CN111206895A - 精细控压钻井液流量监测系统及方法 - Google Patents

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栾家翠
黄强
魏立明
马龙
王星
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
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    • E21B21/10—Valve arrangements in drilling-fluid circulation systems
    • E21B21/106—Valve arrangements outside the borehole, e.g. kelly valves

Abstract

本发明提供了一种精细控压钻井液流量监测系统及方法，涉及流量监测的技术领域，前述系统包括：流量撬管汇、流量监测器以及上位机；流量监测器与流量撬管汇通信相连；上位机与所述流量监测器与上位机通信相连。通过本发明提供的系统和方法可以提高钻井技术的智能化程度，对钻井工况进行实时监测。

Description

精细控压钻井液流量监测系统及方法
技术领域
本发明涉及钻井监测技术领域，尤其是涉及一种精细控压钻井液流量监测系统及方法。
背景技术
钻井技术发展方向朝着信息化、智能化，钻井液流量监测系统可提供丰富的钻井工程信息，不仅可对钻井工况及有关参数进行实时监测，而且可预报可能出现的溢流、井漏复杂情况，可为自动控制提供可靠的实时资料。
目前钻井流量监测缺少系统化的专用流量监测设备和配套的流量监测方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种精细控压钻井液流量监测系统及方法，以提高钻井技术的智能化程度，对钻井工况进行实时监测。
第一方面，本发明提供了一种精细控压钻井液流量监测系统，包括：
流量撬管汇、流量监测器以及上位机；
所述流量监测器与所述流量撬管汇通信相连；
所述上位机与所述流量监测器与所述上位机通信相连。
优选的，所述流量撬管汇包括连接件、缓冲管、闸板阀、质量流量计、短接；
所述连接件包括双面法兰、三通接头以及两通接头，所述两通接头的数量为两个；
所述双面法兰通过所述缓冲管与所述三通接头的第一端相连；
所述三通接头的第二端通过所述短接与所述两通接头的一端相连；
所述两通接头的另一端通过质量流量计与所述两通接头的一端相连；
所述两通接头的另一端与所述双面法兰相连。
优选的，所述包括流量监测器包括模数转换模块、通信模块、以及供电模块；
所述模数转换模块用于获取所述质量流量计测得的数据并将所述质量流量计测得的模拟信号转换成数字信号；
所述供电模块用于向所述流量监测器供电；
所述通信模块用于所述流量监测器与所述上位机的通信连接。
优选的，所述通信模块包括RS485/USB转换器、RS232/USB转换器以及WIFI模块的一种或多种；
优选的，还包括显示器，所述显示器，所述显示器与所述上位机相连。
第二方法，本发明提供了利用第一方面的一种精细控压钻井液流量监测方法，应用于服务器，包括：
S1：发送数据获取指令以使所述流量监测器获取所述流量撬管汇传输的数据；
S2：发送信号处理指令以使所述流量监测器对流量撬管汇传输的数据进行处理；
所述流量撬管汇传输的数据包括液流流量，流体中一定点压强、流速、流体密度以及高度；
S3：发送信号传输指令以使所述流量监测器将处理后的流量撬管汇传输的数据发送至上位机；
S4：发送数据分析指令以使所述上位机对所述处理后的流量撬管汇传输的数据进行分析；
S5：发送故障判断指令以使所述上位机基于所述处理后的流量撬管汇传输的数据的分析结果判断钻井液流量是否超限；
若是，则发送警报；
若否，则不执行任何操作。
优选的，所述发送故障判断指令以使所述上位机基于所述处理后的流量撬管汇传输的数据的分析结果判断钻井液流量是否超限的步骤包括：
发送流量积获取指令以使上位机构建流量积模型并利用所述流量积获取所述流量积曲线；
发送泥浆泵输出功率曲线获取指令以使所述上位机获取泥浆泵输出功率曲线判断所述流量积曲线与所述泥浆泵输出功率曲线变化率相差是否超过阈值；
优选的，采用如下公式获取所述流量积曲线：
采用如下公式获取流体中定点压强
Figure BDA0002430022520000031
p—流体中定点的压强(Pa或N/m2)；
v—流体定点的流速(m/s)；
ρ—流体密度(kg/m3)；
g—重力加速度(9.8N/kg)；
h—定点所在高度(m)；
C—常量；
ΠM＝p*Q；
p为流体中某点的压强(Pa或N/m2)；
Q为液体流量(m3/s或L/s)；
ΠM为定义的压力流量积(N·m/s)。
