一种溢流井漏监测装置的制作方法

本实用新型石油勘探开发钻井工程技术领域，尤其涉及井涌井漏监测的装置。

背景技术：

井涌井漏是钻井中严重而又普遍的井下复杂情况，如不及时发现可能会造成井喷甚至更严重事故，因此及时发现早期井涌井漏尤为重要，目前国内钻井现场发现井涌井漏是通过监测泥浆总池体积和相对流量变化判断是否发生溢流和井漏。

当前的检测方法存在以下不足。

常规泥浆罐的内空截面积约为20m²，当溢流或井漏量小于1m³时，4个泥浆罐的液面高度变化不到1cm，而泥浆池液位监测装置误差在1cm左右，因此对小于1m³的溢流和井漏不能够进行准确监测。用总池体积和相对流量参数判断溢流和井漏，此方法粗略、滞后的，难以排除当泥浆中含气泡造成的干扰。

技术实现要素：

本实用新型就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种溢流井漏监测装置，其能快速准确的发现早期溢流和井漏。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。

一种溢流井漏监测装置，包括钻井出口流量监测单元及钻井入口流量监测单元。

所述入口流量监测单元包括电磁流量计，该电磁流量计用于检测钻井上水管线内流量。

所述出口流量监测单元包括流量计短接单元及缓冲槽。

该流量计短接单元包括主管、分别与主管相连通的左支管及右支管，且左支管的两端分别与主管相连通，右支管的两端分别与主管相连通；所述左支管、右支管上各设置有一科氏力流量计，所述主管上设置有主气动刀闸阀；流量计短接单元的主管的一端与缓冲槽通过法兰相连接，流量计短接单元的另一端通过钢丝绳吊挂在钻井平台下方，并与井口引流管通过软管相连接，且用金属卡子卡紧密封；所述缓冲槽设置在钻井的震动筛缓冲槽上。

作为本实用新型的一种优选方案，左支管与右支管的位置相对而设，左支管分布于主管一侧，右支管分布于主管另一侧；左支管的两端与主管连接处各设置有一气动刀闸阀，右支管两端与主管连接处各设置有一气动刀闸阀。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述左支管、右支管的形状相同，均呈“匚”字状，两个匚字状结构相对而设、与主管相连，形成“中”字状结构。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述缓冲槽（非震动筛缓冲槽）为矩形箱体，矩形箱体前端中下部设置有无缝钢管接口，用于连接主管；矩形箱体后端底面设置有排浆口或排浆管。

作为本实用新型的另一种优选方案，排浆口及排浆管的截面呈圆形、矩形或三角形，排浆口及排浆管的尺寸能够保证箱体带有砂泥的泥浆能正常排出。

作为本实用新型的另一种优选方案，科氏力流量计及电磁流量计分别通过RS485转RS232串口转换模块与PC机串口相连，气动刀闸阀通过气管线与气源相连，该气管线上还设置有气动二联件及电磁阀。

一种溢流井漏监测方法，包括以下步骤。

步骤1、监测出口瞬时流量并计算累计出口体积流量。

通过流量计监测出口返出的瞬时泥浆量，得到输出瞬时质量流量Mflowout、密度Mdoa及温度参数；计算得出瞬时出口体积流量Vflowout；当使用两台科氏力流量计时，瞬时出口体积流量为两台流量计的瞬时体积流量之和。

Vflowout＝Mflowout /Mdoa。

实时计算累计出口体积流量G Vflowout，累计出口体积流量等于当前累计出口体积流量Gt Vflowout与瞬时出口体积流量之和。

G Vflowout=Gt Vflowout+ Vflowout。

步骤2、监测入口瞬时流量并计算累计入口体积流量。

通过安装在泥浆泵上水管线上的电磁流量计，实时监测泵入瞬时泥浆量，并得到瞬时入口体积流量Vflowin，当钻井有三台泥浆泵时，入口体积流量为三台泥浆泵安装的电磁流量计瞬时流量之和。

