CN105507886A - 一种溢流和井漏监测系统及其监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种溢流和井漏监测系统及其监测方法。包括监测罐、液位计、调节阀、截止阀、泵冲传感器、灌浆泵、钻井液池和监测控制报警装置。监测罐通过隔板分割为主、副腔室，并在其上设置液位计和不同的管口与井口装置、灌浆泵、钻井液池建立连接，液位计、泵冲传感器和调节阀与监测控制报警装置连接，控制调节阀的开关、灌浆泵的启停并对溢流井漏进行实时监测和预警。本发明在井筒内钻井液循环过程中，通过副腔室内液位变化速度的快慢，可以迅速判断井筒内返出流量的变化情况；起下钻过程中始终保持井筒满液位，消除了灌浆不及时和灌浆不满的情况；监测罐的横截面积小，液面检测更加灵敏和准确，能够更加及时的发现溢流和井漏。

Description

一种溢流和井漏监测系统及其监测方法
技术领域
本发明涉及石油钻井监测系统技术领域中的一种监测系统及其监测方法，尤其涉及一种石油钻井过程中进行溢流和井漏监测的监测系统及其监测方法。
背景技术
石油钻井过程中，井下会出现溢流和井漏现象，如果溢流和井漏发现不及时或者处理不当，则很可能发展成为井喷。井喷的发生会给石油工业带来巨大的人员和财力损失。目前，国内钻井现场主要采用地面钻井液池液位监测和井筒进出口流量监测的方法判断井筒内溢流或者井漏现象的发生。
地面钻井液池液位监测方法是对地面钻井液池内的钻井液液位进行监测，钻井液池内钻井液液面升高超过一定值代表井涌，液面降低超过一定值代表井漏。这种监测钻井液池液位的方法有很大的缺陷：首先钻井液必须从井口通过防溢管流过振动筛、再经过泥浆槽回到钻井液池，使得监测井涌和井漏需要的反应时间长；其次，由于钻井液池体积大，发生井涌或井漏后，钻井液液位变化缓慢，而且变化值很小，不能灵敏的检测井涌和井漏的发生。井筒进出口流量监测方法利用井筒的进出口流量计测量进出口流量，通过流量的变化判断井筒井漏或者溢流情况。这种方法在起下钻过程中，由于流量计无法满管，或者由于起下钻速度的变化，导致流量计流量变化波动比较大，流量计测量准确性比较差，因此，这种方法无法满足钻井全过程溢流和井漏的精确监测。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提供一种钻井过程中对溢流和井漏的快速、准确监测的溢流和井漏监测系统及其监测方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种溢流和井漏监测系统包括监测罐、液位计、调节阀、截止阀、泵冲传感器、灌浆泵、钻井液池和监测控制报警装置；监测罐通过隔板分割为主腔室和副腔室；主腔室内安装主腔室液位计，副腔室内安装副腔室液位计；主腔室加工有主腔室入口管，主腔室出口管和灌浆管；主腔室入口管与井口钻井液返出管线连接，主腔室出口管与调节阀连接，灌浆管与灌浆泵的排出口连接，灌浆泵的吸入口与钻井液池连接；副腔室加工有副腔室出口管，副腔室出口管与截止阀B连接；泵冲传感器安装在钻井泵上；主腔室液位计、副腔室液位计、泵冲传感器和调节阀的测量信号通过信号电缆传输到监测控制报警装置；监测控制报警装置控制调节阀的开关、灌浆泵的启停并对溢流井漏进行预警。
所述的主腔室入口管可以与井口防溢管出浆口连接，也可以与钻井分离器的出浆口连接；所述的主腔室液位计和副腔室液位计最好为雷达液位计；在钻井泵输出管线上设有钻井泵出口流量计；所述的主腔室和副腔室之间可以安装有连通管线，连通管线上安装有截止阀C。
