基于海上平台钻井液、钻屑含油率的检测方法

1.本发明涉及含油率现场检测方法，具体涉及基于海上平台钻井液、钻屑含油率的检测方法。


背景技术：

2.油气勘探开发会产生大量含油钻井液、钻屑，含油量是钻井液、钻屑处理与处置过程中的基本检测指标。
3.根据中国《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》(gb4914-2008)的要求，钻井液和钻屑的含油率需要到达相应指标才能进行排放，而利用《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》(gb4914-2008)附录中给出的红外法进行钻井液、钻屑的石油类物质含量的测试方法需进行萃取、吸附等复杂的药品配制及处理操作，对测试条件要求较高，通常在实验室中进行。但是钻井液、钻屑从采样送到岸基检实验室出结果通常需要2周以上时间，而在此期间产生的大量的钻井液和钻屑均需使用专用设备进行收集，待统一处理并确认达标后再予以排放，以确保满足环保要求。因而采用红外法难以满足海上油田钻井生产要求，加大了海上排污管理的监管难度。目前也没有相应的监测装置与监测方法可以在现场对钻井液、钻屑同时进行监测。


技术实现要素：

4.本发明的目的是解决现有技术中采用红外法进行钻井液、钻屑的石油类物质含量的测试方法，无法满足海上油田钻井生产要求，以及加大了海上排污管理难度的问题，而提供了一种基于海上平台钻井液、钻屑含油率的检测方法。
5.本发明所采用的技术方案为：
6.一种基于海上平台钻井液、钻屑含油率的检测方法，其特殊之处在于：所采用的监测装置包括进水单元、测量池、搅拌器以及传感器组；
7.所述测量池上端设置有加注孔；
8.所述进水单元与所述测量池的下端连通，用于向测量池内部注水；
9.所述搅拌器设置在测量池内，用于对测量池内的液体进行搅拌；
10.所述传感器组包括设置在测量池内壁的含油率传感器，或者含油率传感器和浊度传感器，含油率传感器用于测量测量池内液体的含油率，浊度传感器用于测量测量池内液体的浊度；
11.钻井液、钻屑含油率监测按照以下步骤实施：
12.步骤1：打开进水单元，进水单元向测量池内注入v
水0
体积的水后，关闭进水单元；
13.步骤2：将质量为m
样品1
的待测钻井液、钻屑样品，通过加注孔加入到测量池内，得混合液；
14.步骤3：
15.若所述传感器组包括设置在测量池内壁的含油率传感器，则打开搅拌器对测量池
内的混合液进行搅拌，查看含油率传感器的读数，若读数在其测量范围内,则直接读取含油率传感器上的读数p
溶液含油率
，并令m
样品
＝m
样品1
；v＝v
水0
；若否，打开进水单元，向测量池内第二次注水，直到含油率传感器读数在其测量范围内，关闭进水单元与搅拌器，记录第二次注水的体积v
水1
，读取含油率传感器上的读数p
溶液含油率
，并令m
样品
＝m
样品1
；v＝v
水0
+v
水1
，或者将质量为m
样品2
的待测钻井液、钻屑样品加入到测量池内，直到含油率传感器读数在其测量范围内，关闭搅拌器，读取含油率传感器上的读数p
溶液含油率
，并令m
样品
＝m
样品1
+m
样品2
；v＝v
水0
；
16.若所述传感器组包括含油率传感器和浊度传感器，则打开搅拌器对测量池内的混合液进行搅拌，查看浊度传感器的读数，若读数在其测量范围内,则直接读取含油率传感器上的读数p
溶液含油率
,并令m
样品
＝m
样品1
；v＝v
水0
，若否，打开进水单元，向测量池内第二次注水，直到浊度传感器读数在其测量范围内，关闭进水单元与搅拌器，记录第二次注水的体积v
水1
，并读取含油率传感器上的读数p
溶液含油率
,并令m
样品
＝m
样品1
；v＝v
水0
+v
水1
；或者将质量为m
样品2
的待测钻井液、钻屑样品加入到测量池内，直到含油率传感器读数在其测量范围内，关闭搅拌器，读取含油率传感器上的读数p
溶液含油率
，并令m
样品
＝m
样品1
+m
样品2
；v＝v
水0
；
17.步骤4：计算获得待测钻井液或钻屑样品的含油率p
样品含油率
；
[0018][0019]