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明提供了一种精细控压钻井液流量监测系统及方法，前述系统包括：流量撬管汇、流量监测器以及上位机；流量监测器与流量撬管汇通信相连；上位机与所述流量监测器与上位机通信相连。通过本发明提供的系统和方法可以提高钻井技术的智能化程度，对钻井工况进行实时监测。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的流量撬管汇的结构图；
图2为本发明实施例提供的一种精细控压钻井液流量监测方法流程图。
图标：1—双面法兰；2—闸板阀；3—两通接头；4—质量流量计；5—短接；6—缓冲管；7—三通接头。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前钻井流量监测缺少系统化的专用流量监测设备和配套的流量监测方法，基于此，本发明实施例提供的一种精细控压钻井液流量监测系统，可以提高钻井技术的智能化程度，对钻井工况进行实时监测。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种精细控压钻井液流量监测系统进行详细介绍。
结合图1所示，本发明提供了一种精细控压钻井液流量监测系统，包括：
流量撬管汇、流量监测器以及上位机；
所述流量监测器与所述流量撬管汇通信相连；
所述上位机与所述流量监测器与所述上位机通信相连。
具体的，所述流量撬管汇包括连接件、缓冲管6、闸板阀2、质量流量计4、短接5；
所述连接件包括双面法兰1、三通接头7以及两通接头3，所述两通接头3的数量为两个；
所述双面法兰1通过所述缓冲管6与所述三通接头7的第一端相连；
所述三通接头7的第二端通过所述短接5与所述两通接头3的一端相连；
所述两通接头3的另一端通过质量流量计4与所述两通接头3的一端相连；
所述两通接头3的另一端与所述双面法兰1相连。
近一步的，质量流量计4选用泥浆专用科氏力质量流量计4，现场液体的流速不低于2m/s，这样的好处是有助于自动消除管内附着的粘滞物，精度可达到0.1％。流量计安装在控压钻井节流管汇出口的同一设备上，能及时反应泥浆液的漏失或增加，并通过流量监测器实时转换监测数据并进行漏失或溢流判断；
结合图1所示，撬装管线布置原则是紧凑安装减小占用空间，留出操作面在四周，介质从IN口流入，从OUT口流出；
在本发明提供的实施例中，所述包括流量监测器包括模数转换模块、通信模块、以及供电模块；
所述模数转换模块用于获取所述质量流量计4测得的数据并将所述质量流量计4测得的模拟信号转换成数字信号；
具体的，在质量流量计4于所述流量监测器之间采用模数转换通信，因此流量监测器包括模数转换模块；
所述供电模块用于向所述流量监测器供电；
所述通信模块用于所述流量监测器与所述上位机的通信连接。
优选的，所述通信模块包括RS485/USB转换器、RS232/USB转换器以及WIFI模块的一种或多种；
在本发明提供的实施例中，预先将流量监测器获取的数据进行模/数转换，并通过RS485协议将转换后的数据传输至上位机；
为了能够远程对精细控压钻井液流量进行监测，可配备视频分配模块，所述视频分配模块的作用为将所述钻井液流量的数据传输至远端并在远端通过显示器予以显示，由于石油施工环境较为恶劣，因此在上位机与远端的通信连接往往采用有线通信；
进一步的，在本发明提供的实施例中，还包括显示器，所述显示器，所述显示器与所述上位机相连。
实施例二：
结合图2所示，本发明实施例二提供了一种利用实施例一提供的一种精细控压钻井液流量监测方法，应用于服务器，包括：
S1：发送数据获取指令以使所述流量监测器获取所述流量撬管汇传输的数据；
S2：发送信号处理指令以使所述流量监测器对流量撬管汇传输的数据进行处理；
所述流量撬管汇传输的数据包括液流流量，流体中一定点压强、流速、流体密度以及高度；
进一步的，所述流量监测器采集的液流流量从前述质量流量计获取，具体采集到的为4-20mA电流信号；
S3：发送信号传输指令以使所述流量监测器将处理后的流量撬管汇传输的数据发送至上位机；
S4：发送数据分析指令以使所述上位机对所述处理后的流量撬管汇传输的数据进行分析；
S5：发送故障判断指令以使所述上位机基于所述处理后的流量撬管汇传输的数据的分析结果判断钻井液流量是否超限；
若是，则发送警报；
若否，则不执行任何操作。
实施例三：
实施例三对实施例二的S5进行阐述，具体的
发送流量积获取指令以使上位机构建流量积模型并利用所述流量积获取所述流量积曲线；
发送泥浆泵输出功率曲线获取指令以使所述上位机获取泥浆泵输出功率曲线判断所述流量积曲线与所述泥浆泵输出功率曲线变化率相差是否超过阈值；