一种溢流和井漏监测方法包括：
监测控制报警装置不断监测泵冲传感器、主腔室液位计、副腔室液位计和调节阀的测量信号，分别得到钻井泵的冲数、主腔室的液位高度、副腔室的液位高度和调节阀的阀位；
在钻井泵维持井筒内钻井液循环过程中，截止阀B处于关闭状态，井筒内返出的钻井液先后经过主腔室入口管、主腔室、主腔室出口管和调节阀，到达振动筛；首先通过监测控制报警装置自动控制调节阀的开关，使得主腔室的液位升高，当主腔室的液位超过隔板的高度后，钻井液从主腔室溢流到副腔室，停止调节阀的开关；调节阀停止开关后，副腔室内的液位升高速度将稳定在速度V；当速度V增大且增大值大于设定的速度增大值时，监测控制报警装置发出溢流报警；当速度V减小且减小值大于设定的速度减小值时，监测控制报警装置发出井漏报警；当副腔室液位到达隔板高度时，监测控制报警装置停止溢流井漏监测，并打开截止阀B，将副腔室内的钻井液泄放到振动筛，然后关闭截止阀B并继续进行溢流井漏监测；
在起钻过程中，首先通过监测控制报警装置关闭截止阀B和调节阀；监测控制报警装置通过监测主腔室的液位变化以及副腔室的液位变化计算出监测罐的液量变化值，从而与需灌浆量进行比较判断溢流井漏情况；当主腔室的液位降低至灌浆设定下限值时，监测控制报警装置停止溢流井漏监测，启动灌浆泵进行灌浆，钻井液通过灌浆管进入主腔室，主腔室的液位达到灌浆设定上限值时停止灌浆并继续进行溢流井漏监测；
在下钻过程中，首先通过监测控制报警装置关闭截止阀B和调节阀；监测控制报警装置通过监测主腔室的液位变化以及副腔室的液位变化计算出监测罐的液量变化值，从而与理论排代量进行比较判断溢流井漏情况；当主腔室的液位增加至放浆设定上限值时，监测控制报警装置停止溢流井漏监测，打开调节阀，钻井液通过调节阀泄放至振动筛，主腔室的液位达到放浆设定下限值时关闭调节阀停止放浆并继续进行溢流井漏监测。
主腔室与副腔室之间最好安装截止阀C，起下钻过程中，打开截止阀C使主腔室与副腔室连通。
本发明的优点是：(1)井筒内钻井液循环过程中，通过副腔室内液位变化速度的快慢，可以迅速判断井筒内返出流量的变化情况；(2)起钻过程中，监测罐内钻井液在自重作用下进入井筒，可以始终保持井筒满液位，消除了灌浆不及时和灌浆不满的情况；（3）监测罐的横截面积小，液面检测更加灵敏和准确，能够更加及时的发现溢流和井漏。
附图说明
图1是本发明一种具体应用实施例的安装示意图。
图2是本发明图1中监测罐及其连接阀门部分的示意图。
图中1.钻井泵，2.泵冲传感器，3.钻井泵出口流量计，4.截止阀A，5.立管，6.防溢管，7.防溢管出浆口，8.防喷器组，9.井筒，10.监测控制报警装置，11.灌浆泵,12.钻井液池,13.振动筛,14.主腔室入口管,15.灌浆管,16.主腔室出口管,17.调节阀,18.监测罐,19.隔板，20.主腔室液位计,21.副腔室液位计,22.主腔室,23.副腔室,24.副腔室出口管,25.截止阀B,26.截止阀C。
具体实施方式
下面结合附图1和附图2对本发明作进一步描述：
一种溢流和井漏监测系统，包括监测罐18、主腔室液位计20、副腔室液位计21、调节阀17、截止阀B25、泵冲传感器2、灌浆泵11和监测控制报警装置10；监测罐18通过隔板19分割为两个腔室，分别为主腔室22和副腔室23；主腔室22内安装主腔室液位计20，副腔室23内安装副腔室液位计21；主腔室22加工有主腔室入口管14，主腔室出口管16和灌浆管15；主腔室入口管14与井口防溢管出浆口7连接，主腔室出口管16与调节阀17连接，灌浆管15与灌浆泵11的排出口连接，灌浆泵11的吸入口与钻井液池12连接；副腔室23加工有副腔室出口管24，副腔室出口管24与截止阀B25连接；泵冲传感器2安装在钻井泵1上，钻井泵1出口连接钻井泵出口流量计3；