其中，ρ
水
为水的密度。
[0020]
进一步地，所述监测装置还包括排放单元，所述排放单元与测量池的下端连通，用于将测量池内的混合液排出；
[0021]
步骤4之后还包括步骤5：排放
[0022]
打开排放单元，使测量池内的混合液通过排放单元排出，关闭排放单元。
[0023]
进一步地，所述监测装置还包括称重单元与溢流单元；
[0024]
所述称重单元设置在测量池一侧，用于对待测钻井液、钻屑进行称重；
[0025]
所述溢流单元与测量池的上端连通，用于在进水单元向测量池的内注水时排气。
[0026]
进一步地，所述监测装置还包括进气单元、辅料添加单元；
[0027]
所述辅料添加单元与测量池的上端连通，用于向测量池内注入清洗剂；
[0028]
所述进气单元与测量池连通，用于向测量池内注入压缩空气。
[0029]
进一步地，所述进水单元包括进水管路以及依次设置在进水管路上的水泵、流量计以及第一单向阀；设置有水泵的进水管路一端与外部供水设备连通，另一端与测量池的下端连通；
[0030]
所述排放单元包括排放管路以及设置在排放管路上的第一通断阀门，所述排放管路一端与测量池的下端连通，另一端与外部收集设备连通；
[0031]
所述溢流单元包括溢流管路与设置在溢流管路上的第二通断阀门，溢流管路一端与测量池的上端连通，另一端与外部大气连通；
[0032]
所述称重单元包括称重模块以及设置在称重模块上的称重盘。
[0033]
进一步地，所述进气单元包括进气管路以及依次设置在进气管路上的除油过滤器、开关阀门以及第二单向阀，进气管路靠近除油过滤器的一端与外部压缩空气注入设备连通，另一端与测量池下端连通；
[0034]
所述辅料添加单元包括辅料储存盒、加注泵、第三单向阀以及辅料添加管路，辅料添加管路一端与辅料储存盒的下端连接，另一端与测量池的上端连通，加注泵、第三单向阀沿辅料流通方向依次设置在辅料添加管路上。
[0035]
进一步地，所述进气管路正对或侧对含油率传感器，或者浊度传感器和含油率传感器的光学窗口。
[0036]
进一步地，所述测量池内部从上往下依次设置有连通的棱柱孔与棱锥孔，棱锥孔的大端与棱柱孔的下端连通。
[0037]
进一步地，还包括以下步骤：
[0038]
步骤5之后还包括步骤6：清洗
[0039]
6.1打开进水单元，进水单元向测量池注满水，关闭进水单元，打开辅料添加单元，辅料添加单元向测量池内加入清洗剂，关闭辅料添加单元，打开搅拌器对测量池内的液体进行搅拌；
[0040]
6.2打开排放单元与进气单元，进气单元向测量池中注入压缩空气，使得测量池内的清洗剂和水的混合液通过排放单元排出，关闭排放单元、进气单元以及搅拌器；
[0041]
6.3重复步骤6.1-6.2多次，直到将监测装置清洗干净。
[0042]
进一步地，所述第二通断阀门与第一通断阀门均为球阀。
[0043]
本发明的有益效果是：
[0044]
1.本发明提出一种基于海上平台钻井液、钻屑含油率的检测方法，设计了基于海上平台钻井液、钻屑含油率监测装置，该装置将样品和水混合，利用含油率传感器测量混合液含油率，从而计算得出待测钻井液、钻屑样品的含油率，此方法不需要进行复杂药品配置，适合海上钻井平台现场使用，可以大幅缩短钻井液、钻屑含油率测试周期，便于采油企业快速针对符合环保标准的钻井液、钻屑进行排放，避免测量送样期间对所有钻井液、钻屑进行收集处理，降低企业的开采成本，降低海上排污监管难度。
[0045]
2.本发明提出基于海上平台钻井液、钻屑含油率的检测方法，将样品和水进行混合，利用现有的含油率传感器测量混合液的含油率，并结合加入装置的样品质量和加入系统的水体积，便可实现对海上钻井平台上产生的钻井液、钻屑两类外观性状不同的物质在同一装置中测量其含油率。
[0046]
3.本发明提出基于海上平台钻井液、钻屑含油率的检测方法，提出的海上平台钻井液、钻屑含油率监测装置，可以在现场进行钻井液、钻屑的预处理，可对含油率快速连续多次测量。
[0047]
