CN105952400B - 一种环空井眼清洁实时监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环空井眼清洁实时监测方法，包括以下步骤：根据质量流量计中的振动管在固液两相流经过时其固有频率的变化，监测当前的流体密度；通过当前流体的密度以及岩屑和钻井液的密度得到振动管内固液两相体积比；通过振动管内固液两相体积比，以及流速，振动管长度等参数，计算出已返出的岩屑总量，结合产生的岩屑总量和井眼环空体积，进而计算获得环空内岩屑浓度。本发明本发明利用质量流量计来监测井眼是否清洁方法，实现实时准确的判断当前环空井眼是否清洁，拓宽了质量流量计在工程当中的应用。
Description
技术领域
本发明属于钻井施工技术领域，尤其涉及一种环空井眼清洁实时监测方法。
背景技术
在钻井施工过程中，直井作业时由于钻井液排量小,导致岩屑携带不畅。钻井液流变性能较差,不利于悬浮携岩等原因，易造成井眼不清洁，导致钻头重复切削，以及引起黏附卡钻，形成键槽等事故，工程上经常采用长时间循环钻井液的方法清洁井眼，延长了作业时间，增加了钻井成本。监测井眼环空清洁多用随钻环空监测仪器,利用循环钻井液当量密度(ECD)等参数来实现监测，井下随钻测量仪器成本较高，并不能够在大多数井场应用。质量流量计具有结构简单性能稳定精度极高，在工程上多用于流量的精确计量，如微流量控制，油气质量计量等领域。本方法目的是在质量流量计监测流量的同时，借助地面参数，实现对井眼是否清洁的监测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环空井眼清洁实时监测方法，旨在实现在质量流量计监测流量的同时，利用地面参数，实现对井眼是否清洁的监测。
本发明是这样实现的，一种环空井眼清洁实时监测方法，借助科里奥利质量流量计其具有精确的测量密度的能力，开发了一种在质量流量计测量流量的同时，能够实时的对环空井眼清洁度实现监测的方法；所述环空井眼清洁实时监测方法包括以下步骤：
根据质量流量计中的振动管在固液两相流经过时其固有频率的变化，监测当前的流体密度；
通过当前流体的密度以及岩屑和钻井液的密度得到振动管内固液两相体积比；
通过振动管内固液两相体积比，以及流速，振动管长度等参数，计算出已返出的岩屑总量，结合产生的岩屑总量和井眼环空体积，进而计算获得环空内岩屑浓度。
进一步，所述通过当前流体的密度以及岩屑和钻井液的密度得到振动管内固液两相体积比具体包括：
液相体积为v液密度为ρ液固相体积为v固密度为ρ固，由井深以及井径不难得出井眼总体积为v，固液两相流体介质的密度为ρ，由此得：
v液+v固＝v；
从质量角度得到：
ρ液v液+ρ固v固＝ρv；
因为ρ通过质量流量计测得，因此联立解出振动管内内固液两相的体积比。
进一步，所述通过计算获得环空内岩屑浓度具体包括：
施工过程所产生的岩屑总量与钻头直径D钻头，机械钻速VPE，钻进时间t有关：岩屑总量为环空体积为
计量经过时间t携出岩屑总量，需要在t0时刻开始有岩屑返出后每隔Δt时间记录当前管内岩屑质量Vn并求和，而Δt为流体流过整个振动管所用的时间；因此返出岩屑的总量表示为n为测量次数
环空内岩屑浓度为：
式中：
C环空--环空岩屑浓度；
VPE--机械钻速；
t--钻进时间；
Vn--振动管内岩屑质量；
D--井筒内径；
d--钻柱外径；
D钻头--钻头直径；
L--当前井深。
本发明提供的环空井眼清洁实时监测方法，质量流量计具有结构简单性能稳定精度极高，在工程上多用于流量的精确计量，如微流量控制，油气质量计量等领域。本发明利用质量流量计来监测井眼是否清洁方法，质量流量计其测量流体密度具有不受外界因素干扰，精度高，灵敏度高，因此，在监测井眼环空清洁情况也可以实现实时准确的判断当前环空井眼是否清洁。只要在施工现场应用到质量流量计，就可以利用此方法同时对井眼是否清洁进行监测，拓宽了质量流量计在工程当中的应用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的环空井眼清洁实时监测方法流程图。
图2是本发明实施例提供的环空井眼清洁实时监测装置结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例的环空井眼清洁实时监测方法包括以下步骤：
