CN109403894A - 一种钻井用早期溢流和漏失监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井用早期溢流和漏失监测系统，其包括Y型高架管；Y型高架管包含一根主管、两根测量管，两根测量管对称焊接在主管上，Y型高架管一端与高架软管相连接，另一端与气动截止阀和高架管通过法兰连接，两根测量管上分别安装有截止阀和质量流量计；高架管两侧对称分布两个缓冲罐；质量流量计、泥浆池液位计、喇叭口液位计、泵冲传感器、转盘扭矩传感器、转盘转速传感器、立压传感器和套压传感器的测量信号通过信号电缆传输至监测控制报警装置，监测控制报警装置，控制气动截止阀的开关并对溢流和井漏进行预报警。本发明适用于水基、油基泥浆的流量测量，提高了井筒出口流量监测精度。

Description

一种钻井用早期溢流和漏失监测系统

技术领域

本发明涉及石油天然气行业勘探开发钻井领域的钻井早期溢流和漏失监测，属于钻井井控技术领域。

背景技术

石油天然气钻井过程中，一般采用泥浆来平衡地层压力，若井底压力控制不当，往往会造成溢流或井漏。如果溢流和井漏不及时发现或处理不当，则很可能会发展成为井喷，井喷一旦失控往往造成巨大的财产损失，甚至威胁人员的生命安全。目前，一般通过监测泥浆池液位或者监测井筒出口流量的方式判断溢流和井漏。

泥浆池液位监测是利用液位尺或者液位计来监测泥浆池液位的升降，当泥浆池液位升高、降低超过一定的限值时，可判定发生溢流、井漏。实际运用时，该方法存在很大的缺陷：1、由于井口泥浆需依次通过高架槽、振动筛、沉砂池等流入泥浆池，泥浆通过路径长、设备多使得泥浆池液位变化需要较长时间，从而造成溢流、井漏监测存在较大延迟，当液位达到报警值时，井筒内溢流漏失已经十分严重；2、泥浆池体积较大，发生溢流、井漏时，液位升降幅度小，不易及时监测液面的变化，造成溢流、井漏发现不及时，耽误治理时机；3、液位计易受泥浆池液位波动影响，人工记录液位尺读数不能保证监测的时效性以及可靠性。

监测井筒出口流量的方式是在泥浆出口的高架管上安装流量计，实时监测井筒出口流量的变化，从而判定是否发生溢流、井漏。该方法直接监测出口流量，相对于泥浆池液位监测来讲，监测溢流、井漏及时、可靠性好，但也存在着缺点：1、目前采用的靶式流量计由于其结构原理的限制存在着挡板易结泥、测量精度差、工作可靠性差的特点，不能运用于早期溢流漏失的监测。2、井筒出口泥浆的不满管流动，以及水基、油基泥浆的不同物理性质，影响了高精度流量计的运用，从事该项研究较早的大港第一录井公司孙合辉等人所研制的早期溢流漏失监测装置，也仅适用于水基泥浆。

发明内容

本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种钻井用早期溢流和漏失监测系统,本发明适用于水基、油基泥浆的流量测量，提高了井筒出口流量监测精度。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种钻井用早期溢流和漏失监测系统，其特征在于：包括Y型高架管、截止阀、缓冲罐、清洗阀、搅拌电机、搅拌器、高架管、气动截止阀，质量流量计、泥浆池液位计、泵冲传感器、计量泵、喇叭口液位计、转盘扭矩传感器和转盘转速传感器；Y型高架管包含一根主管、两根测量管，两根测量管对称焊接在主管上，Y型高架管一端与高架软管相连接，另一端与气动截止阀和高架管通过法兰连接，两根测量管上分别安装有截止阀和质量流量计；高架管两侧对称分布两个缓冲罐；泵冲传感器安装在钻井泵上，喇叭口液位计安装在喇叭口处，泥浆池液位计安装在泥浆池液面上方，立压传感器安装立管管汇上、套压传感器安装在节流管线上；质量流量计、泥浆池液位计、喇叭口液位计、泵冲传感器、转盘扭矩传感器、转盘转速传感器、立压传感器和套压传感器的测量信号通过信号电缆传输至监测控制报警装置，监测控制报警装置，控制气动截止阀的开关并对溢流和井漏进行预报警。

