可以为油气钻井井筒压力的远程智能主动控制提供核心的基础数据。
43.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。