气体钻井岩屑返出监测系统和监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油钻探技术领域，具体而言，涉及一种气体钻井岩肩返出监测系统和一种气体钻井岩肩返出监测方法。
【背景技术】
[0002]气体钻井是利用空气或其他气体作为循环介质的钻井技术，在低压、易漏或水敏性强的泥页岩等地层钻进时，具有常规钻井液钻井不可比拟的优越性。气体钻井过程中，钻头工作产生的岩肩需要通过循环介质携带到地面，经排砂管线进入排砂坑内，井底岩肩能否及时有效地返出，关系着钻井的安全和效率。
[0003]目前，常用的判断岩肩返出是否正常的方法有:排砂管出口人工观察法、注气压力变化分析法和岩肩对排砂管的作用力监测分析法等，对监测岩肩返出情况起到了一定作用，为气体钻井安全施工提供了帮助。
[0004]上述方法存在以下问题:①人工观察法虽方法简单，但由于气体钻井时岩肩量相比与气体量较小，岩肩返出量微小变化时难以人为及时准确判断；②注气压力变化分析法求解需要一定假设条件，且理论性较强，不利于现场应用；③排砂管受力监测分析法通过岩肩与排砂管线相互作用力间接分析岩肩量返出是否正常，影响干扰因素多，监测结果受影响。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种能够在气体钻井中岩肩返出随钻监测的气体钻井岩肩返出监测系统。
[0006]因此，本发明的技术方案如下:
[0007]一种气体钻井岩肩返出监测系统，包括:
[0008]固体流量计，安装在排砂管线上，用于监测所述排砂管线上排出岩肩的流量并发送至处理器；
[0009]绞车变送器，连接至气体钻井上的绞车，用于监测所述绞车的角位移并发送至所述处理器；
[0010]所述处理器，连接至所述固体流量计和所述绞车变送器，用于对接收到的岩肩流量和绞车角位移进行对比，根据单位角位移对应的岩肩排量判断岩肩流量的数值是否与绞车角位移相匹配。
[0011]在该技术方案中，通过固体流量传感器(即固体流量计)直接监测返出岩肩量，并与钻头单位进尺(利用绞车角位移进行计算)产生的岩肩量对比，来判断岩肩返出是否正常，能够为钻井异常预警提供实时资料，避免井下事故的发生，实现安全钻井生产。
[0012]所述的气体钻井岩肩返出监测系统还包括警报装置，连接至所述处理器，所述处理器还用于在判断结果为否时向所述警报装置发送警报信号，所述警报装置在接收到警报信号时发出警报，方便工作人员及时处理故障。
[0013]所述固体流量计为微波传感器，微波传感器不断地向管道中发射低能量微波信号，能量被流动的岩肩颗粒散射并被传感器接收，根据多普勒原理，由移动的物体反射的回波与发射波在频率上有频差，此频差与岩肩的流速成正比，因此可以测量出岩肩的流速，通过移动岩肩反射的微波能量可测量岩肩的密度，从而测量出岩肩流量。
[0014]所述绞车变送器可以安装在绞车滚筒的导气龙头的转动轴上对绞车的角位移进行监测。
[0015]具体而言，所述处理器包括绞车变送器调理电路、固体流量监测调理电路、采样/保持器、多路模拟开关、A/D转换器、逻辑控制器和，上位机，所述绞车变送器依次通过所述绞车变送，器调理电路、所述采样/保持器、所述多路模拟开关、所述A/D转换器连接至所述上位机，所述固体流量计依次通过所述固体流量监测调理电路、所述采样/保持器、所述多路模拟开关、所述A/D转换器连接至所述上位机，所述绞车变送器调理电路用于对从所述绞车变送器接收到的信号进行放大、滤波和电气隔离，所述固体流量监测调理电路用于对从所述固体流量计接收到的信号进行放大、滤波和电气隔离，所述上位机还通过所述逻辑控制电路连接至所述采样/保持器、所述多路模拟开关和所述A/D转换器。
[0016]本发明还提供了一种气体钻井岩肩返出监测方法，包括:
[0017]监测排砂管线上排出岩肩的流量；
[0018]监测体钻井上绞车的角位移；
[0019]对接收到的岩肩流量和绞车角位移进行对比，根据单位角位移对应的岩肩排量判断岩肩流量的数值是否与绞车角位移相匹配。
[0020]在该技术方案中，通过直接监测返出岩肩量，并与钻头单位进尺(利用绞车角位移进行计算)产生的岩肩量对比，来判断岩肩返出是否正常，能够为钻井异常预警提供实时资料，避免井下事故的发生，实现安全钻井生产。
[0021]进一步，所述的气体钻井岩肩返出监测方法还包括在判断结果为否时发出警报。
【附图说明】
[0022]图1是根据本发明实施例的气体钻井岩肩返出监测系统的示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0024]如图1所示，根据本发明的实施例的气体钻井岩肩返出监测系统，包括:
[0025]固体流量计4，安装在排砂管线5上，用于监测所述排砂管线5上排出岩肩的流量并发送至处理器2 ;
[0026]绞车变送器3，连接至气体钻井上的绞车，用于监测所述绞车的角位移并发送至所述处理器2 ;
[0027]所述处理器2，连接至所述固体流量计4和所述绞车变送器3，用于对接收到的岩肩流量和绞车角位移进行对比，根据单位角位移对应的岩肩排量判断岩肩流量的数值是否与绞车角位移相匹配。
[0028]其中，如果排砂管线5上设有降尘装置，应当将固体流量计4安装在降尘装置6前，如图1中所示，7为排砂坑。
[0029]在该技术方案中，通过固体流量传感器(即固体流量计4)直接监测返出岩肩量，并与钻头单位进尺(利用绞车角位移进行计算)产生的岩肩量对比，来判断岩肩返出是否正常，能够为钻井异常预警提供实时资料，避免井下事故的发生，实现安全钻井生产。
[0030]一般来说，除裂缝发育地层外，钻头钻进单位地层返出岩肩量是一定的，通过工程录井监测的机械钻速和迟到时间等，可以计算出采样周期内钻头进尺所产生的岩肩量，可以采取理论上钻头单位进尺破碎的岩石量(体积)与岩肩的实际返出量(体积)之比，来判断岩肩床的形成与否。如果每米实际返出的岩肩量远远小于理论上每米破碎的岩石量，就说明循环介质携岩不畅通，有可能发生井壁坍塌、沉砂卡钻等堵塞井筒环空通道。
[0031]所述的气体钻井岩肩返出监测系统还包括警报装置8，连接至所述处理器2，所述处理器2还用于在判断结果为否时向所述警报装置8发送警报信号，所述警报装置8在接收到警报信号时发出警报，方便工作人员及时处理故障。
[0032]所述固体流量计4为微波传感器，微波传感器不断地向管道中发射低能量微波信号，能量被流动的岩肩颗粒散射并被传感器接收，根据多普勒原理，由移动的物体反射的回波与发射波在频率上有频差，此频差与岩肩的流速成