CN107387073A - 一种随钻返出岩屑定量检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于石油地质勘探钻井的随钻返出岩屑定量检测系统，检测系统包括数据采集系统、计算机系统、数据处理分析系统和综合录井仪组成。系统通过安装在泥浆导管上的数据采集系统获得管路内的扫描数据，数据传送给计算机系统，计算及系统将扫描收集到的信息数据进行贮存，此时计算机中数据处理分析系统通过对数据的分析得到岩屑流量和岩屑密度以及岩性的参数，进而分析判断携岩及井下工况。本发明通过对岩屑实时流量、岩屑密度、岩屑岩性及岩屑总量的分析，结合机械钻速工程参数监测，可以实时分析井下工况并预防井下复杂问题的发生。
Description
技术领域
本发明属于油气钻井领域中的一种通过实时检测钻井返出岩屑情况，对井下安全进行评估的设备，尤其是一种随钻返出岩屑定量检测系统。
背景技术
油气钻井工程是利用机械设备，将地层钻成具有一定深度的圆柱形孔眼的工程，是一项成本高昂的系统工程。但由于地质不确定性、地层的不均质性及局部应力分布不均的原因，薄弱层出现坍塌掉块及钻井液携岩能力不足导致岩屑无法返出的现象时有发生，如处理不当极易导致卡钻、井漏的事故的发生，这严重威胁着钻井的井下安全。
作为一项判断井筒内情况的重要参数，返出岩屑量一方面可以直接判断井壁的稳定情况，另一方面，它可以检测井眼扩大以及钻井液性能不足，岩屑密度、尺寸和岩性的参数可以直接描述地层稳定情况以及地层岩石情况。马晓伟等人在《气体钻井返出岩屑监测方法研究》中提出了在排砂管线上安装冲刷力传感器，通过监测环空返出含砂气体对排砂管线内壁冲刷力变化来判断井下返砂情况的方法，但该方法只能够应用于气体钻井，对于常规泥浆钻不适用，同时也只能定性判断返砂情况，另外该方法属于侵入式测量，传感器要置入管道内部，在携砂气体的高速冲刷下，寿命难以保障，而且传感器精度较低，无法满足现场的需求。康波等人发明了《一种非侵入式气体钻井随钻返出岩屑量定量检测系统》（ＺＬ201410668871.0），该发明很好的解决了非侵入式随钻返出岩屑量定量检测的难题，但是该方法无法应用于泥浆钻井，无法满足现场的需求。
随钻岩屑返出情况是对井眼环空情况的直接反应，研究携岩机理，研发能够应用于现场的泥浆钻井随钻岩屑检测设备十分有必要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题和技术发展的需要，提供一种随钻返出岩屑定量检测系统，在钻井过程中对返出岩屑量实时监控，对井底复杂情况及时预警、提高钻井的安全性。
本发明的技术路线是利用X光的穿透性强、能量集中的特点，通过对返出岩屑量、岩屑密度、岩屑岩性进行定量检测，通过返出岩屑量实时值和累计值，并综合其它工程参数进行计算来判断井下情况。
为实现上述目的，本发明给出如下技术方案：
一种随钻返出岩屑定量检测系统，主要由数据采集系统1、计算机系统4、数据处理分析系统5和综合录井仪7组成； 数据采集系统1获得泥浆导管2内泥浆和岩屑的扫描数据，通过传输总线3送给计算机系统4，同时综合录井仪7获得的录井数据通过通用以太网络总线6传输到计算机系统4，计算机系统4将数据进行存储，通过数据处理分析系统5分析扫描计算结果和录井数据进行岩屑参数计算和工况判断；所述的数据处理分析系统5包括数据采集、数据处理以及数据显示、保存部分；其中：
所述数据采集系统1主要由连通管17、X线管阵列13和探测器阵列16组成，数据采集系统1设置在泥浆导管2中部，连通管17连接泥浆导管2左右两端，X线管阵列13和探测器阵列16围绕连通管17四周，完全包裹；所述的X线管阵列13采用一组或两组，每组共4只X线管组成；每组4只X线管布置在连通管四周，相邻X线管互呈90°安置；所述的探测器阵列16采用一组或两组，每组共12只探测器组成；每3只探测器对应1只X线管，相邻探测器互呈90°安置；3只探测器之间无缝连接，形成一个发射和接收子系统，4个发射和接收子系统组合成为一组发射和探测阵列；