缓冲罐内部分别安装有搅拌电机和搅拌器，缓冲罐上部法兰与截止阀和高架管通过法兰连接，缓冲罐侧面法兰与Y型高架管的测量管连接，缓冲罐底部安装有所述清洗阀。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：

1、本发明设计了Y型高架管和缓冲罐相结合的形式，测量管内泥浆满管流动。

2、本发明采用高精度、性能稳定的质量流量计测取井筒出口流量，提高了出口流量监测精度，满足水基、油基泥浆测量。

3、本发明能同时监测多种钻井参数，满足于不同工况要求。

4、本系统简单，便于维护操作，便于推广。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：

图1为本发明整体结构示意图。

图2为Y型高架管结构示意图。

图3为与Y型高架管连接的高架管及缓冲罐的立体结构示意图。

图中：1、泥浆池，2、泥浆泵，3、立管管汇，4、转盘，5、计量罐，6、计量泵，7、灌浆管线，8、套管，9、压井管线，10、节流管线，11、防喷器，12、井口导管，13、喇叭口，14、高架软管，15、Y型高架管，16、截止阀一，17、质量流量计一，18、缓冲罐一，19、清洗阀一，20、截止阀三，21、搅拌电机一，22、搅拌器一，23、高架管，24、气动截止阀，25、截止阀二，26、质量流量计二，27、缓冲罐二，28、清洗阀二，29、截止阀四，30、搅拌电机二，31、搅拌器二，32、泥浆池液位计，33、泵冲传感器，34、立管压力传感器，35、转盘扭矩传感器，36、转盘转速传感器，37、套管压力传感器，38、喇叭口液位计，39、监测控制报警装置，40、经固控系统回泥浆池，41、主管，42、测量管。

具体实施方式

作为本发明的最佳实施方式，下面结合图1、图2、图3对本发明具体实施做进一步说明：

本发明一种钻井用早期溢流和漏失监测系统，包括Y型高架管15、截止阀一/二16/25、缓冲罐一/二18/27、清洗阀一/二19/28、截止阀三/四20/29、搅拌电机一/二21/30、搅拌器一/二22/31、高架管23、气动截止阀24，质量流量计一/二17/26、泥浆池液位计32、泵冲传感器33、计量泵6、喇叭口液位计38以及转盘扭矩传感器35、转盘转速传感器36；Y型高架管15包含一根主管、两根测量管，两根测量管以一定角度对称焊接在主管上，Y型高架管15一端与高架软管14相连接，另一端与气动截止阀24、高架管23通过法兰连接，两根对称测量管上分别安装有截止阀一/二16/25和质量流量计一/二17/26；高架管23两侧对称分布两个缓冲罐一/二18/27，其内部分别安装有搅拌电机一/二21/30、搅拌器一/二22/31，上部法兰与截止阀三/四20/29、高架管23通过法兰连接，侧面法兰与Y型高架管15的测量管连接，底部安装有清洗阀一/二19/28；泵冲传感器33安装在钻井泵2上，喇叭口液位计38安装在喇叭口13处，泥浆池液位计32安装在泥浆池1液面上方，立压传感器34、套压传感器37安装立管管汇3、节流管线10上；质量流量计一/二17/26、泥浆池液位计32、喇叭口液位计38、泵冲传感器33、转盘扭矩传感器35、转盘转速传感器36、立压传感器34、套压传感器37的测量信号通过信号电缆传输至监测控制报警装置39，监测控制报警装置，控制气动截止阀的开关并对溢流和井漏进行预报警。

溢流和井漏具体监测方法为：

一种钻井用早期溢流和漏失监测方法，监测控制报警装置39不断监测质量流量计一/二17/26、泥浆池液位计32、喇叭口液位计38、泵冲传感器33、转盘扭矩传感器35、转盘转速传感器36、立压传感器34、套压传感器37、气动截止阀24的测量信号，分别得到Y型高架管15的两根测量管的出口流量、泥浆池1的液位高度、喇叭口13的液位高度、泥浆泵2的冲数、转盘4的扭矩、转速、立管3的压力值、套管8的压力值和气动截止阀24的开关状态。

监测控制报警装置39利用钻井泵泵冲、转盘扭矩、转盘转速、立管套管压力等钻井参数，来判断钻进、起下钻等工况。正常钻进时，钻井泵2运转，泵冲值不为零，立管管汇3压力值不为零；起下钻时，钻井泵2停止运转，泵冲值为零，立管管汇3压力值为零，转盘4扭矩和转速为零。

