CN102162342B - 连通器式井涌井漏定性监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能定性识别井涌井漏的监测方法，它是在泥浆进口管线上安装一个流量传感器，在井口防喷器与回流槽溢流口之间的喇叭口套管的侧壁上开一个孔，安装防气阻防淤积弧形底座，测量管自上而下垂直插入弧形底座，专用液位传感器与测量管上端紧密螺接，测量管为专用液位传感器提供稳定的探测环境，专用液位传感器与进口流量传感器并行连接到PLC上，PLC与工控机相连，PLC和工控机对专用液位传感器和进口流量传感器的信号及时检测分析，在第一时间分析判断钻套环空的泥浆液面变动率与进口泥浆流量的变动率是否一致，超出正常值声光报警器发出声光报警。

Description

连通器式井涌井漏定性监测方法

所属技术领域

本发明属于石油钻井工程技术领域，涉及一种指示石油钻井过程中井涌井漏的监测方法，尤其是能在第一时间定性判断是否有井涌井漏发生。

背景技术

在石油勘探开发与钻井过程中，及时、准确、稳定、可靠地监测泥浆流动的状态，是分析判断是否有井涌井漏的前提。井涌和井漏在其形成初期会有细小的变化，井涌井漏监测最关键最重要的就是在涌漏发生的第一时间发现这些细小的变化并及时预警报警，为消除隐患争取时间，为安全钻进提供可靠保障。

目前，国内外常用的井涌井漏监测方法主要有两种类型：一是在高架回流槽上使用鸭舌板流量计或超声波液位仪等探测仪器，其原理是通过对高架回流槽内泥浆液面的探测，分析判断是否有井涌井漏发生；二是在泥浆循环罐上通过人工间隔测量泥浆循环罐内泥浆液面的变化，或是通过安装浮球式液位计、超声波液位仪等探测仪器来测量泥浆循环罐内泥浆液位的变化，推导出泥浆方量的变化，以此分析判断是否有井涌井漏发生。在实际使用过程中，以上两种方法都不能在第一时间及时、准确、稳定、可靠地判断是否有井涌井漏发生，原因在于(1)回流槽内泥浆的密度、粘度、温度、流速等都随钻进而不断变化，且泥浆中含有的泥沙钻屑使泥浆的流动状态成多相流，在如此复杂环境下鸭舌板流量计或超声波液位仪无法做到稳定可靠地测量。(2)国内外通常的要求是涌漏量超出正常值1-2方就必须预警报警，而1-2方的变化量反映在回流槽的液面上仅有1毫米的变化，鸭舌板流量计或超声波液位仪无法精确探测到回流槽的液面如此微小的变化量。(3)对井涌井漏的监测，首先应该及时定性地判断是否有井涌井漏的异常情况发生，其次才是准确计量、定量分析井涌井漏的程度。在泥浆循环罐上，无论是采用人工间隔测量还是使用浮球式液位计或超声波液位仪测量泥浆循环罐内泥浆液位方量的变化，都是要等到量的积累达到一定程度再来推断是否有涌漏异常发生，即是一种定量的分析判断方法，所以也不能在第一时间定性判断是否有井涌井漏发生。

发明内容

为了克服现有技术和产品存在的种种不足，本发明提供了一种能及时、准确、稳定、可靠地监测泥浆流动状态，尤其是能在第一时间定性判断是否有井涌井漏发生的监测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：1、在泥浆泵与立管之间的平置管线上安装进口流量传感器。2、在井口防喷器与回流槽溢流口之间的喇叭口套管的侧壁上开一孔，安装防气阻防淤积的弧形底座，弧形底座安装的最佳位置是与回流槽溢流口底边相对应的喇叭口套管的侧壁上，并使侧壁上的开孔与弧形底座的马鞍形接口保持口径一致。3、把测量管自上而下垂直插入弧形底座，弧形底座正上方的固定短接与测量管上的护环紧密螺接，固定后的测量管与喇叭口套管平行，同时测量管上端的排气孔必须高于回流槽溢流口的顶端，测量管的下端悬在弧形底座防气阻防淤积腔体的中间。4、将专用液位传感器与测量管上端紧密螺接。5、将进口流量传感器和专用液位传感器并行连接到PLC的输入信号采集端口，声光报警器连接到PLC的输出端口。6、PLC通过串口与工控机连接。

