一种即时测量含气液体除气前后密度的装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种即时测量含气液体除气前后密度的装置及方法。其技术方案是：包括调速电机、锥形旋流腔、含气测量装置和除气测量装置，所述的锥形旋流腔的上侧通过管线连接含气测量装置，下侧通过管线连接除气测量装置，所述含气测量装置上设有第一称重装置，所述锥形旋流腔的顶部设有调速电机和排气孔，除气测量装置上设有第二称重装置。有益效果是：在与大气连通的情况下，对除气前后的钻井液密度进行实时准确的测量，两个测量装置中间充分利用流体自身的旋流效果和叶轮旋转实现流体除气，出入口位置设计和高速叶轮均能够确保测量的液体为刚从井内返出的钻井液，本装置结构简单，便于加工，与现有的密度测量装置相比，具有体积小，测量实时、精准，节省人力等特点。
【专利说明】
一种即时测量含气液体除气前后密度的装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及石油工程相关领域，特别涉及一种即时测量含气液体除气前后密度的装置及方法。
【背景技术】
[0002]研究即时测量油气井内返出的含气液体除气前后不同密度的装置对于在目的层钻进的井控安全具有重要意义，以便于随时掌握井内钻井液的密度情况及静液柱压力，确定混气后钻井液密度降低情况，及引起密度降低的原因(除了混杂气体外，是否还有其他地层液体混入循环体系)，为后续钻井液的调整提供依据。传统上是通过只能测量一种密度的装置进行测量;而实际作业时，最准确的测量方式是通过工人先利用密度计在三除区域对井内返出的钻井液进行除气前密度测量，再利用除气密度计进行除气后密度测量，每次只能测量一种密度，且不能够连续实时测量。本研究根据现场作业的需要，通过专用装置对含气液体进行脱气，在脱气前后分别对液体进行密度测量，可以达到对两种密度进行连续测量的效果，对制造出的试验样机效果也进行试验验证分析，对含气油气井内钻井液的密度监测具有重要意义。
[0003]钻井液密度测量装置在石油工程相关领域的钻井作业中使用非常广泛。钻井作业中利用钻井液的静液柱压力来平衡井下的地层压力，当地层内油、气、水等流体进入到钻井液体系后，势必会降低钻井液的密度，从而造成井内压力的失衡，出现井涌、井喷等事故。传统使用的人工测量方法费时费力，而其他连续密度测量装置只能够对一种密度进行测量，不能够准确掌握混在钻井液内的地层流体情况。
[0004]从公开的文献报道和实际应用来看，到目前为止基于上述思想进行的即时测量含气液体除气前后密度的研究与应用还未见报道。本研究在严格遵循基本客观规律基础上充分发挥主观能动性，根据已有的理论和应用进行探索，开辟了旋流装置在密度测量方面新的应用领域。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种即时测量含气液体除气前后密度的装置及方法，达到在地层流体不明的情况下，实时测量从油气井内返出的钻井液密度及除气后的钻井液密度。
[0006]本发明提到的一种即时测量含气液体除气前后密度的装置，其技术方案是:包括调速电机(a5 )、锥形旋流腔(a7 )、含气测量装置(a 14 )和除气测量装置(a 15 )，所述的锥形旋流腔U7)的上侧通过管线连接含气测量装置U14)，下侧通过管线连接除气测量装置(al5)，所述含气测量装置(al4)上设有第一含气流体入口(al)、第一称重装置(a2)、第一溢流口(a3)，第一称重装置(a2)设置在含气测量装置(al4)的底部，第一溢流口(a3)设置在含气测量装置(al4)的中上部;所述锥形旋流腔(a7)的顶部设有调速电机(a5)和排气孔(a6)，调速电机(a5)带动锥形旋流腔(a7)内腔的叶轮(a9)旋转;所述除气测量装置(al5)上设有除气流体入口(all)、第三溢流口(al2)、第二称重装置(al3)，第二称重装置(al3)设置在除气测量装置(al5)的底部，第三溢流口(al2)设置在除气测量装置(al5)的中上部。
[0007]上述的锥形旋流腔(a7)的内壁上分布有螺旋流道(a8)，所述的叶轮(a9)设有倾斜角度。
[0008]上述锥形旋流腔(a7)的中下部设有第二溢流口(alO)，管线通过第二溢流口(alO)连接到除气测量装置(a 15 )的除气流体入口( a 11)。
