CN105019836B - 混合钻井液在线密度检测结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合钻井液在线密度检测结构，包括混合钻井液的呈倒L型的主管道，所述主管道包括水平主管道、垂直主管道，还包括呈U型的密度检测管道、压差式密度计，所述密度检测管道包括第一垂直管、第二垂直管以及连接于第一垂直管、第二垂直管下端之间的连接管，所述第一垂直管的长度大于第二垂直管的长度，所述第一垂直管的上端与水平主管道连通，所述第二垂直管与垂直主管道连通，所述压差式密度计安装在密度检测管道上。它结构简单，就可以即时、精确检测主管道中正向流动的混合钻井液的密度。
Description
技术领域
本发明属于钻井设备技术领域，涉及一种混合钻井液在线密度检测结构。
背景技术
与陆地和浅海钻井相比，深海钻井环境更复杂，所采用的技术与陆地有所不同，许多地区都存在钻井液密度窗口窄、浅层气、浅层水，地层压力控制难度大，极易引起溢流等井下复杂情况，严重时会导致井喷和井漏事故，给钻井造成极大的困难。为了控制浅层水流等危害，需要利用动态压井系统，其原理是将预先配好的高密度压井液与正常钻进时的低密度钻井液或海水，通过一台可自动控制密度的混浆装置，自动调节到所需要的钻井液密度，直接供泥浆泵向井内连续不断的泵送到井下，控制地层压力，进而有效地控制地层流体进入井筒，减少井涌、井漏等钻井复杂情况，提高钻井效率和钻井安全性，真正意义上实现边作业边加重的动态压井钻井作业。为保证动态压井钻井的安全，及时检测混合钻井液密度是必备的环节，以便于及时掌握环空压力，保证安全钻进。
目前采用的密度检测装置是安装在钻井液罐里的一般密度计来检测密度，这种检测方式需等到钻井液罐中混合钻井液浸没密度计感应器才能检测到密度，较为滞后，且每当调节一次密度需将钻井液罐中的残余钻井液排空才能检测调节后的密度，浪费钻井液材料，在人工检测密度时需要在钻井液罐中取样，动作较为危险，不符合安全作业的要求。且原有密度计安装方案较为繁琐需将原来的钻井液罐开孔作业后，进行安装。
现有的一般密度计在检测正向(从上向下流)流入垂直管道中流体密度时，流体流速过大时在密度检测管道入口弯接头处会产生一片静压负压区，负压区会波及到上压力感应器，不能正确的感应压力，直接影响密度计读数准确性，目前对于垂直管道都采用倒置检测，流体从底向上流入密度检测管道，流体压力较小时流体不能够浸没压力感应器，检测不到密度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种混合钻井液在线密度检测结构，它结构简单，就可以即时、精确检测主管道中正向流动的混合钻井液的密度。
本发明的目的是这样实现的：
一种混合钻井液在线密度检测结构，包括混合钻井液的呈倒L型的主管道，所述主管道包括水平主管道、垂直主管道，还包括呈U型的密度检测管道、压差式密度计，所述密度检测管道包括第一垂直管、第二垂直管以及连接于第一垂直管、第二垂直管下端之间的连接管，所述第一垂直管的长度大于第二垂直管的长度，所述第一垂直管的上端与水平主管道连通，所述第二垂直管与垂直主管道连通，所述压差式密度计安装在密度检测管道上。
为了便于安装压差式密度计，优选地，所述压差式密度计安装在第一垂直管的上端，压差式密度计的上压力感应器、下压力感应器均位于第一垂直管内。
为了便于安全取样，优选地，还包括取样水龙头，所述取样水龙头安装在连接管上。
为了保证主管道、密度检测管道的连接强度，以及便于本发明结构的安装，优选地，所述主管道、密度检测管道成型为一体。
为了保证流体能快速的流入密度检测管道中，即时检测密度，优选地，所述密度检测管道的孔径小于主管道的孔径。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
1.密度检测管道采用“U”型密度检测管道设计，密度检测管道的第二垂直管产生回压，可以消除了流体正向流入第一垂直管产生的静压负压，从而能够实现在第一垂直管中的密度检测；这不仅节省了密度检测时间，为后续钻井液密度调整带来了足够的时间，而且节省了混合钻井液的用量，也给人工检测密度取样带来了方便，并节省了海洋钻井平台的有限空间；
2.本检测结构为外挂式，不需要在钻井液罐开孔，结构简单，保证钻井液罐的密封性能；
3.它可以针对各种压力的混合钻井液，精确检测主管道中正向流动的混合钻井液的密度，不需要专门进行倒置检测；
4.由于本检测结构是对主管道中的混合钻井液进行密度测量，本检测结构对钻井液罐中的存量没有要求，可以即时检测到混合钻井液的密度，混合钻井液的密度调整时也不需要排空钻井液罐中的残余钻井液。
附图说明
图1a为本发明的结构示意图；
图1b为图1的俯视示意图；
图1c图1的透视示意图；
图2为流体密度为1300kg/m3时本发明整体压力等高显示图；
图3为流体密度为1300kg/m3时第一垂直管竖切面压力等高显示图；
图4为流体密度为1300kg/m3时第一垂直管竖切面速度等高显示图；
图5为流体密度为1300kg/m3时第二垂直管出口处速度矢量图。
附图标记
附图中，1为主管道，2为密度检测管道，3为压差式密度计，4为取样水龙头，A为混合钻井液在主管道进口，D为混合钻井液在主管道出口，B为混合钻井液在密度检测管道的进口，C为混合钻井液在密度检测管道的出口。
具体实施方式