累计入口体积流量G Vflowin等于当前累计出口体积流量Gt Vflowin与瞬时入口体积流量之和。

G Vflowin= Vflowin+ Gt Vflowin。

步骤3、预警值计算与预警触发。

预警值计算中。

预警值采用出、入口瞬时体积流量的差值RTFD。

RTFD= Vflowout-Vflowin。

设定流量差预警门限，当流量差RTFD>0.5L/s或RTFD<0.5L/s时，开始计算溢流/漏失的泥浆体积变化量CTV和持续预警时间Time。

开始实时记录持续预警时间Time。

将累计出口体积流量G Vflowout与累计入口体积流量G Vflowin做差值计算得基础差值BD。

开始计算溢流/漏失的泥浆体积量变化量CTV。

CTV=G Vflowout-G Vflowin-BD。

开始计算溢流/漏失的速度speed rate。

Speed rate= CTV/Time。

预警触发：通过对流量差值RTFD、溢流/漏失的泥浆体积量CTV和持续预警时间Time三个参数进行判断。

若：-0.5 L/s<RTFD<0.5 L/s且 -0.2 m3<CTV<0.2 m3且Time<180 s，则没有警报被激发。

若：RTFD>0.5 L/s或RTFD<-0.5 L/s; CTV<0.2 m3; Time<180 s 则RTFD警报被激发。

若：RTFD>0.5 L/s; CTV>0.2 m3; Time<180 s 则RTFD、CTV警报被激发。

若：RTFD<-0.5 L/s; CTV<-0.2 m3; Time<180 s 则RTFD、CTV警报被激发。

若：RTFD>0.5 L/s; CTV<0.2 m3; Time>180 s 则RTFD、Time警报被激发。

若：RTFD<-0.5 L/s; CTV<0.2 m3; Time>180 s 则RTFD、Time警报被激发。

若RTFD>0.5 L/s; CTV<0.2 m3;Time>180 s 则RTFD、CTV、Time警报被激发。

若RTFD<-0.5 L/s; CTV<-0.2 m3; Time>180s 则RTFD、CTV、Time警报被激发。

与现有技术相比本实用新型有益效果。

1、实现了钻井出口流量和入口流量的实时定量监测。

2、能够快速准确的识别早期井涌井漏。

3、能够快速准确的计算溢流漏失量及速度，方便钻井技术人员评价溢流漏失程度，并采取相应措施。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。本实用新型保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1是本实用新型溢流井漏监测装置整体安装侧视示意图。

图2是本实用新型流量计短接单元俯视示意图。

图3是本实用新型缓冲槽示意图。

图4是本实用新型控制箱箱内示意图。

图5是本实用新型校验检测示意图。

图6是本实用新型溢流/井漏监测流程。

图中，1为导管组、2为气动刀闸阀、3为科氏力流量计、4为电磁流量计、5为泥浆泵、6为缓冲槽、7为控制箱、8为法兰、9为井口引流管、10为软管、11为震动筛缓冲槽、12泥浆罐、13为无缝弯头、14为主管、16为矩形排浆口、17为一米长的无缝钢管、18为隔爆箱、19为接线排、20为二位三通电磁阀、21为气动二联件、22为气管线、23为气管线快插、24为继电器、25为穿板接头、26为网线接口、27为防爆航空插头、28为气源接口。

具体实施方式

如图1-6所示，作为本实用新型的一种具体实施方式，经过现场多次试验，再保证安全稳固的前提下，减小安装成本，最终择优而选的设备规格和组装方式如下。

一种溢流井漏监测装置包括：钻井出口流量监测装置和入口流量监测装置。

1、钻井出口流量监测装置包括流量监测装置。

（1）流量监测装置由导管组、流量计短接单元、缓冲槽组成。

①导管组：用于流量计短接单元、缓冲单元的相互连接及与外部的连接。如图1，由法兰连接多段无缝钢管组成，选取DN300国标PN1.6Mpa的法兰；无缝钢管尺寸同样参照井队原导管尺寸，通常选壁厚为12mm；外径为325mm的无缝钢管。

②流量计短接单元：该流量计短接单元包括主管、分别与主管相连通的左支管及右支管，且左支管的两端分别与主管相连通，右支管的两端分别与主管相连通；所述左支管、右支管上各设置有一科氏力流量计，所述主管上设置有主气动刀闸阀；流量计短接单元的主管的一端与缓冲槽通过法兰相连接，流量计短接单元的另一端通过钢丝绳吊挂在钻井平台下方，且与井口引流管通过软管相连接，并用金属卡子卡紧密封；所述缓冲槽落坐在泥浆罐上方的震动筛缓冲槽上。泥浆泵与泥浆罐侧下方通过管线相连通；该管线上设置有电磁流量计。

如图2，选取两台口径为DN250的科氏力流量计（内测量管为两根平行的口径为80mm的微弯管），选取4个材质为316L的DN250、90°无缝弯头，两端焊接承压1.6Mpa的国标DN250法兰，焊接后的90°弯头与流量计（自带DN250法兰）通过法兰形式连接好，选取一段与导管组相同材质的DN300无缝钢管4m，钢管两端焊接承压1.6Mpa的国标DN300法兰，对应接好弯头的流量计长度，钢管对称面两端管壁上分别开两个焊口，然后将这四个焊口分别焊接上一端带法兰，长度为0.4m的 DN250无缝钢管，再将接好弯头的两台流量计通过法兰连接方式连接到钢管两侧，组成流量计短接单元。