[0009]上述锥形旋流腔(a7)的中上部设有第二含气流体入口(a4)，管线通过第二含气流体入口( a4 )连接到含气测量装置(a 14 )的第一溢流口( a3 )。
[0010]本发明提到的一种即时测量含气液体除气前后密度的装置的测量方法，包括以下步骤:
(一)从油气井井下返出的含岩肩、气体、地层水等的混合体经过井口(I)到达泥浆出口槽(2)，通过离心栗(4)把钻井液在滤网(3)处将固相岩肩滤除，通过压力表(5)可以直观地观察钻井液的流动状态，通过调节截止阀(6 )来控制进入整个装置内液体的流量和流动速度，从截止阀(6)出来的管线与测量装置的含气流体入口(al)连接，并做好密封处理;第二溢流口(al2)与管线相连，并将测量过的钻井液排至泥浆池(9);测量装置中的三个溢流口足够开阔以确保液体溢流后能够立即流向更低的位置，以防止三个容器内的液面高于溢流口，造成测量不准;其他未测钻井液经泥浆管线流至三除设备(8)进行除泥除砂除气后回到泥浆池(9)，装置与管线连接完成；
(二)、进行试验:首先打开离心栗(4)关闭截止阀进行试压操作，直至压力表(5)有读数，慢慢打开截止阀(6)当装置(a)处有流体流入，同时确保压力表(5)继续有压力，表示整个装置内运行情况正常，当第二溢流口(al2)处有钻井液流出后，表明整个装置内已经充满钻井液，第一称重装置(a2)、第二称重装置(al3)得出的数值就是钻井液的实时密度;测量过程中通过调节截止阀(6)对整个装置进行调节和控制，从而达到满意的测量效果；
(三)、试验完毕后，关闭离心栗，移除前后的管线并用淡水将装置清洗干净、晾干以备再次使用。
[0011]本发明的有益效果是:在与大气连通的情况下，对除气前后的钻井液密度进行实时准确的测量，两个测量装置中间充分利用流体自身的旋流效果和叶轮旋转实现流体除气，出入口位置设计和高速叶轮均能够确保测量的液体为刚从井内返出的钻井液，本装置结构简单，便于加工，与现有的密度测量装置相比，具有体积小，测量实时、精准，节省人力等特点。
【附图说明】
[0012]附图1是本发明的测量装置的结构示意图；
附图2是图1中的叶轮的结构示意图；
附图3是本发明的实施流程图；
上图中:第一含气流体入口al、第一称重装置a2、第一溢流口a3、第二含气流体入口 a4、调速电机a5、排气孔a6、锥形旋流腔a7、螺旋流道a8、叶轮a9、第二溢流口 alO、除气流体入口all、第三溢流口 al2、第二称重装置al3、含气测量装置al4、除气测量装置al5;
井口 1、泥浆出口槽2、滤网3、离心栗4、压力表5、截止阀6、测量装置7、三除设备8、泥浆池9，装置a、装置b、装置C。
【具体实施方式】
[0013]结合附图1-3，对本发明作进一步的描述:
本发明提到的一种即时测量含气液体除气前后密度的装置，其技术方案是:包括调速电机a5、锥形旋流腔a7、含气测量装置al4和除气测量装置al5，所述的锥形旋流腔a7的上侧通过管线连接含气测量装置al4，下侧通过管线连接除气测量装置al5，所述含气测量装置al4上设有第一含气流体入口 al、第一称重装置a2、第一溢流口 a3，第一称重装置a2设置在含气测量装置al4的底部，第一溢流口 a3设置在含气测量装置al4的中上部;所述锥形旋流腔a7的顶部设有调速电机a5和排气孔a6，调速电机a5带动锥形旋流腔a7内腔的叶轮a9旋转;所述除气测量装置al5上设有除气流体入口 all、第三溢流口 al2、第二称重装置al3，第二称重装置al3设置在除气测量装置al5的底部，第三溢流口 al2设置在除气测量装置al5的中上部。
[0014]上述的锥形旋流腔a7的内壁上分布有螺旋流道a8，所述的叶轮a9设有倾斜角度。
[0015]上述锥形旋流腔a7的中下部设有第二溢流口alO，管线通过第二溢流口 alO连接到除气测量装置a 15的除气流体入口 a 11。
[0016]上述锥形旋流腔a7的中上部设有第二含气流体入口a4，管线通过第二含气流体入口 a4连接到含气测量装置al4的第一溢流口 a3。
[0017]本发明利用传统的旋流器理论及其应用，在传统的设计原理基础上，根据实际作业的需要进行改进，使其具备实时准确测量的效果，达到同时测量两种密度的目标，设计了装置参数和工艺参数。