4.本发明提出基于海上平台钻井液、钻屑含油率的检测方法，针对海上平台钻井液、钻屑含油率监测装置设计了多种测量工作模式，包括排放工作模式和清洗工作模式，在多种工作模式下，监测装置可实现连读多次测量，自清洁功能，样品加入后，可实现自动运行，减少人员劳动强度。
[0048]
5.本发明提出基于海上平台钻井液、钻屑含油率的检测方法，将辅料储存盒竖直设置，使得可以在重力与加注泵的作用下向测量池内添加清洗剂。
附图说明
[0049]
图1是本发明基于海上平台钻井液、钻屑含油率的检测方法实施例所采用监测装
置结构示意图(一)；
[0050]
图2是本发明实施例所采用监测装置结构示意图(二)；
[0051]
图3是本发明实施例所采用监测装置的测量池结构示意图；
[0052]
图4是本发明实施例所采用监测装置的结构原理图。
[0053]
图中，1、进水管路；1.1、水泵；1.2、流量计；1.3、第一单向阀；2、进气管路；2.1、除油过滤器；2.2、开关阀门；2.3、第二单向阀；3、辅料添加管路；3.1、辅料储存盒；3.2、加注泵；3.3、第三单向阀；4、测量池；4.1、搅拌器；4.2、加注盖；5、传感器组；5.1、含油率传感器；5.2、浊度传感器；6、排放管路；6.1、第一通断阀门；7、溢流管路；8、称重模块；10、称重盘。
具体实施方式
[0054]
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0055]
如图1-图4示，海上平台钻井液、钻屑含油率监测装置包括进水单元、进气单元、辅料添加单元，测量池4、传感器组5、排放单元、溢流单元和称重单元；
[0056]
各单元的作用如下：
[0057]
进水单元用于向测量池4注入水，并精确计量水的体积；进气单元用于吹除传感器组5上的杂物或水或油，保证传感器组5的测量精度；辅料添加单元可向测量池4注入清洗剂，用于测量池4、排放单元、溢流单元的清洗，溢流单元用于在进水单元向测量池4注水时，保持测量池4内外部气压的平衡；称重单元用于量取定量的钻井液、钻屑；传感器组5用于测量测量池4内部溶液的含油率以及用于监控测量池4内部溶液的浊度。
[0058]
各单元的具体组成及连接方式如下：
[0059]
测量池4内部从上往下依次设置有连通的棱柱孔与棱锥孔，棱锥孔的大端与棱柱孔的下端连通，测量池4上端设置有加注孔，加注孔处设置有加注盖4.2，测量池4内设置有搅拌器4.1，搅拌器4.1的结构不做限定，在实施例中，推荐使用电动搅拌器4.1，如结构可以包括电机与搅拌架，电机安装在测量池4外部，电机的输出端利用密封圈穿过测量池4后与置于测量池4内部的搅拌架连接，搅拌架竖直设置。
[0060]
传感器组5包括为含油率传感器5.1与浊度传感器5.2，含油率传感器5.1与浊度传感器5.2设置在测量池4内壁上，含油率传感器5.1用于测量测量池4内部溶液的含油率，度传感器5.2用于监控测量池4中的浊度，提升含油率传感器5.1对混合液含油率测量的准确性，在选择含油率传感器5.1与浊度传感器5.2时，需保证浊度传感器5.2在其测量范围内时，含油率传感器5.1也在其测量范围内。
[0061]
进水单元包括进水管路1以及依次设置在进水管路1上的水泵1.1、流量计1.2以及第一单向阀1.3，设置有水泵1.1的进水管路1一端与外部供水设备连通，另一端与测量池4的下端连通，水从测量池4底部加入，可避免产生气泡，减小对含油率传感器5.1测量结果的影响。
[0062]
进气单元包括进气管路2以及依次设置在进气管路2上的除油过滤器2.1、开关阀门2.2以及第二单向阀2.3，进气管路2靠近除油过滤器2.1的一端与外部压缩空气注入设备连通，另一端与测量池4连通，进气管路2另一端的位置正对或侧对传感器组5的光学窗口，通过进气管路2向测量池4注入的压缩空气对传感器组5的光学窗口进行吹扫，可以对传感器组5的测量窗口进行清洁，提升传感器组5测量数据的准确性；压缩空气经控制经过进气
管路2进入测量池4，其中除油过滤器2.1对压缩空气进行除油操作，避免压缩空气中的润滑油进入测量池4，影响监测装置的对钻井液、钻屑含油率的测量结果。
[0063]