所述综合录井仪7分别连接立压传感器8、悬重传感器9、扭矩传感器10、转速传感器11和出口流量计12，采集录井数据。
上述方案进一步包括：
所述数据采集系统1还包括扫描架14，所述的扫描架14包裹在连通管17、X线管阵列13、探测器阵列16外围，并为X线管阵列13提供电能。
所述数据采集系统1还包括防护系统15，防护系统15主要由铅构成，包裹在扫描架14外侧。
所述的X线管阵列13中的X线管宽度为0.5cm，每只线管间隔1cm；所述的探测器阵列16中的探测器宽度为0.5cm，每个发射和接收子系统间隔1cm。
本发明的有益效果主要体现在：（一）可以实现油气钻井返出岩屑量、岩屑密度、岩屑岩性的实时测量，实时监控井下返砂情况；（二）具有精度高，速度快的优点，测量不需要与介质接触，大大提高了设备使用寿命，更具实用性；（三）可有效避免多种卡钻事故的发生，保证油气钻进的 井下安全；（四）实时监测地层岩石密度和岩性情况便于及时了解地层情况。
附图说明
图1是本发明的一种随钻返出岩屑定量检测系统的示意图。
图2是图1中数据采集系统的X线管阵列沿连通管横截面的布置图。
图3是图2中数据采集系统的X线管阵列侧视图。
图4是图3中数据采集系统的一组X线管和探测器阵列沿A-A截面布置图。
图中：1.数据采集系统，2.泥浆导管，3.传输总线，4.计算机系统，5.数据处理分析系统，6.通用以太网络总线，7.综合录井仪 8.立压传感器，9.悬重传感器，10.扭矩传感器，11.转速传感器，12.出口流量计， 13.X线管阵列，14.扫描架，15.防护系统，16.探测器阵列，17.连通管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述 ：
参照附图１，一种随钻返出岩屑定量检测系统，该系统由数据采集系,１、计算机系统4、数据处理分析系统（软件系统）5和综合录井仪7组成。数据采集系统１获得泥浆导管２内泥浆和岩屑的扫描数据，通过传输总线３送给计算机系统４，同时综合录井仪7获得的录井数据通过通用以太网络总线６传输到计算机系统４，计算机系统将数据进行存储，通过数据处理分析系统５分析扫描计算结果和录井数据进行岩屑参数计算和工况判断。
泥浆从环空返出后经过泥浆导管2输送到泥浆固控设备。数据采集系统1安装在泥浆导管2中部，当泥浆携砂通过泥浆导管2时，数据采集系统1将采集到的泥浆和岩屑的扫描数据通过传输总线3送给计算机系统4。与此同时，综合录井仪7将检测到的井深、悬重、扭矩、转速、出口流量数据通过通用以太网络总线6传输到计算机系统4中。各工程参数传送至计算机系统4中，通过数据处理分析系统5分析扫描计算结果和录井数据进行岩屑参数计算，图形比对，对岩屑实时流量、岩屑密度、岩屑岩性及岩屑总量的分析，结合机械钻速工程参数监测，可以实时分析井下工况并预防井下复杂问题的发生。
计算机系统4安装有数据处理分析系统5包括数据采集、数据处理以及数据显示及保存部分，主要用于分析扫描计算结果和录井数据，重构泥浆导管2内的岩屑分布状态、岩屑量和岩屑密度等信息。
参照附图1，立压传感器8，悬重传感器9，扭矩传感器10，转速传感器11，出口流量计12，这些信号直接输送到综合录井仪7，然后通过通用以太网络总线6传输到计算机系统4。
参考附图2、附图3和附图4，数据采集系统1主要由X线管阵列 13、探测器阵列16、扫描架14和防护系统15 组成，数据采集系统1设置在泥浆导管2中部。
X线管阵列13采用2组且每组4只X线管组成，4只X线管在连通管17外侧上下左右布置，相邻X线管互呈90°。X线管通过调制后产生厚度为0.5cm的扇形X光源，每只线管间隔1cm，从而构成一组整列，2组X线管间隔50cm。探测器阵列16采用2组（每组12只）X射线探测器组成，每3只探测器对应1只X线管，相邻探测器互呈90°，探测器宽度为0.5cm，3只探测器之间无缝连接，形成一个发射和接收子系统，4个发射和接收子系统组合成为一组发射和探测阵列，每个子系统间的扫描间隔为10ms，用以描述管内三维数据，每个子系统间隔1cm。
