断结果发送给回压控制机构，由其控制节流阀开度，改变回压来重新达到 不溢不漏的平衡状态，保证钻井作业安全。
[005引本实施例的系统，主要有两大系统组成：测量系统与上位机系统。其中测量系统包 括泥浆累入口流量测量模块、回压累入口流量测量模块、钻井液返出流量测量模块W及系 统采集模块，主要负责实施测量采集钻井液流量参数及参数的变化；上位机系统主要包括 系统分析计算模块，主要负责将采集系统采集到的钻井液参数变化的数据进行分析计算， 进而确定系统所处状态。本实施例中测量模块与系统采集模块、系统分析计算模块之间通 过基金会现场总线连接，保证数据的快速安全传输。各功能模块之间用基金会现场总线连 接，能够快速传输数据，判断井下情况，及时发现井下事故，改善传统观察法测量的延迟性， 为事故处理争取时间。
[0化9] 本实施例中的流量测量模块主要通过=种方式进行测量：
[0060] (1)通过连接到钻杆的累冲计量装置（测量范围一般为0-500冲/分），通过测量 柱塞的冲数来计算实时流量和累积流量；
[0061] (2)通过安装在入口出的高精度的质量流量计，质量流量计可直接测量通过流量 计的介质的质量流量，还可测量介质的密度及间接测量介质的温度。能够直接获得流体的 质量、流量和密度=种参数；
[0062] (3)通过上水罐安装的液位传感器，通过液位计的测量值来获得流量参数。具体 的，可根据现场情况灵活选择上述方式。
[0063] 系统采集模块采用分布式的数据采集控制，测量模块实时测量的各种参数及设备 状态，通过数字信号传输到采集模块，采集模块将该些信号翻译成上位机能接收的信息，并 将之传递至系统分析计算模块。系统分析计算模块分析计算得到的参数，并最终得出结果。 将判断结果发送给回压控制机构，由其控制节流阀开度，改变回压来重新达到不溢不漏的 平衡状态，保证钻井作业安全。本发明可W用于油气井钻井中快速发现井底溢流和漏失。
[0064] 本实施例中的利用监控钻井液参数变化来快速发现井下溢流和漏失的系统，通过 实时测量泥浆累入口流量、回压累入口流量W及钻井液返出流量的来快速判断井下情况。 测量模块的质量流量计可W直接测量流体的体积、质量、密度等参数，所W可通过判断分析 =种参数的瞬时、稳态和累积的变化来判断系统循环状态，快速发现井下异常情况。
[0065] 体积比较，钻井液可视为不可压缩液体，利用传统方法即比较一段时间内累入与 返出泥浆体积之差的大小来判断井下情况。由于本发明的方法是对累入返出钻井液的实时 监测，改善了传统方法需钻井液返出后才能测量而产生的延迟性；另一方面，由于采用了高 精度的流量计，可W检测出微小的流量变化。相比于传统方法，精确度大大提高。
[0066] 质量比较，在进行正常钻井作业时，通过液气分离器及振动筛将泥浆所携岩屑、 泥沙作适当处理并考虑井筒内钻井液的正内常损耗后，可W认为：在正常情况（未发生溢 流或井漏），累入井筒内钻井液质量和返出钻井液质量应当符合质量守恒定律，累入量及 返出量应当是相等；当发生溢流时，随着地层流体的侵入，返出量必然会大于累入量。当发 生井漏时，由于泥浆渗入地层中，必然会使返出总量少与累入量。为了排除一些影响因素， 如泥浆累上水效率不稳等，所W累积一段时间内累入钻井液与排除钻井液质量的差值，根 据的差值的正负，可W判断井下状态，有无溢流或井漏发生；此外，根据差值变化的快慢， 可进一步判断溢流、井漏的严重程度，可W为应对措施的选择提供指导。
[0067] 密度比较，在钻井过程中，钻井液密度也是一个重要的参数。钻进时，由于钻头破 碎的岩屑是通过钻井液携带，所W返出钻井液密度会变大，经过振动筛等设备处理后，密度 会回归正常值；而另一方面，一般地层流体密度要低于钻井液密度，所W当发生溢流时，地 层流体进入井筒会使返出钻井液泥浆密会比累入钻井液密度小，二者之差愈大，说明溢流 越严重。所W，可根据返出钻井液密度的变化情况来判断是否发生溢流，W及溢流的严重程 度。
[0068] 如图5所示，为本实施例的系统结构图。本发明提出的一种利用监控钻井液参数 变化来快速发现井下溢流和漏失的方法，步骤如下：
[0069] ①将泥浆累入口流量测量系统、回压累入口流量测量系统、钻井液返出流量测量 系统、系统采集模块、系统分析计算模块等部分通过基金会现场总线相连，调试系统数据传 输直至正常。
[0070] ②根据实际钻井参数确定钻井液参数（体积、质量、密度）在工作中的正常波动范 围（允许偏差范围），由于钻井过程中，有很多因素会导致流体参数变化，所W需要根据具 体钻井参数（井深、井型、压力、排量等）来确定体积、质量、密度的正常波动范围。例如对于 井深5000米的直井可设定其1分钟体积流量波动为0?80以质量流量波动为0?120KG， 密度波动为0?0.02g/cm 3。
[0071] ⑨对比瞬时出入口体积流量，若相同则继续比较，若出现偏差，则开始累积累入与 返出钻井液体积之差，进行积分计算，将结果与设定的体积正常波动范围进行比较：
[0072]
【主权项】