本发明的工作原理是：钻井过程中，由于喇叭口套管内钻杆与套管之间的环空容积是固定的，当钻井循环系统中的泥浆的进口流量稳定或相对稳定时，喇叭口套管内的钻套环空液面也是稳定或相对稳定的，正常情况下进口流量的大小决定着环空液面的高低，二者呈线性关系。根据这一原理可以定性判断是否有井涌井漏发生，即当环空液面高度变化率与进口流量变化率不一致时就是涌漏异常。由于钻套环空的横截面积的大小只有回流槽内泥浆正常循环流动时所形成的液体表面积的1/20-1/30，而测量管内的横截面积又仅为钻套环空横截面积的1/100，因此，泥浆流量细小的增减变化无法在回流槽内测量出来，但在测量管内却可以清晰地体现出来，从而被专用液位传感器准确地捕捉。本发明的有益效果是：在钻井过程中，无论泥浆是静止还是循环流动，都能及时、准确、稳定、可靠地监测泥浆流动的细小变化，尤其是在井涌和井漏形成的初期，第一时间定性判断是否有井涌井漏发生。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的原理示意图

图中1、泥浆泵，2、泥浆罐，3、振动筛，4、水龙头，5、立管，6、防喷器，7、回流槽，8、套管，9、钻杆，10、钻头，11、溢流口，12、弧形底座，13、测量管，14、专用液位传感器，15、水眼，16井眼，17、井底，18、进口流量传感器，19、PLC，20、工控机，21、声光报警器。

在图1中，泥浆泵1抽汲泥浆罐2里的泥浆，并以高压方式通过立管5把泥浆灌入连接在水龙头4上的钻杆9里，安装在泥浆泵1与立管5之间的平置管线上的进口流量传感器18会实时监测进口泥浆流量的变化。在高压作用下，钻杆9里的泥浆从钻头10的水眼15中喷射出来，泥浆携带着井底17的钻屑从钻杆9与井眼16之间的环空自下而上返到溢流口11。当泥浆液面高于溢流口11的底边时，泥浆就会经过回流槽7流向振动筛3，并最终流回泥浆罐2，钻井过程中的泥浆如此循环往复。当井底17的泥浆返到溢流口11时，安装在防喷器6与溢流口11之间的喇叭口套管8侧壁上的弧形底座12内会有泥浆。根据连通器原理，插入弧形底座12内的测量管13里也会有泥浆，且测量管13里的泥浆液面会与钻套环空的泥浆液面共同升降，同时安装在测量管13上的专用液位传感器14可以实时监测到测量管13里的泥浆液面的变化。PLC 19和工控机20对进口流量传感器18和专用液位传感器14的信号及时检测分析，在第一时间分析判断钻套环空的泥浆液面变动率与进口泥浆流量的变动率是否一致，若超出正常值就由声光报警器21发出声光报警。

图2是本发明的测量管13的直视图

图中13-1上端丝扣，13-2护环，13-3排气孔。

图3是本发明的弧形底座12的立体图和三视图

图中12-1固定短接，12-2防气阻防淤积弧形腔体，12-3马鞍形接口。

在图中，马鞍形接口12-3与喇叭口套管8侧壁上的开孔紧密连接，测量管13自上而下垂直插入弧形底座12，护环13-2与固定短接12-1紧密螺接。当钻套环空中的泥浆液面高于溢流口11的底边时，泥浆进入防气阻防淤积弧形腔体12-2，同时也进入测量管13内。排气孔13-3的作用是排出防气阻防淤积弧形腔体12-2内的气体，使测量管13里的泥浆液面与钻套环空中的泥浆液面保持一致性增减。防气阻防淤积弧形腔体12-2的作用是使腔体上半弧防气阻，腔体下半弧防泥沙钻屑淤积。

图4是本发明的专用液位传感器14的备件装配图

图中14-1、不锈钢圆柱形筒体，14-2、上端内壁丝扣，14-3、密封盖，14-4、顶盖，14-5、多芯插座，14-6、底端内壁丝扣，14-7喇叭形底座，14-8、线路板托盘，14-9、直段，14-10、大喇叭口，14-11、小喇叭口，14-12、喉道，14-13、发射腔体，14-14，、凸台，14-15、超声波发射器，14-16、线路板。

在图中，不锈钢筒体14-1的上端内壁丝扣14-2自下而上依次螺接密封盖14-3和顶盖14-4，其中顶盖14-4上有凸台14-14，凸台14-14的外径与不锈钢筒14-1的外径相同，不锈钢筒14-1的上端内壁丝扣14-2的下面开有一侧孔，安装多芯插座14-5，不锈钢筒14-1的底端内壁有丝扣14-6与喇叭形底座14-7螺接，喇叭形底座14-7的外部为上中下三个外径不同但依次连接的同心中空圆柱体，下端圆柱体的外径与不锈钢筒14-1的外径相同，中间圆柱体的外径与不锈钢筒14-1的内径相同并套有丝扣，二者紧密螺接，上端圆柱体的外径小于中间圆柱体的外径，上端圆柱体最上边有外丝与线路板托盘14-8螺接，线路板托盘14-8的外径小于不锈钢筒14-1的内径，线路板14-16固定在线路板托盘14-8上后，其顶部要低于不锈钢筒14-1侧壁上的多芯插座14-5的底部，喇叭形底座14-7的内部也分为上中下三部分，下部为套有内丝的直段14-9，直段14-9的内径与测量管13的外径相同，二者紧密螺接，中间部分为喇叭形段，大喇叭口14-10连接着直段14-9，其口径与测量管13的内径相同，小喇叭口14-11连接着喉道14-12，喉道14-12连接着上部分的发射腔体14-13，发射腔体14-13内安装超声波发射器14-15。