参见图1a至图1c，为混合钻井液在线密度检测结构的一种较佳的实施例，包括混合钻井液的呈倒L型的主管道1，所述主管道1包括水平主管道1、垂直主管道1，还包括呈U型的密度检测管道2、压差式密度计3，所述密度检测管道2包括第一垂直管、第二垂直管以及连接于第一垂直管、第二垂直管下端之间的连接管，所述第一垂直管的长度大于第二垂直管的长度，所述第一垂直管的上端通过连接管与水平主管道1连通，所述第二垂直管通过连接管与垂直主管道1连通，形成一体式结构。所述压差式密度计3安装在密度检测管道2上。本实施例中，所述压差式密度计3安装在第一垂直管的上端，压差式密度计3的上压力感应器、下压力感应器均位于第一垂直管内。还包括取样水龙头4，所述取样水龙头4安装在连接管上。
其检测技术原理为：当主管道1有流体流过时，就会分流到密度检测管道2，密度检测管道2是不等长的“U”型密度检测管道2设计，由于第二垂直管较短，第二垂直管最先灌满流体，产生一个回流液柱压力作用于第一垂直管中的流动的流体，这一回压能够消除流体在第一垂直管流动时产生的负压，使第一垂直管的上压力感应器、下压力感应器能正确读取一组数据并传送给计算模块，经过计算程序计算之后，就会在显示屏上显示出此时被检测流体的密度。
如图1a至图1c所示，混合钻井液在线密度检测结构在混合器上可以采用法兰或抱箍连接。
如图2所示，采用密度为1300kg/m时，整个管壁处压力等高云图，从此图可以看出整个管壁处几乎没有负压存在。
如图3所示，压力感应器所在管道竖切面的压力等高云图，从这个图上可以得知压力感应器处的压力为正值，可以正常感应压力。
从图4不仅可以读出流体的流动速度，而且可以观察速度分布，从此图可以看出通过密度检测管道2后，流体能够顺利流入主管道1中，保证持续检测密度。
模拟验证：利用gambit软件绘制了1:1的管道模型，并绘制了网格，采用fluent软件进行了数值模拟。本设计共进行了四次模拟采用了四种不同密度的流体，并提取密度计所在面的压力、入口处的速度云图和速度矢量图。为了证明压力感应器处的流体静压为正值，还提取了下上下两个压力传感器的静压取值和速度取值，详见表1，四次模拟结果较为一致，以流体密度为1300kg/m3时为例进行说明。此表读数进一步证实了压力感应器处静压为正值。
表1压力感应器处静压与速度取值
| 静压取值(pa) | 速度(m/s) | |
| 上压力感应器 | 60144.6 | 3.7 |
| 下压力感应器 | 71848.0 | 4.1 |
上述实施例中，利用第二垂直管灌满液体之后产生的回压消除流体在第一垂直管流动时产生的负压是不等长的“U”型密度检测管道2设计消除流体静压负压的关键，从数值模拟计算结果来看如附图2、3，及管道竖截面上也没有负压存在，且密度计压力传感器所在横截面中心点的压力也为正值，“U”型管设计的第二垂直管回压消除负压效果较好，能保证压差式密度计3检测密度时不受负压的影响。
密度检测管道2采用直径较小的管道保证了流体能快速的流入管道中，检测密度，如图4所示的速度登高图以及表1中的速度数据可以看出，流体流入管道中的速度快。
附图5速度矢量图表明密度检测管道2出口处的流体经过检测之后能够顺利的流到混合主管道1一起进入钻井液罐。
工作过程：本检测结构水平主管道1的端部与混合装置连接，本检测结构垂直主管道1的端部与钻井液罐连接，
混合钻井液从混合腔体流出时，会在密度检测管道2处分流一部分，首先将密度检测管道2的第二垂直管灌满，此时第二垂直管就会产生一个回流压力，作用于第一垂直管中的流体，消除了流体在第一垂直管中产生的负压，流体浸没压力感应器之后，压力感应器感受到压力就会传输数据给计算模块，经计算之后就会在显示屏幕上显示出混合钻井液的密度，随着流体向密度检测管道2中流入，密度检测管道2中的流体就会与混合主管道1流体并流一起流入到钻井液罐中，这一过程持续时间很短，能实现在线检测密度，当需要人工检测密度时可以直接打开取样水龙头4取出样品直接检测，动态压井钻进完成之后可通过水龙头排除残余的混合钻井液及清洗海水。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (5)
1.一种混合钻井液在线密度检测结构，包括混合钻井液的呈倒L型的主管道，所述主管道包括水平主管道、垂直主管道，其特征在于：还包括呈U型的密度检测管道、压差式密度计，所述密度检测管道包括第一垂直管、第二垂直管以及连接于第一垂直管、第二垂直管下端之间的连接管，所述第一垂直管的长度大于第二垂直管的长度，所述第一垂直管的上端与水平主管道连通，所述第二垂直管与垂直主管道连通，所述压差式密度计安装在密度检测管道上。
2.根据权利要求1所述的混合钻井液在线密度检测结构，其特征在于：所述压差式密度计安装在第一垂直管的上端，压差式密度计的上压力感应器、下压力感应器均位于第一垂直管内。
3.根据权利要求1所述的混合钻井液在线密度检测结构，其特征在于：还包括取样水龙头，所述取样水龙头安装在连接管上。
4.根据权利要求1所述的混合钻井液在线密度检测结构，其特征在于：所述主管道、密度检测管道成型为一体。
5.根据权利要求1所述的混合钻井液在线密度检测结构，其特征在于：所述密度检测管道的孔径小于主管道的孔径。
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