1. 一种确定井下状态的方法，所述井下状态包括：溢流状态、漏失状态及不溢不漏状 态，其特征在于，所述的方法包括： 采集累入钻井液流量参数和返出钻井液的实时流量参数，其中，所述实时流量参数包 括；钻井液的瞬时质量、瞬时体积流量及密度； 根据所述累入钻井液流量参数和返出钻井液的流量参数确定累入钻井液与返出钻井 液的瞬时质量、瞬时体积流量及密度变化值； 根据所述累入钻井液与返出钻井液的瞬时质量、瞬时体积流量及密度变化值确定实时 井下状态。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的累入钻井液流量参数包括：泥浆累入 口流量参数和回压累入口流量参数。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根据所述累入钻井液与返出钻井液 的瞬时质量、瞬时体积流量及密度变化值确定实时井下状态包括： 根据所述累入钻井液与返出钻井液的瞬时质量、瞬时体积流量及密度变化值与预先确 定的参数波动范围确定实时井下状态。
4. 一种确定井下状态的装置，所述井下状态包括：溢流状态、漏失状态及不溢不漏状 态，其特征在于，所述的装置包括： 采集模块，用于采集累入钻井液流量参数和返出钻井液的实时流量参数，其中，所述实 时流量参数包括；钻井液的瞬时质量、瞬时体积流量及密度； 变化值确定模块，用于根据所述累入钻井液流量参数和返出钻井液的流量参数确定累 入钻井液与返出钻井液的瞬时质量、瞬时体积流量及密度变化值； 状态确定模块，用于根据所述累入钻井液与返出钻井液的瞬时质量、瞬时体积流量及 密度变化值确定实时井下状态。
5. 如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的累入钻井液流量参数包括：泥浆累入 口流量参数和回压累入口流量参数。
6. 如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的根据所述累入钻井液与返出钻井液 的瞬时质量、瞬时体积流量及密度变化值确定实时井下状态包括： 根据所述累入钻井液与返出钻井液的瞬时质量、瞬时体积流量及密度变化值与预先确 定的参数波动范围确定实时井下状态。
7. -种井下状态控制方法，所述井下状态包括：溢流状态、漏失状态及不溢不漏状态， 其特征在于，所述的方法包括： 采集累入钻井液流量参数和返出钻井液的实时流量参数，其中，所述实时流量参数包 括；钻井液的瞬时质量、瞬时体积流量及密度； 根据所述累入钻井液流量参数和返出钻井液的流量参数确定累入钻井液与返出钻井 液的瞬时质量、瞬时体积流量及密度变化值； 根据所述累入钻井液与返出钻井液的瞬时质量、瞬时体积流量及密度变化值确定实时 井下状态； 根据确定的实时井下状态调整井下节流阀开度实时控制井下保持不溢不漏的状态。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的累入钻井液流量参数包括：泥浆累入 口流量参数和回压累入口流量参数。
9. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的根据所述累入钻井液与返出钻井液 的瞬时质量、瞬时体积流量及密度变化值确定实时井下状态包括： 根据所述累入钻井液与返出钻井液的瞬时质量、瞬时体积流量及密度变化值与预确定 的参数波动范围确定实时井下状态。
10. -种井下状态控制装置，所述井下状态包括：溢流状态、漏失状态及不溢不漏状 态，其特征在于，所述的装置包括： 采集模块，用于采集累入钻井液流量参数和返出钻井液的实时流量参数，其中，所述实 时流量参数包括；钻井液的瞬时质量、瞬时体积流量及密度； 变化值确定模块，用于根据所述累入钻井液流量参数和返出钻井液的流量参数确定累 入钻井液与返出钻井液的瞬时质量、瞬时体积流量及密度变化值； 状态确定模块，用于根据所述累入钻井液与返出钻井液的瞬时质量、瞬时体积流量及 密度变化值确定实时井下状态； 控制模块，用于根据确定的实时井下状态调整井下节流阀开度实时控制井下保持不溢 不漏的状态。
11. 如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述的累入钻井液流量参数包括；泥浆累 入口流量参数和回压累入口流量参数。
12. 如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述的根据所述累入钻井液与返出钻井 液的瞬时质量、瞬时体积流量及密度变化值确定实时井下状态包括： 根据所述累入钻井液与返出钻井液的瞬时质量、瞬时体积流量及密度变化值与预确定 的参数波动范围确定实时井下状态。
【专利摘要】本发明提供了确定井下状态的方法、装置及状态控制方法、装置，井下状态包括：溢流状态、漏失状态及不溢不漏状态，确定井下状态的方法包括：采集泵入钻井液流量参数和返出钻井液的实时流量参数，实时流量参数包括：钻井液的瞬时质量、瞬时体积流量及密度；根据所述泵入钻井液流量参数和返出钻井液的流量参数确定泵入钻井液与返出钻井液的瞬时质量、瞬时体积流量及密度变化值；根据泵入钻井液与返出钻井液的瞬时质量、瞬时体积流量及密度变化值确定实时井下状态。本发明三种参数方法相互配合使用，同时考虑了时间的影响，分对各参数瞬时分析，稳态校正，长时间观察，能够确保判断结果的准确性。
【IPC分类】E21B49-08, E21B47-00
【公开号】CN104533407
【申请号】CN201410327895
【发明人】姜英健, 滕学清, 刘伟, 朱金智, 周英操, 李宁, 王瑛, 文志明, 王倩, 郭庆丰, 王凯, 马鹏鹏, 张兴全, 崔堂波
【申请人】中国石油天然气集团公司, 中国石油集团钻井工程技术研究院
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年7月10日