[0018]石油工程等领域现有密度测试装置，均没有可以同时进行除气前后两种钻井液密度的即时精准测量装置，实际需要时则是工人通过比重计分别进行测量，每次间隔大约5分钟，无法做到对井下情况的实时判断和后续作业的及时处理，存在较大的井控风险。本发明装置很好地解决了上述问题。
[0019]本发明为实现上述目的，具体设计如下。试验装置主体为锥形旋流腔和称重装置。流体在前部进行测量后通过溢流口进入旋流腔，经过高速旋流脱气，在叶轮的高速旋转下使流体内的气泡移至表面并破碎，然后将除气后的钻井液溢入后方称重装置进行二次测量。
[0020]旋流腔前方的管子高度可以确保进入旋流腔内的流体具备一定的初始速度，在高速旋流中进行脱气，脱出的气体从旋流腔上方的气体排出孔排出。前后两个称重装置均与大气连通，确保了测量的准确性。高速旋转叶轮具有角度α，对确保腔内液体气泡的移除破碎和钻井液的充分混合都起到重要作用，确保二次测量的都是最新钻井液密度。称重装置钻井液入口在下，出口在上的设计可以保证装置内的钻井液均是最新的钻井液，下部的底板至溢流口的高度是固定的，底板面积也是固定的，就可以根据称重装置称出的重量得出液体密度。设计内的溢流口均比较大，而且有较大的向下倾斜角度，这样就可以使称重装置内的流体液面到达溢流口位置后，多余的流体就会经溢流口迅速流至后方，防止装置内的液面继续升高影响测量精度。气体排出孔预留有快速连接接头，可以根据需要连接管线将气体引至气体测量装置或引至安全的地方进行排放。称重部分底部的圆形底盘设计，使测量的结果可以不受容器内壁泥饼的影响，可得出准确的钻井液密度。
[0021]本发明提到的一种即时测量含气液体除气前后密度的装置的测量方法，包括以下步骤:
(一)从油气井井下返出的含岩肩、气体、地层水等的混合体经过井口I到达泥浆出口槽2，通过离心栗4把钻井液在滤网3处将固相岩肩滤除，通过压力表5可以直观地观察钻井液的流动状态，通过调节截止阀6来控制进入整个装置内液体的流量和流动速度，从截止阀6出来的管线与测量装置的含气流体入口 al连接，并做好密封处理;第二溢流口 al2与管线相连，并将测量过的钻井液排至泥浆池9;测量装置中的三个溢流口足够开阔以确保液体溢流后能够立即流向更低的位置，以防止三个容器内的液面高于溢流口，造成测量不准;其他未测钻井液经泥浆管线流至三除设备8进行除泥除砂除气后回到泥浆池9，装置与管线连接完成；
(二)、进行试验:首先打开离心栗4关闭截止阀进行试压操作，直至压力表5有读数，慢慢打开截止阀6当装置a处有流体流入，同时确保压力表5继续有压力，表示整个装置内运行情况正常，当第二溢流口al2处有钻井液流出后，表明整个装置内已经充满钻井液，第一称重装置a2、第二称重装置al3得出的数值就是钻井液的实时密度;测量过程中通过调节截止阀6对整个装置进行调节和控制，从而达到满意的测量效果；
(三)、试验完毕后，关闭离心栗，移除前后的管线并用淡水将装置清洗干净、晾干以备再次使用。
[0022]采用本发明所提出的测量装置，具有以下显著特点:
(1)通过装置直接测出液体密度，降低了人力测量的劳动强度；
(2)测量的液体都是从井下实时返出的钻井液，可以实现实时测量液体密度；
(3)能够同时测量除气前后钻井液不同密度，利于直观掌握井下的压力状态；
(4)称重部分底部的圆形底盘设计，使测量的结果可以不受容器内壁泥饼的影响，直接只与钻井液的密度有关。
[0023](5)装置结构简单，部件少，方便实际生产中进行组装、拆卸，可移动性强；
(6)内部结构设计配合较好，测量结果精准。
[0024]另外，需要说明的是:本设计利用快速、高效的离心力场分离和高速搅拌装置产生很大的速度梯度对含气钻井液进行除气，在通过形成高速薄层来增加液体表面积的同时促使气泡破裂、分离，再利用离心力和重力综合作用对钻井液内的气体进行排出除气；同时在除气前后对钻井液分别进行精准的密度测量。
