一种钻井出口流量监测与井控溢漏预警系统及方法与流程

本发明属于钻井液测量及预警领域，具体涉及一种钻井出口流量监测与井控溢漏预警系统及方法。

背景技术：

1、钻井液，俗称钻井泥浆；在钻井作业中，为了保证钻井液的正常循环，通常需要在钻井液循环系统中设置泥浆池、循环罐或缓冲罐。现有录井用的传感器一般设置在循环罐或缓冲罐上，主要包含液位计、密度计、温度计、电导仪、脱气器、有害气体报警器、摄像设备等，传感器集成度低，故障率高，且使用条件限制大，当有传感器发生异常时很难判断故障，参数测量受环境影响大。其中，通过液位间接监测动态流量，采用双膜片差压传感器间接监测钻井液密度，作为井控中重要的监测手段，是溢流发现的第一阵地，但由于钻井返回泥浆性质和现场工艺(不满管、放空、常压)的特殊性，使得现有计量技术使用受到很大限制，例如当流量变小、液位较低时，双差压传感器和温度传感器未被完全淹没，导致测量密度和温度参数异常；又比如，现场使用超声波液位计，当水汽较大、温度较高，产生局部微压或泥浆飞溅等均为导致测量结果误差偏大或测量结果错误，因此，无法准确掌握返回钻井液的准确状况；另外，现有缓冲槽或回流槽沉沙严重，需频繁清理，在停钻或钻进过程中，当井下发生异常情况时（如溢流或漏失），系统异常显示反映滞后或无法异常显示，使得未作出快速准确的井控响应措施，继而发生井涌、井喷事故、导致生命和财产受到重大损失。因此，对钻井液的不满管流量测量及溢漏监测技术的研究，对实现精准井控，降低安全风险、减少生命与财产损失具有重大意义。但是，现有的钻井出口泥浆测量与溢漏预警系统无法准确的进行钻井液的测量；同时，溢漏预警也不准确，无法满足实际生产的需求。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题便是针对上述现有技术的不足，提供一种钻井出口流量监测与井控溢漏预警系统及方法，采用测量槽和双天线测量管导波雷达+电导仪结构的流量测量仪测量钻井液主流量和固相含，从而实现对钻井液不满管条件下的流量监测，并且通过取样流量计测量取样钻井液的密度、温度和取样流量，从而实现对钻井液各运行参数实时监测和溢漏异常预警。

2、本发明所采用的技术方案是：一种钻井出口流量监测与井控溢漏预警系统，包括槽体和钻井液测量管理系统，所述槽体其中一端设有与槽体内部连通的入口，所述槽体远离入口的一端设有与槽体内部连通的出口，所述槽体内设有隔板组件，所述隔板组件和槽体内侧壁之间在靠近入口的一端形成钻井液整流区，所述隔板组件和槽体内侧壁之间在靠近出口的一端形成钻井液回流区，所述隔板组件与槽体内侧壁之间形成可供钻井液通过且连通钻井液整流区和钻井液回流区的钻井液通道，所述槽体上与钻井液整流区对应的位置设有流量测量仪，所述槽体上与钻井液整流区和钻井液回流区对应的位置分别设有入口液位测量仪和出口液位测量仪，所述入口上设有与其连通的取样管路，所述取样管路上设有取样流量计，所述取样管路另一端与槽体内部靠近出口的一端连通，所述流量测量仪、入口液位测量仪、出口液位测量仪和取样流量计均与钻井液测量管理系统电气连接。

3、其中一个实施例中，所述钻井液测量管理系统包括控制模块、数据运算模块、数据采集模块、数据转换模块、通讯模块、数据存储模块和显示屏，所述数据采集模块分别与流量测量仪、入口液位测量仪、出口液位测量仪和取样流量计电气连接，所述数据采集模块通过数据转换模块与数据运算模块电气连接，所述数据运算模块、通讯模块、数据存储模块和显示屏分别与控制模块电气连接。

4、其中一个实施例中，所述隔板组件包括与槽体连接的固定隔板和设置于固定隔板上的活动隔板，所述固定隔板与槽体内侧壁之间形成连通钻井液整流区和钻井液回流区并可供流体通过的钻井液通道，所述活动隔板上设有连通钻井液整流区和钻井液回流区的过滤整流孔。

5、其中一个实施例中，所述槽体内部靠近活动隔板的位置设有测量区，所述流量测量仪设置于测量区内。

6、其中一个实施例中，所述流量测量仪包括变送器和设置于变送器下方的两个天线，其中一个所述天线内设有导波雷达传感器和电导率传感器负极回路，另一个所述天线内设有电导率传感器和雷达传感器回波回路，所述天线和导波雷达传感器分别与数据采集模块电气连接。