该系统工作时，气动截止阀24关闭，两个缓冲罐一/二18/27上清洗阀一/二19/28关闭，两根测量管上的截止阀一/二16/25以及两个缓冲罐与高架管之间截止阀三/四20/29打开，搅拌电机一/二21/30带动搅拌器一/二22/31运转，经井底返出的泥浆先后流经井口导管12、高架软管14、Y型高架管15、质量流量计一/二17/26、缓冲罐一/二18/27、高架管23，然后经固控系统处理，最后流入泥浆池。

正常钻进过程中，泥浆泵2排量维持稳定，井筒内泥浆正常循环，此时，井筒入口流量可根据泥浆泵2的冲次、缸径、冲程来计算：

式中，为入口流量；为泥浆泵吸液效率值；代表泥浆泵工作模式，单作用泵，双作用泵；为泥浆泵缸数；为缸径；为冲程；为冲次。

起下钻过程中，泥浆泵2停止运转，入口流量通过钻具出入井筒的体积和灌浆泵6的流量来计算：

式中，为入口流量；为钻具截面积；为钻具下放、上提速度，下放为正值，上提为负值；为灌浆泵6的流量。

井筒出口流量通过质量流量计一/二17/26监测，监控报警装置39不断监测两个质量流量计的流量值，出口流量为两个质量流量计流量之和，当出口流量值大于入口流量一定值时，监测控制报警装置39发出溢流报警，当出口流量值小于入口流量一定值时，监测控制报警39装置发出漏失报警。

喇叭口13液位设置上限值A，当Y型高架管15测量管堵塞或质量流量计一/二17/26堵塞时，监测控制报警装置39通过喇叭口液位计38监测到井口导管12内液面升高，当升高到A值时，监测控制报警装置39打开气动截止阀24，泥浆此时主要流经Y型高架管15主管、高架管23，然后经固控系统处理，最后流入泥浆池。

起钻时，该系统自动向井筒灌入泥浆，喇叭口13液位设置上限值B、下限值C，监测控制报警装置39监测喇叭口液位计38信号，当液位低于下限值C时，启动计量泵6注入泥浆，当液位达到上限值B时，停止计量泵6。

清理质量流量计一/二17/26、测量管、缓冲罐一/二18/27时，打开气动截止阀24，关闭两根测量管上的截止阀一/二16/25以及两个缓冲罐一/二18/27与高架管23之间截止阀，关闭搅拌电机一/二21/30，打开清洗阀一/二19/28。

Claims (2)

1.一种钻井用早期溢流和漏失监测系统，其特征在于：包括Y型高架管（15）、截止阀、缓冲罐、清洗阀、搅拌电机、搅拌器、高架管（23）、气动截止阀（24），质量流量计、泥浆池液位计（32）、泵冲传感器（33）、计量泵（6）、喇叭口液位计（38）、转盘扭矩传感器（35）和转盘转速传感器（36）；Y型高架管（15）包含一根主管、两根测量管，两根测量管对称焊接在主管上，Y型高架管（15）一端与高架软管（14）相连接，另一端与气动截止阀（24）和高架管（23）通过法兰连接，两根测量管上分别安装有截止阀和质量流量计；高架管（23）两侧对称分布两个缓冲罐；泵冲传感器（33）安装在钻井泵上，喇叭口液位计（38）安装在喇叭口（13）处，泥浆池液位计（32）安装在泥浆池（1）液面上方，立压传感器安装立管管汇（3）上、套压传感器安装在节流管线（10）上；质量流量计、泥浆池液位计（32）、喇叭口液位计（38）、泵冲传感器（33）、转盘扭矩传感器（35）、转盘转速传感器（36）、立压传感器和套压传感器的测量信号通过信号电缆传输至监测控制报警装置（39），监测控制报警装置（39），控制气动截止阀（24）的开关并对溢流和井漏进行预报警。

2.根据权利要求1要求1所述的一种钻井用早期溢流和漏失监测系统，其特征在于：缓冲罐内部分别安装有搅拌电机和搅拌器，缓冲罐上部法兰与截止阀和高架管（23）通过法兰连接，缓冲罐侧面法兰与Y型高架管（15）的测量管连接，缓冲罐底部安装有所述清洗阀。