排放单元包括第一排放管路6、第二排放管路6和二通球阀，第一排放管路6一端竖直的与测量池4的下端连接，另一端与二通球阀的一个接口连接，第二排放管路6一端与二通球阀的另一个接口连接，另一端与外部收集设备或外部大气连通，选用球阀的优点在于，利于进入测量池4中钻井液和钻屑中的泥沙排出测量池4。
[0064]
溢流单元包括溢流管路7与一个二通球阀，溢流管路7一端测量池4的上端连通，另一端与外部大气连通，二通球阀设置在溢流管路7上，溢流单元的设置可以保持测量池4内外部气压平衡，便于向测量池4中泵水。
[0065]
上述中，第一通断阀门6.1与第二通断阀门均选用了二通球阀，选用球阀的优点在于，利于进入测量池4中钻井液和钻屑中的泥沙排出测量池4。
[0066]
为了监测装置的结构简单，第一通断阀门6.1与第二通断阀门合并，选择使用一个三通球阀，排放单元与溢流单元的结构还可以如下所示：
[0067]
排放管路分为两段式，即排放单元包括第一排放管路、第二排放管路和三通球阀，第一排放管路一端竖直的与测量池4的下端连接，另一端与三通球阀的一个接口连接，第二排放管路一端与三通球阀的一个接口连接，另一端与外部收集设备或外部大气连通。
[0068]
溢流单元包括溢流管路7，溢流管路7一端测量池4的上端连通，另一端与三通球阀的一个接口连接，在进水管路1向测量池4内注水时，另一端经三通球阀通过第二排放管路和大气联通，保持测量池4内外部气压平衡，便于泵水。
[0069]
辅料添加单元包括辅料储存盒3.1、加注泵3.2、第三单向阀3.3以及辅料添加管路3，辅料添加管路3一端与辅料储存盒3.1的下端连接，另一端与测量池4的上端连通，加注泵3.2、第三单向阀3.3沿辅料流通方向依次设置在辅料添加管路3上；设置辅料添加单元的典型目的在于：为了避免前后两次测量间相互干扰，需要在测量结束后往测量池4加入合适清洗剂对测量池4、第一排放管路6、第二排放管路6和球阀进行清洗，此时将清洗剂放置辅料储存盒3.1中，通过加注泵3.2实现辅料的自动按需添加。同时，辅料添加单元的数量可以按照需求以及添加辅料的种类进行增添。例如，为了增大含油率检测的准确性及监测含油率的浓度范围，也增加加入表面活性剂的辅料添加单元，往测量池4中加入提升油在水中的溶解度的表面活性剂等；
[0070]
称重单元设置在测量池4一侧，其包括称重模块8以及设置在称重模块8上的称重盘10，称重模块8可以使用精度高的电子计量器称量重量，由于钻井液和钻屑一般含有一定量的水分，易粘在称量容器上，使得利用称重法得出的加入测量池样品的数据存在误差，影响测量结果。因此本方案采用加入样品前称重和加入样品后称重，利用两者差值准确计算加入测量池4样品的样品质量，提升现场操作便捷。
[0071]
加注孔与棱柱孔连通，含油率传感器5.1或者浊度传感器5.2和含油率传感器5.1设置在棱柱孔处，辅料添加管路3与棱柱孔连通，进水管路1与棱锥孔的小端连通，进气管路2与棱柱孔连通，排放管路6与棱锥孔的小端连通，溢流管路7与棱柱孔连通。
[0072]
监测装置完成组装后，要对其进行气密性检测。
[0073]
在使用装置检测含油率之前，保证监测装置的各个单元均处于关闭状态。
[0074]
以三通球阀为例，如图4所示，基于上述装置的含油率测量方法如下：
[0075]
步骤1：打开进水单元，进水单元向测量池4内注入v
水0
体积的水后，关闭进水单元；
[0076]
具体的：驱动三通球阀，使得溢流管路7与第二排放管路连通，然后打开，打开水泵1.1，v
水0
体积的水经进水管路1上的水泵1.1，流量计1.2、第一单向阀1.3进入测量池；关闭水泵1.1；
[0077]
步骤2：将质量为m
样品1
的待测钻井液、钻屑样品，通过加注孔加入到测量池4内，得混合液；
[0078]
具体的：将一定量待测钻井液或钻屑样品放入称重盘10，利用称重模块8计量称重盘10和待测钻井液或钻屑样品总质量为m
0样品+容器
，打开加注盖4.2，将待测钻井液或钻屑样品加入测量池4中，利用称重模块8计量称重盘10和剩余待测钻井液或钻屑样品总质量为m
1样品+容器
，则加入测量池4内的待测钻井液或钻屑样品质量m
样品1
＝m
0样品+容器-m
1样品+容器
；