进一步的，在本发明提供的实施例中，正常情况下所述流量积曲线与所述泥浆泵输出功率曲线变化率应近似相等或相似；
优选的，，采用如下公式获取所述流量积曲线：
采用如下公式获取流体中定点压强
Figure BDA0002430022520000081
p—流体中定点的压强(Pa或N/m2)；
v—流体定点的流速(m/s)；
ρ—流体密度(kg/m3)；
g—重力加速度(9.8N/kg)；
h—定点所在高度(m)；
C—常量；
ΠM＝p*Q；
p为流体中某点的压强(Pa或N/m2)；
Q为液体流量(m3/s或L/s)；
ΠM为定义的压力流量积(N·m/s)。
正常钻进可等效为稳定钻进，泥浆泵恒功率工作，当上位机采集并处理压力与流量数据，根据压力流量积的变化预测溢流或井漏是否发生。
具有本发明如下技术效果：
实时监测质量流量计4传输的数据，并计算流量积，通过比较流量积变化率与泥浆泵功率的变化率做对比，对钻井液流量进行监测，对溢流进行分析。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。
本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种精细控压钻井液流量监测系统，其特征在于，包括：
流量撬管汇、流量监测器以及上位机；
所述流量监测器与所述流量撬管汇通信相连；
所述上位机与所述流量监测器通信相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述流量撬管汇包括连接件、缓冲管、闸板阀、质量流量计、短接；
所述连接件包括双面法兰、三通接头以及两通接头，所述两通接头的数量为两个；
所述双面法兰通过所述缓冲管与所述三通接头的第一端相连；
所述三通接头的第二端通过所述短接与所述两通接头的一端相连；
所述两通接头的另一端通过质量流量计与所述两通接头的一端相连；
所述两通接头的另一端与所述双面法兰相连。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述流量监测器包括模数转换模块、通信模块、以及供电模块；
所述模数转换模块用于获取所述质量流量计测得的数据并将所述质量流量计测得的模拟信号转换成数字信号；
所述供电模块用于向所述流量监测器供电；
所述通信模块用于所述流量监测器与所述上位机的通信连接。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通信模块包括RS485/USB转换器、RS232/USB转换器以及WIFI模块的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括显示器，所述显示器，所述显示器与所述上位机相连。
6.一种采用权利要求1所述的系统的精细控压钻井液流量监测方法，其特征在于，应用于服务器，包括：
S1：发送数据获取指令以使所述流量监测器获取所述流量撬管汇传输的数据；
S2：发送信号处理指令以使所述流量监测器对流量撬管汇传输的数据进行处理；
所述流量撬管汇传输的数据包括液流流量，流体中一定点压强、流速、流体密度以及高度；
S3：发送信号传输指令以使所述流量监测器将处理后的流量撬管汇传输的数据发送至上位机；
S4：发送数据分析指令以使所述上位机对所述处理后的流量撬管汇传输的数据进行分析；
S5：发送故障判断指令以使所述上位机基于所述处理后的流量撬管汇传输的数据的分析结果判断钻井液流量是否超限；
若是，则发送警报；
若否，则不执行任何操作。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述发送故障判断指令以使所述上位机基于所述处理后的流量撬管汇传输的数据的分析结果判断钻井液流量是否超限的步骤包括：
发送流量积获取指令以使上位机构建流量积模型并利用所述流量积获取所述流量积曲线；
发送泥浆泵输出功率曲线获取指令以使所述上位机获取泥浆泵输出功率曲线判断所述流量积曲线与所述泥浆泵输出功率曲线变化率相差是否超过阈值。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，采用如下公式获取所述流量积曲线：
采用如下公式获取流体中定点压强
Figure FDA0002430022510000031
p—流体中定点的压强(Pa或N/m2)；
v—流体定点的流速(m/s)；
ρ—流体密度(kg/m3)；
g—重力加速度(9.8N/kg)；
h—定点所在高度(m)；
C—常量；
ΠM＝p*Q；
p为流体中某点的压强(Pa或N/m2)；
Q为液体流量(m3/s或L/s)；
ΠM为定义的压力流量积(N·m/s)。
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