S101：根据质量流量计中的振动管在固液两相流经过时其固有频率的变化，监测当前的流体密度；
S102：通过当前流体的密度以及岩屑和钻井液的密度得到振动管内固液两相体积比；
S103：通过振动管内固液两相体积比，以及流速，振动管长度等参数，可以计算出已返出的岩屑总量，结合产生的岩屑总量和井眼环空体积，进而计算获得环空内岩屑浓度。
在步骤S101中，质量流量计的工作原理都是基于振动体(元件)的振动频率与其密度间的关系。当振动管的几何尺寸、形状材料一定时，振动频率仅由振动系统的质量决定，通过测量振动管的振动频率，结合已知振动管弹性模量等参数，可测得振动管内流体质量。
而流经振动管内的一定容积的流体质量则是由其密度大小决定，即密度变化将改变振动管的固有振动频率；具体来说振动系统的振动频率和管内流体密度的平方根成正比，因此，通过测量振动频率可得流体密度。
对于步骤S102：设液相体积为v液密度为ρ液固相体积为v固密度为ρ固，由井深以及井径不难得出井眼总体积为v，固液两相流体介质的密度为ρ，由此可得：
v液+v固＝v (1)
从质量角度还可以得到：
ρ液v液+ρ固v固＝ρv (2)
因为ρ通过质量流量计测得，因此联立(1)(2)可以解出振动管内内固液两相的体积比。
对于步骤S103：施工过程所产生的岩屑总量与钻头直径D钻头，机械钻速VPE，钻进时间t有关：岩屑总量为环空体积为
为了计量经过时间t携出岩屑总量，需要在t0时刻开始有岩屑返出后每隔Δt时间记录当前管内岩屑质量Vn并求和，而Δt与当前振动管内液体流速v以及振动管长度l有关，因此返出岩屑的总量表示为n为测量次数
因此环空内岩屑浓度为：
式中：
C环空--环空岩屑浓度；
VPE--机械钻速；
t--钻进时间；
Vn--振动管内岩屑质量；
D--井筒内径；
d--钻柱外径；
D钻头--钻头直径；
L--当前井深。
本发明采用的井眼清洁标准为:直井段环空岩屑浓度小于5％，便可用所测得的岩屑浓度表征井筒的清洁状况，实现井眼环空清洁的实时监测。得到当前环空内岩屑浓度，对比井眼清洁岩屑浓度标准，可判断当前环空井眼清洁状况，实现环空井眼清洁实时监测。图2是本发明提供的环空井眼清洁实时监测装置示意图，科里奥利质量流量计，应安装在垂直管道上，以避免岩石颗粒聚集在测量管中，并且这种安装方式便于清扫。其测量的混合流体密度以及流量直接实时传输给上位机。而所需的振动管体积，钻井液及岩石密度，机械钻速以及钻具尺寸等工程参数，则由现场实际情况直接录入。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种环空井眼清洁实时监测方法，其特征在于，所述环空井眼清洁实时监测方法包括以下步骤：
根据质量流量计中的振动管在固液两相流经过时其固有频率的变化，监测当前的流体密度；
通过当前流体的密度以及岩屑和钻井液的密度得到振动管内固液两相体积比；
通过振动管内固液两相体积比，以及流速，振动管长度，计算出已返出的岩屑总量，结合产生的岩屑总量和井眼环空体积，进而计算获得环空内岩屑浓度。
2.如权利要求1所述的环空井眼清洁实时监测方法，其特征在于，所述通过当前流体的密度以及岩屑和钻井液的密度得到振动管内固液两相体积比具体包括：
液相体积为v液、密度为ρ液；固相体积为v固、密度为ρ固，由井深以及井径不难得出井眼总体积为v，固液两相流体介质的密度为ρ，由此得：
v液+v固＝v；
从质量角度得到：
ρ液v液+ρ固v固＝ρv；
其中的ρ通过质量流量计测得；联立解出振动管内固液两相的体积比。
3.如权利要求1所述的环空井眼清洁实时监测方法，其特征在于，所述通过计算获得环空内岩屑浓度具体包括：
施工过程所产生的岩屑总量与钻头直径D钻头、机械钻速VPE和钻进时间t有关：岩屑总量为 环空体积为
计量经过时间t携出岩屑总量，需要在t0时刻开始有岩屑返出后每隔Δt时间记录当前管内岩屑质量Vn，一直到当前t*时刻并求和，而Δt为流体流过整个振动管所用的时间；因此返出岩屑的总量表示为n为测量次数，
环空内岩屑浓度为：
式中：
C环空--环空岩屑浓度；
VPE--机械钻速；
t--钻进时间；
Vn--振动管内岩屑质量；
D--井筒内径；
d--钻柱外径；
D钻头--钻头直径；
L--当前井深。
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