[0079]
步骤3：若所述传感器组5包括设置在测量池4内壁的含油率传感器5.1，则打开搅拌器4.1对测量池4内的混合液进行搅拌，查看含油率传感器5.1的读数，若读数在其测量范围内,则直接读取含油率传感器5.1上的读数p
溶液含油率
，并令m
样品
＝m
样品1
；v＝v
水0
；若否，打开进水单元，向测量池4内第二次注水，直到含油率传感器5.1读数在其测量范围内，关闭进水单元与搅拌器4.1，记录第二次注水的体积v
水1
，读取含油率传感器5.1上的读数p
溶液含油率
，并令m
样品
＝m
样品1
；v＝v
水0
+v
水1
，或者将质量为m
样品2
的待测钻井液、钻屑样品加入到测量池4内，直到含油率传感器5.1读数在其测量范围内，关闭搅拌器4.1，读取含油率传感器5.1上的读数p
溶液含油率
，并令m
样品
＝m
样品1
+m
样品2
；v＝v
水0
；
[0080]
若所述传感器组5包括含油率传感器5.1和浊度传感器5.2，则打开搅拌器4.1对测量池4内的混合液进行搅拌，查看浊度传感器5.2的读数，若读数在其测量范围内,则直接读取含油率传感器5.1上的读数p
溶液含油率
,并令m
样品
＝m
样品1
；v＝v
水0
，若否，打开进水单元，向测量池4内第二次注水，直到浊度传感器5.2读数在其测量范围内，关闭进水单元与搅拌器4.1，记录第二次注水的体积v
水1
，并读取含油率传感器5.1上的读数p
溶液含油率
,并令m
样品
＝m
样品1
；v＝v
水0
+v
水1
；或者将质量为m
样品2
的待测钻井液、钻屑样品加入到测量池4内，直到含油率传感器5.1读数在其测量范围内，关闭搅拌器4.1，读取含油率传感器5.1上的读数p
溶液含油率
，并令m
样品
＝m
样品1
+m
样品2
；v＝v
水0
；
[0081]
具体的，此步骤中，打开进水单元与关闭进水单元分别为打开水泵1.1以及关闭水泵1.1；
[0082]
采用浊度传感器5.2和含油率传感器5.1工作所得的测量结果更为准确；
[0083]
步骤4：计算获得待测钻井液或钻屑样品的含油率p
样品含油率
；
[0084]
[0085]
其中，m
油
为待测钻井液、钻屑样品的含油量，m
水
为加入测量池4内水的总质量，ρ
水
为水的密度；
[0086]
步骤5：排放
[0087]
打开排放单元与进气单元，进气单元向测量池4中注入压缩空气，使得测量池4内的样品和水混合液通过排放单元排出后，关闭排放单元；
[0088]
具体的：驱动三通球阀，使得溢流管路7与第二排放管路6断开，第一排放管路与第二排放管路连通，加注孔保持关闭，打开开关阀门2.2，压缩空气经过除油过滤器2.1过滤、开关阀门2.2以及第二单向阀2.3注入到测量池4，测量池4内压力增大，从而使得样品和水混合液通过第一排放管路与第二排放管路全部排出，驱动三通球阀，使得第一排放管路与第二排放管路断开，溢流管路7与第二排放管路6连通；
[0089]
步骤6：清洗
[0090]
6.1打开进水单元，进水单元向测量池4注满水，关闭进水单元，打开辅料添加单元，辅料添加单元向测量池4内加入清洗剂，关闭辅料添加单元，并对测量池4内的液体进行搅拌；
[0091]
此步骤中，打开或关闭进水单元为控制水泵1.1的通断；
[0092]
具体的：打开加注泵3.2，加注泵3.2抽取辅料储存盒内的清洗剂注入到测量池4内；
[0093]
6.2打开排放单元与进气单元，进气单元向测量池4中注入压缩空气，使得测量池4内的样品和水混合液通过排放单元排出，关闭排放单元、进气单元与溢流单元；
[0094]
具体的：压缩空气带动水对测量池4、排放单元进行高速冲刷，并排除其中的泥沙，由于进气管路2出口正对传感器组5的光学窗口，同时也对传感器组5的光学窗口进行清洗；
[0095]
6.3：重复步骤6.1-6.2多次，直到将监测装置清洗干净。
[0096]
通过第1步至第6步，便可实现钻井液、钻屑的现场快速测量，并且自动完成系统的自清洁和连续测量。
[0097]
步骤6的作用在于：为了避免两次测量间相互干扰，需要在测量结束后往测量池4加入合适清洗剂对测量池和管路进行清洗。