[0025]本发明设计合理，可以产生比重力场大成百甚至上千的离心力场，巨大的剪切应力和速度梯度，使其具有浓缩、分级、选别等多种分离功能。利用旋流器的气液分离的特点，考虑实时测量的要求，对传统旋流器进行改进，对整个装置的结构尺寸、配置关系进行一种新的设计。在旋流器底部的旋转叶轮可以保证装置c处测量的都是井内刚返出的除气后的钻井液密度；由于一般进入的旋流器的液体都要有一定的压力，若使用传统的用离心栗加压方式，则会对含气钻井液密度产生影响，即密度会升高，本设计中装置a处测量的钻井液与大气连通，排除了不利影响，再利用装置a处溢流口与装置b处入口的高度差产生旋流所需要的压力差。同时装置a、装置c处的底部进和顶部出的结构设计，既能确保容器内的液面高度，又能够保证新钻井液进入的同时之前的钻井液就会被挤出，使称重装置测量的都是实时的钻井液重量，因容积固定，液面高度固定，密度即可实时得出；由于称重装置底部不与容器侧壁固定的设计，可以使测量不会因容器内壁附着泥饼等杂物而影响测量结果。
[0026]以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。
【主权项】
1.一种即时测量含气液体除气前后密度的装置，其特征是:包括调速电机(a5)、锥形旋流腔(a7)、含气测量装置(al4)和除气测量装置(al5)，所述的锥形旋流腔(a7)的上侧通过管线连接含气测量装置(al4)，下侧通过管线连接除气测量装置(al5)，所述含气测量装置(al4)上设有第一含气流体入口(al)、第一称重装置(a2)、第一溢流口(a3)，第一称重装置(a2)设置在含气测量装置(al4)的底部，第一溢流口(a3)设置在含气测量装置(al4)的中上部;所述锥形旋流腔(a7)的顶部设有调速电机(a5)和排气孔(a6)，调速电机(a5)带动锥形旋流腔(a7)内腔的叶轮(a9)旋转;所述除气测量装置(al5)上设有除气流体入口(all)、第三溢流口(al2)、第二称重装置(al3)，第二称重装置(al3)设置在除气测量装置(al5)的底部，第三溢流口(al2)设置在除气测量装置(al5)的中上部。2.根据权利要求1所述的即时测量含气液体除气前后密度的装置，其特征是:所述的锥形旋流腔(a7)的内壁上分布有螺旋流道(a8)，所述的叶轮(a9)设有倾斜角度。3.根据权利要求1所述的即时测量含气液体除气前后密度的装置，其特征是:所述锥形旋流腔(a7)的中下部设有第二溢流口(alO)，管线通过第二溢流口(alO)连接到除气测量装置(al5)的除气流体入口(all)。4.根据权利要求1所述的即时测量含气液体除气前后密度的装置，其特征是:所述锥形旋流腔(a7)的中上部设有第二含气流体入口(a4)，管线通过第二含气流体入口(a4)连接到含气测量装置(al4)的第一溢流口(a3)。5.—种采用权利要求1-4中任一项所述的即时测量含气液体除气前后密度的装置的测量方法，其特征是包括以下步骤: (一)从油气井井下返出的含岩肩、气体、地层水等的混合体经过井口(I)到达泥浆出口槽(2)，通过离心栗(4)把钻井液在滤网(3)处将固相岩肩滤除，通过压力表(5)可以直观地观察钻井液的流动状态，通过调节截止阀(6 )来控制进入整个装置内液体的流量和流动速度，从截止阀(6)出来的管线与测量装置的含气流体入口(al)连接，并做好密封处理;第二溢流口(al2)与管线相连，并将测量过的钻井液排至泥浆池(9);测量装置中的三个溢流口足够开阔以确保液体溢流后能够立即流向更低的位置，以防止三个容器内的液面高于溢流口，造成测量不准;其他未测钻井液经泥浆管线流至三除设备(8)进行除泥除砂除气后回到泥浆池(9)，装置与管线连接完成； (二)、进行试验:首先打开离心栗(4)关闭截止阀进行试压操作，直至压力表(5)有读数，慢慢打开截止阀(6)当装置(a)处有流体流入，同时确保压力表(5)继续有压力，表示整个装置内运行情况正常，当第二溢流口(al2)处有钻井液流出后，表明整个装置内已经充满钻井液，第一称重装置(a2)、第二称重装置(al3)得出的数值就是钻井液的实时密度;测量过程中通过调节截止阀(6)对整个装置进行调节和控制，从而达到满意的测量效果； (三)、试验完毕后，关闭离心栗，移除前后的管线并用淡水将装置清洗干净、晾干以备再次使用。
【文档编号】G01N9/00GK106053291SQ201610471078
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】史吉辉, 程远方, 张怀文
【申请人】中国石油大学(华东)