主腔室液位计20和副腔室液位计21为雷达液位计；主腔室22和副腔室23之间安装有连通管线，连通管线上安装有截止阀C26；
主腔室液位计20、副腔室液位计21、泵冲传感器2、钻井泵出口流量计3、截止阀B25、截止阀C26和调节阀17的测量信号通过信号电缆传输到监测控制报警装置(10)；监测控制报警装置(10)控制截止阀B25、截止阀C26和调节阀(17)的开关、灌浆泵(11)的启停并对溢流井漏进行预警。
溢流和井漏具体的监测方法为：
监测控制报警装置10不断监测泵冲传感器2、主腔室液位计20、副腔室液位计21、调节阀17、钻井泵出口流量计3、截止阀B25和截止阀C26的测量信号，分别得到钻井泵1的冲数、主腔室22的液位高度、副腔室23的液位高度、调节阀17的阀位、钻井泵出口流量、截止阀B25的开关状态和截止阀C26开关状态。
在钻井泵1维持井筒9内钻井液循环过程中，截止阀B25与截止阀C26处于关闭状态；钻井泵1从钻井液池12吸入钻井液，排出的钻井液依次经过钻井泵1、钻井泵出口流量计3、截止阀A4、立管5、井筒9、防喷器组8、防溢管6、防溢管出浆口7、主腔室入口管14、主腔室22、主腔室出口管16和调节阀17、振动筛13，最后返回钻井液池12；首先通过监测控制报警装置10自动控制调节阀17的开关，使得主腔室22的液位升高，当主腔室22的液位超过隔板19的高度后，钻井液从主腔室22溢流到副腔室23，停止调节阀17的开关；调节阀17停止开关后，副腔室23内的液位（如附图1中的液位H）升高速度将稳定在速度V；当速度V增大且增大值大于设定的速度增大值时，监测控制报警装置10发出溢流报警；当速度V减小且减小值大于设定的速度减小值时，监测控制报警装置10发出井漏报警；当副腔室23液位到达隔板19高度时，监测控制报警装置10停止溢流井漏监测，并打开截止阀B25，将副腔室23内的钻井液泄放到振动筛13，然后关闭截止阀B25并继续进行溢流井漏监测；
在起钻过程中，首先通过监测控制报警装置10关闭截止阀B25和调节阀17，并打开截止阀C26使主腔室22与副腔室23连通；监测控制报警装置10通过监测主腔室22以及副腔室23的液位变化计算出监测罐18的液量变化值，从而与需灌浆量进行比较判断溢流井漏情况；当主腔室22的液位降低至灌浆设定下限值时，监测控制报警装置10停止溢流井漏监测，启动灌浆泵11进行灌浆，钻井液通过灌浆管15进入主腔室22，主腔室22的液位达到灌浆设定上限值时停止灌浆并继续进行溢流井漏监测；
在下钻过程中，首先通过监测控制报警装置10关闭截止阀B25和调节阀17，并打开截止阀C26使主腔室22与副腔室23连通；监测控制报警装置10通过监测主腔室22以及副腔室23的液位变化计算出监测罐18的液量变化值，从而与理论排代量进行比较判断溢流井漏情况；当主腔室22的液位增加至放浆设定上限值时，监测控制报警装置10停止溢流井漏监测，打开调节阀17，钻井液通过调节阀17泄放至振动筛13，主腔室22的液位达到放浆设定下限值时关闭调节阀17停止放浆并继续进行溢流井漏监测；