Claims (6)

1.一种在线连通器式井涌井漏定性监测方法，进口流量传感器和专用液位传感器并行连接到PLC的输入信号采集端口，声光预警报警器连接到PLC的输出端口，PLC通过串口与工控机连接，其特征是：在泥浆泵与立管之间的平置管线上安装进口流量传感器，在井口防喷器与回流槽溢流口之间的喇叭口套管的侧壁上开一孔，安装防气阻防淤积弧形底座，测量管自上而下垂直插入弧形底座，专用液位传感器与测量管上端紧密螺接，PLC和工控机对专用液位传感器和进口流量传感器的信号及时检测分析，在第一时间分析判断钻套环空的泥浆液面变动率与进口泥浆流量的变动率是否一致，超出正常值声光报警器发出声光报警；所述专用液位传感器为不锈钢圆柱形筒体，不锈钢筒竖立时上端内壁有丝扣，自下而上依次螺接密封盖和顶盖，顶盖上有凸台，凸台的外径与不锈钢筒的外径相同，不锈钢筒上端内壁丝扣的下面开有一侧孔，安装多芯插座，不锈钢筒的底端内壁有丝扣与喇叭形底座螺接，喇叭形底座的外部为上中下三个外径不同但依次连接的同心中空圆柱体，下端圆柱体的外径与不锈钢筒的外径相同，中间圆柱体的外径与不锈钢筒的内径相同并套有丝扣，二者可紧密螺接，上端圆柱体的外径略小于中间圆柱体的外径，上端圆柱体最上边有外丝与线路板托盘螺接，线路板托盘的外径略小于不锈钢筒的内径，线路板固定在托盘上后，其顶部要低于不锈钢筒侧壁上的多芯插座的底部，喇叭形底座的内部也分为上中下三部分，下部为套有内丝的直段，直段的内径与测量管的外径相同，二者可紧密螺接，中间部分为喇叭形段，大喇叭口连接着直段其口径与测量管的内径相同，小喇叭口连接着喉道，喉道连接着上部分的发射腔体，发射腔体的内径大于喉道的内径，发射腔体内安装超声波发射器。

2.根据权利要求1所述的在线连通器式井涌井漏定性监测方法，其特征是：弧形底座的安装位置，弧形底座安装的最佳位置是与回流槽溢流口底边相对应的喇叭口套管的侧壁上，并使侧壁上的开孔与弧形底座的马鞍形接口保持口径一致。

3.根据权利要求1所述的在线连通器式井涌井漏定性监测方法，其特征是：弧形底座与测量管的连接方法，弧形底座正上方的固定短接与测量管上的护环紧密螺接，固定后的测量管与喇叭口套管平行，测量管上端的排气孔必须高于回流槽溢流口的顶端，测量管的下端悬在弧形底座防气阻防淤积腔体的中间。

4.根据权利要求1所述的在线连通器式井涌井漏定性监测方法，其特征是：测量管与喇叭口套管通过弧形底座形成U型连通器，测量管上端排气孔排出弧形腔体内的气体，使测量管里的泥浆液面与钻套环空中的泥浆液面保持一致性增减。

5.根据权利要求3所述的在线连通器式井涌井漏定性监测方法，其特征是：测量管的长度大于回流槽溢流口的口径，测量管的外径以30mm-50mm为宜，测量管的上端套有外丝，外丝的下面开有排气孔，接近下端的外部焊接一个套有外丝的护环。

6.根据权利要求4所述的在线连通器式井涌井漏定性监测方法，其特征是：所述弧形底座结构和形状近似纵向剖开的中空半球体，剖切口的口径小于喇叭口套管的直径，剖切口与喇叭口套管侧壁上的开孔吻合对接，底座内部有中空弧形腔体，腔体上半弧防气阻，腔体下半弧防泥沙钻屑淤积，底座外部为自上而下的弧形体，弧形体正上方中间开一孔，安装一个套有内丝的固定短接，固定短接与测量管的护环可紧密螺接。

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