7、其中一个实施例中，所述槽体底部设有沿出口方向倾斜的导流板。

8、其中一个实施例中，所述导流板包括设置于钻井液整流区一端的第一导流段和设置于钻井液回流区内的第二导流段，所述第一导流段和第二导流段均沿出口方向倾斜。

9、其中一个实施例中，所述槽体上与入口相对一侧设有防溢口。

10、其中一个实施例中，所述取样管路上设有与取样流量计内部连通的清洗口。

11、本发明还公开了一种钻井出口流量监测与井控溢漏预警方法，其通过一种钻井出口流量监测与井控溢漏预警系统实现，所述的钻井出口流量监测与井控溢漏预警方法包括如下步骤：

12、步骤10、钻井液由入口进入槽体和取样管路，流量测量仪测量钻井液主流量、电导率和固相含率，取样流量计测量钻井液取样流量、密度、温度和含气率，入口液位测量仪和出口液位测量仪分别测量入口和出口的钻井液液位，如进行返回钻井液流量测量，进入步骤20，如进行返回钻井液主流量测量，进入步骤30，如进行返回钻井液取样流量测量，进入步骤40，如进行返回钻井液固相含率测量，进入步骤50，如进行异常预警，进入步骤60；

13、步骤20、计算返回钻井液流量，计算公式为：，其中，为返回钻井液流量，为钻井液主流量，为钻井液取样流量，x为固相含率；

14、步骤30、计算返回钻井液主流量，计算公式为：， 其中为钻井液主流量，c为槽体结构系数，a为流道横截面积，r为水力半径，s为流体坡度,k为实流标定流量分段修正系数；

15、步骤40、计算返回钻井液取样流量，计算公式为：，其中，为取样流量,为密度；

16、步骤50，计算返回钻井液固相含率，计算公式为：，其中，x为固相含率,k1为修正数据库，g为注入钻井液导电率，g1为返回钻井液导电率，g2为返回钻井液中固相导电率；

17、其中, ，，，为两个天线之间的距离，为注入井下的钻井液电导率, 为流量测量仪检测的井下返回钻井液电导率，为固相电导率；

18、步骤60，如钻井处于钻进状态，进入步骤70，如钻井处于停钻状态，进入步骤80；

19、步骤70，将流量测量仪、入口液位测量仪和出口液位测量仪采集到的数据与录井系统中的钻井状态和泵程数据进行实时比对，当流量测量仪测得的钻井液主流量、入口液位测量仪测得的槽体入口液位和出口液位测量仪测得的槽体出口液位的其中二个或三个参数出现突然上升或下降，且超出泵程数据设定预警波动率时，确定钻井是否为钻进状态，如钻井为钻进状态且泵程数据稳定,同时钻井并未存在异常操作，则判定钻井存在溢流或漏失风险，钻井液测量管理系统做出相应的异常提示；

20、步骤80，将取样流量计采集到的数据与录井系统中的钻井状态和泵程数据进行实时比对,当取样流量计获取的钻井液密度或钻井液流量出现突然上升或持续性上升，确定钻井是否为停钻状态，如钻井为停钻状态且泵程数据为0,同时钻井并未存在异常操作，则判定钻井存在溢流风险，钻井液测量管理系统做出相应的异常提示，当取样流量计获取的钻井液密度或钻井液取样流量持续上升或出现异常时，钻井液测量管理系统可结合钻井液温度、入口液位和出口液位进行溢流监测与预警。

21、本发明的有益效果在于：

22、1、通过隔板组件对进入槽体内部的钻井液进行导流和整理，结合流量测量仪的测量效果，可实现流量在不满管的情况下直接测量，不受内壁附着泥饼影响测量结果；

23、2、通过隔板组件和导流板的作用，解决槽体沉沙问题，减少现场人员作业强度；

24、3、通过对异常数据和不同状态流体的监控，可实现异常情况（溢流或漏失）发生时能快速响应，防止误判误报，如停钻过程中发生溢流时，能准确监测来液信号，并迅速做出异常信号反馈；

25、4、系统设置的测量元件和钻井液测量管理系统的设置，能融入现有录井系统，与钻井状态和泵程数据联动，实现预警和联动功能；

26、5、流量测量仪采用顶装结构，方便安装和维护，该传感器可以监测多种类型的液体流量，包括单一液体、气液两相流体和液固两相流体，并通过设定不同的影响系数，对气液两相流量或液固两相流量对总流量的影响进行修正，提高了测量的准确性和稳定性；

27、6、流量测量仪、取样流量计、入口液位测量仪和出口液位测量仪等传感器高度集成，减少传感器的安装和使用故障，提高数据的准确性和可靠性，为高效、快速、精准的溢漏预警监测提供数据保障。