当井筒内钻井液停止循环，且井筒内无钻具上下运动时，首先通过监测控制报警装置10关闭截止阀B25、调节阀17和截止阀C26；当主腔室(22)的液位持续升高且升高值大于设定的升高值则发出溢流报警，当主腔室(22)的液位持续降低，且降低值大于设定的降低值则发出井漏报警；
监测控制报警装置10利用钻井泵泵冲、钻井泵出口流量、大钩负荷以及液压大钳液压力等工程参数，完成对钻井泵转速变化、钻进和起下钻的工况识别。

Claims (5)

1.一种溢流和井漏监测系统，包括监测罐(18)、液位计、调节阀(17)、截止阀(25)、泵冲传感器(2)、灌浆泵(11)、钻井液池(12)和监测控制报警装置(10)；其特征在于：监测罐(18)通过隔板(19)分割为主腔室(22)和副腔室(23)；主腔室(22)内安装主腔室液位计(20)，副腔室(23)内安装副腔室液位计(21)；主腔室(22)加工有与井口防溢管出浆口(7)连接配合的主腔室入口管(14)、与调节阀(17)连接的主腔室出口管(16)和与灌浆泵(11)排出口连接的灌浆管(15)，灌浆泵(11)的吸入口与钻井液池(12)连接；副腔室(23)加工有与截止阀B(25)连接的副腔室出口管(24)；主腔室出口管(16)和副腔室出口管(24)均通过振动筛（13）引入钻井液池(12)；泵冲传感器(2)安装在钻井泵(1)上；主腔室液位计(20)、副腔室液位计(21)、泵冲传感器(2)和调节阀(17)的测量信号通过信号电缆与监测控制报警装置(10)连接。
2.根据权利要求1所述的溢流和井漏监测系统，其特征在于，所述的主腔室液位计(20)和副腔室液位计(21)为雷达液位计，在钻井泵输出管线上设有钻井泵出口流量计（3）。
3.根据权利要求1或2所述的溢流和井漏监测系统，其特征在于，所述的主腔室(22)和副腔室(23)之间安装有连通管线，连通管线上安装有截止阀C(26)。
4.按照权利要求1或2所述的溢流和井漏监测系统的监测方法，其特征在于：
监测控制报警装置(10)实时监测泵冲传感器(2)、主腔室液位计(20)、副腔室液位计(21)和调节阀(17)的测量信号，分别得到钻井泵(1)的冲数、主腔室(22)的液位高度、副腔室(23)的液位高度和调节阀(17)的阀位；
在钻井泵(1)维持井筒(9)内钻井液循环过程中，截止阀B(25)处于关闭状态，井筒(9)内返出的钻井液先后经过主腔室入口管(14)、主腔室(22)、主腔室出口管(16)和调节阀(17)，到达振动筛(13)；首先通过监测控制报警装置(10)控制调节阀(17)的开关，使得主腔室(22)的液位升高，当主腔室(22)的液位超过隔板(19)的高度后，钻井液从主腔室(22)溢流到副腔室(23)，副腔室(23)内的液位升高速度将稳定在速度V；当速度V增大且增大值大于设定的速度增大值时，监测控制报警装置(10)发出溢流报警；当速度V减小且减小值大于设定的速度减小值时，监测控制报警装置(10)发出井漏报警；当副腔室(23)液位到达隔板(19)高度时，监测控制报警装置(10)停止溢流井漏监测，并打开截止阀B(25)，将副腔室(23)内的钻井液泄放到振动筛(13)，然后关闭截止阀B(25)并继续进行溢流井漏监测；
在起钻过程中，首先通过监测控制报警装置(10)关闭截止阀B(25)和调节阀(17)；监测控制报警装置(10)通过监测主腔室(22)的液位变化以及副腔室(23)的液位变化计算出监测罐(18)的液量变化值，从而与需灌浆量进行比较判断溢流井漏情况；当主腔室(22)的液位降低至灌浆设定下限值时，监测控制报警装置(10)停止溢流井漏监测，启动灌浆泵(11)进行灌浆，钻井液通过灌浆管(15)进入主腔室(22)，主腔室(22)的液位达到灌浆设定上限值时停止灌浆并继续进行溢流井漏监测；