③缓冲槽：如图3，由几组厚钢板焊接而成的矩形箱体，钢板厚度在8mm厚，矩形箱体前端中下部焊接1米长的无缝钢管，无缝钢管尺寸同样参照井队原导管尺寸，通常选壁厚为12mm；外径为325mm的无缝钢管，在钢管前端焊接DN300国标PN1.6Mpa的法兰；后端箱底底面焊有矩形排浆口（大小要求保证箱体带有砂泥的泥浆能正常排出）。

（2）、①气动刀闸阀：如图2，选取口径为DN300的PZH673-10P气动刀闸阀（主气动刀闸阀）1台，选取口径为DN250的PZH673-10P气动刀闸阀12共4台。

②用于放置控制装置的控制箱：控制箱用于气动控制中介和信号传输中介，如图4，控制箱为不锈钢材质隔爆箱，箱内固定有接线排、继电器、电磁阀（气动刀闸阀）、气动二联件、气管线、气管线快插。箱体左侧壁和下侧壁分别安有防爆穿板接头、防爆航空插头。接线排、继电器、电磁阀接线端用信号线按正确接法相接；（继电器控制电磁阀为本领域惯用手段，本领域技术人员可由公共渠道获知实现方法，在此不多加赘述。）气动二联件、气管线快插、穿板接头用气管线相连；在综合录井房的UPS取220V稳定电压，经过开关电源输出DC 24V电源，通过电源线供给控制箱，控制箱通过箱内接线排输出两组DC 24V电源分别给两台流量计供电；流量计输出的485信号通过信号线接至控制箱航空插头，然后通过连接信号线接至室内485转232串口模块，模块接至计算机串口，以显示流量参数；箱体下部防爆穿板接头接现场气源（由气源接口进入），箱体左侧壁的3组防爆穿板接头接溢流井漏监测装置管线的气动刀闸阀上，具体接法为，一组接直通阀门，另外两组分别接流量1路阀门和流量2路阀门。

2、入口流量监测装置。

入口流量监测装置：如图1，选取法拉第原理的电磁流量计，尺寸要配合钻井泥浆泵上水管线尺寸选择，选取口径为250mm的流量计，钻井泥浆安装时，将电磁流量计串联安装在泥浆泵上水管线上（钻井有几台泵就安装几台电磁流量计）。

实际操作。

如图2所示，按照实施例步骤将流量计短接单元连接好，再将流量计短接单元前后与导管用法兰相连，然后将缓冲槽直管法兰（如图3）与流量接短接单元后侧法兰（如图2）相连，然后控制箱固定在缓冲槽侧面（如图1），然后将气动阀门气源接口与控制箱输出气源接口一一对应接好，再将质量流量计与控制箱通过信号线相连；将整个连接好的装置替换钻井出口导管安装在井口和震动筛之间。

如图1所示，将电磁流量计安装在泵上水管线上；将流量计和控制箱通过信号线、网线（网线接口）连接至PC计算机；计算机控制气动阀门开关；通过监测方法，自动监测溢流、井漏。正式使用流量监测装置监测前需要进行调校检查程序，该操作的目的是确保科氏力流量计的测量值是正确的，同时测量通过传感器的最大流量，以避免溢出井口。（注意：在测试期间，需要始终有人在钻台检查井口泥浆液面，缓慢增加排量至井口泥浆液面升至在距引流管敞口0.5米时请发出警告）。