扫描架14主要用于安置连通管17，X线管阵列13、探测器阵列16，并为X线管阵列13提供电能，采集探测器阵列16的电信号并直接量化为数字信号。连通管17主要连接泥浆导管2左右两端，X线管阵列13和探测器阵列16围绕连通管17四周，完全包裹，实现采集全覆盖，
防护系统15主要由铅构成，对整个数据采集系统1进行封装以避免产生的额外X射线泄露。
数据处理分析系统5根据录井数据将同组探测阵列16获得的扫描数据通过数据重构和叠加从而形成整个管体内的岩屑三维扫描数据，获得泥浆导管内2的岩屑分布状态、岩屑量和岩屑密度等岩屑信息，同时通过两组阵列间的对比和累计岩屑数据的对比分析，实时分析井下工况并预防井下复杂问题的发生。
计算机系统4主要用于接收和存储泥浆导管内2泥浆和岩屑的扫描数据和录井数据，外部连接有连接数据采集系统1的传输总线3以及连接综合录井仪7的通用以太网络总线6。
系统硬件采用强弱电分体设计，满足防爆要求，满足钻井恶劣施工环境宽温运行、抗强电磁干扰、不间断供电保护、防水防尘防潮及严格防爆的要求。
系统对钻井井下安全风险进行初步评估和提前预警，可有效预警多种井下掉块及卡钻的复杂情况的发生，保障钻井井下安全，大幅降低钻井成本，提高钻井效率，加快油气田勘探开发进程。
Claims (4)
1.一种随钻返出岩屑定量检测系统，主要由数据采集系统（1）、计算机系统（4）、数据处理分析系统（5）和综合录井仪（7）组成； 数据采集系统（1）获得泥浆导管（2）内泥浆和岩屑的扫描数据，通过传输总线（3）送给计算机系统（4），同时综合录井仪（7）获得的录井数据通过通用以太网络总线（6）传输到计算机系统（4），计算机系统（4）将数据进行存储，通过数据处理分析系统（5）分析扫描计算结果和录井数据进行岩屑参数计算和工况判断；所述的数据处理分析系统（5）包括数据采集、数据处理以及数据显示、保存部分；其特征在于：
所述数据采集系统（1）主要由连通管（17）、X线管阵列（13）和探测器阵列（16）组成，数据采集系统（1）设置在泥浆导管（2）中部，连通管（17）连接泥浆导管（2）左右两端，X线管阵列（13）和探测器阵列（16）围绕连通管（17）四周，完全包裹；所述的X线管阵列（13）采用一组或两组，每组共4只X线管组成；每组4只X线管布置在连通管四周，相邻X线管互呈90°安置；所述的探测器阵列（16）采用一组或两组，每组共12只探测器组成；每3只探测器对应1只X线管，相邻探测器互呈90°安置；3只探测器之间无缝连接，形成一个发射和接收子系统，4个发射和接收子系统组合成为一组发射和探测阵列；
所述综合录井仪（7）分别连接立压传感器（8）、悬重传感器（9）、扭矩传感器（10）、转速传感器（11）和出口流量计（12），采集录井数据。
2. 根据权利要求 1 所述的随钻返出岩屑定量检测系统，其特征在于：所述数据采集系统（1）还包括扫描架（14），所述的扫描架（14）包裹在连通管（17）、X线管阵列（13）、探测器阵列（16）外围，并为X线管阵列（13）提供电能。
3.根据权利要求 2 所述的随钻返出岩屑定量检测系统，其特征在于：所述数据采集系统（1）还包括防护系统（15），防护系统（15）主要由铅构成，包裹在扫描架（14）外侧。
4.根据权利要求 1 或 2、３ 所述的随钻返出岩屑定量检测系统，其特征在于：所述的X线管阵列（13）中的X线管宽度为0.5cm，每只线管间隔1cm；所述的探测器阵列（16）中的探测器宽度为0.5cm，每个发射和接收子系统间隔1cm。
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