CN111379532A - 流动监测装置及钻井设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钻井领域，公开了一种流动监测装置及钻井设备，其中，所述流动监测装置包括水平延伸的流量测量管(830)，所述流量测量管(830)包括收缩段(8303)、第一直管段(8301)和第二直管段(8302)，所述收缩段(8303)的上侧设置有管壁径向向内凹陷的节流部(8306)，所述第一直管段(8301)的上侧连接有第一取压管(8304)，所述第二直管段(8302)的上侧连接有第二取压管(8305)。通过上述技术方案，流量测量管中的上侧的节流部可以使得流体在此处加速流动，可以有效地避免或缓解含固相钻井液中岩屑在水平延伸的流量测量管处的沉积、聚集，可以更为准确地测量流体的流量。
Description
技术领域
本发明涉及钻井领域，具体地涉及一种流动监测装置，并且涉及一种钻井设备。
背景技术
在石油开发过程中，井筒压力安全一直是制约油气开发进程的关键问题。井喷事故给生产、环境造成了严重的影响，甚至严重的人员伤亡。目前我国钻井技术已相对成熟，但随着新一轮油气改革的全面展开，油气钻井过程中窄安全密度窗口、裂缝发育的碳酸盐岩储层、高温高压地层等复杂因素，带来的井涌、井漏事故将严重威胁钻井的安全和高效。
目前国内外石油公司都在大力发展井涌监测技术，以保护安全高效地实施钻井操作，与传统的泥浆池增量法相比，基于出口流量精确监测的井涌监测系统能够提前发现疑似井涌。目前能够应用在井涌监测的钻井液出口量监测的只有科里奥利质量流量计，科里奥利质量流量计的钻井液出口流量检测技术可以快速有效的实现钻井液出口高精度监测，但是这项技术由于受到出口钻井液中固相颗粒浓度、钻井液粘度等因素的影响，使用条件十分苛刻。另外，由于钻井出口管径较大，相应的钻井液出口科里奥利流量计体积、质量较大，现场安装复杂，部署极不灵活，加之国外产品价格昂贵、国内产品稳定性差，利用科里奥利流量计开展井涌监测的技术难以推广使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种流动监测装置，以解决难以测量含有颗粒、粘度高的流体的流量的问题。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种流动监测装置，其中，所述流动监测装置包括水平延伸的流量测量管，所述流量测量管包括收缩段、分别连接于所述收缩段两端的第一直管段和第二直管段，所述收缩段的上侧设置有管壁径向向内凹陷的节流部，所述第一直管段的上侧连接有第一取压管，所述第二直管段的上侧连接有第二取压管。
优选地，所述收缩段包括从上游向下游排列的渐缩部和渐扩部。
优选地，所述节流部包括弧形管壁，所述弧形管壁的中心轴线水平延伸且垂直于所述流量测量管的中心轴线。
优选地，所述节流部包括第一平板管壁和第二平板管壁，所述第一平板管壁和所述第二平板管壁的相交线水平延伸且垂直于所述流量测量管的中心轴线。
优选地，所述流量测量管包括第一连接管、第二连接管以及套管，所述第一连接管与所述第一直管段密封地接合并能够相对转动，所述第二连接管与所述第二直管段密封地接合并能够相对转动，所述套管套设在所述第一连接管、所述第一直管段、所述收缩段、所述第二直管段和所述第二连接管的外周，所述套管的上侧设置有开口，所述节流部、所述第一取压管和所述第二取压管朝向所述开口。
优选地，所述第一连接管的端部设置有第一法兰，所述第二连接管的端部设置有第二法兰，所述套管的两端抵压于所述第一法兰和所述第二法兰。
优选地，所述第一直管段和所述第二直管段分别与所述套管连接。
优选地，所述流动监测装置包括第一倾斜管和第二倾斜管，所述第一倾斜管连接于所述第一连接管，所述第一倾斜管远离所述第一连接管的一端向上倾斜，所述第二倾斜管连接于所述第二连接管，所述第二倾斜管远离所述第二连接管的一端向上倾斜。
优选地，所述流动监测装置包括连接于所述第一取压管和所述第二取压管的压差计、设置在所述第一倾斜管上的第一密度传感器、设置在所述第二倾斜管上的第二密度传感器以及控制元件，所述压差计、所述第一密度传感器和所述第二密度传感器电连接于所述控制元件。
另外，本发明还提供了一种钻井设备，其中，所述钻井设备包括转喷器、连接于所述转喷器侧壁的回液管线、设置在所述转喷器中的钻杆、连接于所述钻杆下端的钻头、连接于所述钻杆上端的立管、连接于所述立管的输送管线，所述回流管线中设置有以上方案所述的流动监测装置。
通过上述技术方案，流量测量管中的上侧的节流部可以使得流体在此处加速流动，可以有效地避免或缓解含固相钻井液中岩屑在水平延伸的流量测量管处的沉积、聚集，可以更为准确地测量流体的流量。
附图说明
图1是本发明实施方式所述的流量测量管的剖视图；
图2是本发明实施方式所述的流动监测装置的结构示意图；
图3是本发明实施方式所述的钻井设备的结构示意图。
附图标记说明