如图5所示，调校检查操作。

1 – 停止泥浆泵。

2 – 打开流量监测装置管路中阀旁路气动阀门（即科氏力流量计路）。

3 –关闭直通气动阀门。

4 – 开泵，增加排量至 10 L/s ，同时等待振动筛房内返出分流槽泥浆的稳定性。

5 – 一旦录井确认泥浆排量，继续增加排量至20 L/s ，同时观察振动筛房内返出分流槽泥浆的稳定性。

6 –一旦录井确认泥浆排量，继续增加排量至30 L/s ，同时观察振动筛房内返出分流槽泥浆的稳定性。

7 –一旦录井确认泥浆排量，缓慢增加排量至40 L/s ，同时观察井口泥浆液面和振动筛房内返出分流槽泥浆的稳定性。

8 –一旦录井确认泥浆排量，缓慢增加排量至50 L/s ，同时观察井口泥浆液面和振动筛房内返出分流槽泥浆的稳定性。

9 –一旦录井确认泥浆排量，缓慢增加排量至60 L/s ，同时观察井口泥浆液面和振动筛房内返出分流槽泥浆的稳定性。

11 –一旦录井确认泥浆排量，缓慢增加排量至井口泥浆液面在钻台转盘面1.5米，这也就是FLOWMONITOR允许的最大排量。

12 – 一旦录井确认了最大排量，就将排量降到55 L/s，等待振动筛房内返出泥浆稳定排出。

13 – 一旦录井确认排量，就将排量降到45 L/s，等待振动筛房内返出泥浆稳定排出。

14 – 一旦录井确认排量，就将排量降到35 L/s，等待振动筛房内返出泥浆稳定排出。

15 – 一旦录井确认排量，就将排量降到25 L/s，等待振动筛房内返出泥浆稳定排出。

16 –一旦录井确认排量，就将排量降到15 L/s，等待振动筛房内返出泥浆稳定排出。

18 –一旦录井确认排量，停泥浆泵。

19 –开泵，设置排量到钻井排量，排量稳定后停泵，等待返出量归零。

20 –开泵，设置排量到钻井排量，待排量稳定后，模拟井涌泵入些许泥浆到返处管线。

21 –打开直通管线气动闸阀。

注：低排量循环时可先采用单路流量计测量，随着排量的上升，一旦井口泥浆液面升至在距引流管敞口0.5米时（这样可确定单路流量计可测最大排量），打开另一路流量计，采取双流量路测量的方式。

一种溢流井漏监测方法，包括：对出口瞬时流量监测、累计出口体积流量计算，入口瞬时流量监测、累计入口流量计算，预警值计算与预警触发。

步骤1、监测出口瞬时流量并计算累计出口体积流量。

通过流量计监测出口返出的瞬时泥浆量，得到输出瞬时质量流量Mflowout、密度Mdoa及温度参数；计算得出瞬时出口体积流量Vflowout；当使用两台科氏力流量计时，(科氏力流量计对气液固三相流测量精度极高，不仅适用于水基钻井液，对油基钻井液测量同样拥有高精度)，瞬时出口体积流量为两台流量计的瞬时体积流量之和。

Vflowout＝Mflowout /Mdoa。

实时计算累计出口体积流量G Vflowout，累计出口体积流量等于当前累计出口体积流量Gt Vflowout与瞬时出口体积流量之和。

G Vflowout=Gt Vflowout+ Vflowout。

步骤2、监测入口瞬时流量并计算累计入口体积流量。

通过安装在泥浆泵上水管线上的电磁流量计，（对液固两相流测量精度高，价格低于质量流量计），实时监测泵入瞬时泥浆量，并得到瞬时入口体积流量Vflowin，当钻井有三台泥浆泵时，入口体积流量为三台泥浆泵安装的电磁流量计瞬时流量之和。

累计入口体积流量G Vflowin等于当前累计出口体积流量Gt Vflowin与瞬时入口体积流量之和。

G Vflowin= Vflowin+ Gt Vflowin。

步骤3、预警值计算与预警触发。

预警值计算中。

预警值采用出、入口瞬时体积流量的差值RTFD：具体计算为。

RTFD= Vflowout-Vflowin。

设定流量差预警门限，当流量差RTFD>0.5L/s或RTFD<0.5L/s时，开始计算溢流/漏失的泥浆体积变化量CTV和持续预警时间Time。

开始实时记录持续预警时间Time。

将累计出口体积流量G Vflowout与累计入口体积流量G Vflowin做差值计算得基础差值BD。

开始计算溢流/漏失的泥浆体积量变化量CTV。

CTV=G Vflowout-G Vflowin-BD。

开始计算溢流/漏失的速度speed rate。

Speed rate= CTV/Time

预警触发：通过对流量差值RTFD、溢流/漏失的泥浆体积量CTV和持续预警时间Time三个参数进行判断。

若：-0.5 L/s<RTFD<0.5 L/s且 -0.2 m3<CTV<0.2 m3且Time<180 s，则没有警报被激发。

若：RTFD>0.5 L/s或RTFD<-0.5 L/s; CTV<0.2 m3; Time<180 s；则RTFD警报被激发。

若：RTFD>0.5 L/s; CTV>0.2 m3; Time<180 s 则RTFD、CTV警报被激发。

若：RTFD<-0.5 L/s; CTV<-0.2 m3; Time<180 s 则RTFD、CTV警报被激发。

若：RTFD>0.5 L/s; CTV<0.2 m3; Time>180 s 则RTFD、Time警报被激发。

若：RTFD<-0.5 L/s; CTV<0.2 m3; Time>180 s 则RTFD、Time警报被激发。

若RTFD>0.5 L/s; CTV<0.2 m3;Time>180 s 则RTFD、CTV、Time警报被激发。

若RTFD<-0.5 L/s; CTV<-0.2 m3; Time>180s 则RTFD、CTV、Time警报被激发。

可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。