在下钻过程中，首先通过监测控制报警装置(10)关闭截止阀B(25)和调节阀(17)；监测控制报警装置(10)通过监测主腔室(22)的液位变化以及副腔室(23)的液位变化计算出监测罐(18)的液量变化值，从而与理论排代量进行比较判断溢流井漏情况；当主腔室(22)的液位增加至放浆设定上限值时，监测控制报警装置(10)停止溢流井漏监测，打开调节阀(17)，钻井液通过调节阀(17)泄放至振动筛(13)，主腔室(22)的液位达到放浆设定下限值时关闭调节阀(17)停止放浆并继续进行溢流井漏监测。
5.按照权利要求3所述的溢流和井漏监测系统的监测方法，其特征在于：
监测控制报警装置(10)实时监测泵冲传感器(2)、主腔室液位计(20)、副腔室液位计(21)和调节阀(17)的测量信号，分别得到钻井泵(1)的冲数、主腔室(22)的液位高度、副腔室(23)的液位高度和调节阀(17)的阀位；
在钻井泵(1)维持井筒(9)内钻井液循环过程中，截止阀B(25)处于关闭状态，井筒(9)内返出的钻井液先后经过主腔室入口管(14)、主腔室(22)、主腔室出口管(16)和调节阀(17)，到达振动筛(13)；首先通过监测控制报警装置(10)自动控制调节阀(17)的开关，使得主腔室(22)的液位升高，当主腔室(22)的液位超过隔板(19)的高度后，钻井液从主腔室(22)溢流到副腔室(23)，停止调节阀(17)的开关；调节阀(17)停止开关后，副腔室(23)内的液位升高速度将稳定在速度V；当速度V增大且增大值大于设定的速度增大值时，监测控制报警装置(10)发出溢流报警；当速度V减小且减小值大于设定的速度减小值时，监测控制报警装置(10)发出井漏报警；当副腔室(23)液位到达隔板(19)高度时，监测控制报警装置(10)停止溢流井漏监测，并打开截止阀B(25)，将副腔室(23)内的钻井液泄放到振动筛(13)，然后关闭截止阀B(25)并继续进行溢流井漏监测；
在起钻过程中，首先通过监测控制报警装置(10)关闭截止阀B(25)和调节阀(17)；监测控制报警装置(10)通过监测主腔室(22)的液位变化以及副腔室(23)的液位变化计算出监测罐(18)的液量变化值，从而与需灌浆量进行比较判断溢流井漏情况；当主腔室(22)的液位降低至灌浆设定下限值时，监测控制报警装置(10)停止溢流井漏监测，启动灌浆泵(11)进行灌浆，钻井液通过灌浆管(15)进入主腔室(22)，主腔室(22)的液位达到灌浆设定上限值时停止灌浆并继续进行溢流井漏监测；
在下钻过程中，首先通过监测控制报警装置(10)关闭截止阀B(25)和调节阀(17)；监测控制报警装置(10)通过监测主腔室(22)的液位变化以及副腔室(23)的液位变化计算出监测罐(18)的液量变化值，从而与理论排代量进行比较判断溢流井漏情况；当主腔室(22)的液位增加至放浆设定上限值时，监测控制报警装置(10)停止溢流井漏监测，打开调节阀(17)，钻井液通过调节阀(17)泄放至振动筛(13)，主腔室(22)的液位达到放浆设定下限值时关闭调节阀(17)停止放浆并继续进行溢流井漏监测；
起下钻过程中，打开截止阀C(26)使主腔室(22)与副腔室(23)连通。
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