1-泥浆池，2-回液管线，3-输送管线，4-压力泵，5-立管，6-井口，7-转喷器，8-流动监测装置，9-钻杆，10-钻头，11-水眼，12-地层，810-第一倾斜管，811-第一密度传感器，820-第二倾斜管，821-第二密度传感器，830-流量测量管，840-控制元件，8301-第一直管段，8302-第二直管段，8303-收缩段，8304-第一取压管，8305-第二取压管，8306-节流部，8307-第一平板管壁，8308-第二平板管壁，8309-压差计，8310-第一连接管，8331-第一法兰，8320-第二连接管，8321-第二法兰，8330-套管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指所述流动监测装置在使用状态下的位置关系，即沿垂直于水平方向的上和下。
本发明提供了一种流动监测装置，其中，所述流动监测装置包括水平延伸的流量测量管830，所述流量测量管830包括收缩段8303、分别连接于所述收缩段8303两端的第一直管段8301和第二直管段8302，所述收缩段8303的上侧设置有管壁径向向内凹陷的节流部8306，所述第一直管段8301的上侧连接有第一取压管8304，所述第二直管段8302的上侧连接有第二取压管8305。
参考图1，流量测量管830包括依次排列的第一直管段8301、收缩段8303和第二直管段8302，三个管段在正常工作状态下均保持为水平延伸，其中，第一直管段8301与第二直管段8302的内径相同，可以为同种类型的直管，收缩段8303的内径相对于第一直管段8301和第二直管段8302较小，需要说明的是，收缩段8303的内径并非是沿轴向全部收缩的形式(以下实施方式中为先收缩后扩张)，这里的收缩是指内径相对于第一直管段8301和第二直管段8302收缩。
其中，收缩段8303的上侧管壁径向向内凹陷，以形成节流部8306，由于8306的存在，这使得收缩段8303的内径相对于第一直管段8301和第二直管段8302更小。在节流部8306以外的部分，收缩段8303的形状大致与第一直管段8301和第二直管段8302相似，从而可以与后两者相连。
在收缩段8303处，流量测量管830的内径更小，即通流面积更小，这导致第一直管段8301和第二直管段8302中的流体压力不同，第一取压管8304连通于第一直管段8301的上侧，第二取压管8305连通于第二直管段8302的上侧，从而可以分别测量第一直管段8301和第二直管段8302的流体压力，通过两个位置的流体压力差，可以测量流量测量管830中的流量。其中，在节流部8306位于上侧的情况下，第一取压管8304和第二取压管8305竖直向上延伸。
另外，节流部8306设置在流量测量管830的上侧，即在使用状态下，流量测量管830需要水平延伸，而节流部8306位于上侧。由于收缩段8303处通流面积小，流体的流速相对较大，因此可以避免含有固态颗粒、粘稠物质的流体在此处堵塞，并且，流体中质量较大的颗粒、成分等容易沉积，可以避免这类物质在收缩段8303处积累堵塞。
具体的，所述收缩段8303包括从上游向下游排列的渐缩部和渐扩部。两端的第一直管段8301和第二直管段8302均可以为收缩段8303的上游位置，参考图1，收缩段8303无论是从左向右还是从右向左，均是先收缩后扩大，当然，无论是渐缩部还是渐扩部，其内径均小于第一直管段8301和第二直管段8302的内径。在节流部8306中，渐缩部为向下倾斜的管壁，而渐扩部为向上倾斜的管壁，以实现内径的变化。
根据本发明的一种实施方式，所述节流部8306包括弧形管壁，所述弧形管壁的中心轴线水平延伸且垂直于所述流量测量管830的中心轴线。所述收缩段8302可以通过以下方式制成：取与第一直管段8301和第二直管段8302相同的管件，在其上侧切割形成缺口，通过作为节流部8306的所述弧形管壁封堵该缺口，而形成收缩段8303。通过所述弧形管壁的弧形结构形成所述渐缩部和所述渐扩部。
根据本发明的另一种实施方式，所述节流部8306包括第一平板管壁8307和第二平板管壁8308，所述第一平板管壁8307和所述第二平板管壁8308的相交线水平延伸且垂直于所述流量测量管830的中心轴线。参考图1，第一平板管壁8307的右端向下倾斜，第二平板管壁8308的左端向下倾斜，二者共同封堵收缩段8303在上侧的缺口而形成所述渐缩部和所述渐扩部，根据流动方向不同，所述渐缩部为左侧部分或右侧部分，而所述渐扩部为右侧部分或左侧部分，当然，所述渐缩部位于所述渐扩部的上游。
另外，所述流量测量管830包括第一连接管8310、第二连接管8320以及套管8330，所述第一连接管8310与所述第一直管段8301密封地接合并能够相对转动，所述第二连接管8320与所述第二直管段8302密封地接合并能够相对转动，所述套管8330套设在所述第一连接管8310、所述第一直管段8301、所述收缩段8303、所述第二直管段8302和所述第二连接管8320的外周，所述收缩段8303能够相对于所述第一连接管8310和所述第二连接管8320转动，所述套管8330的上侧设置有开口，所述节流部8306、所述第一取压管8304和所述第二取压管8305朝向所述开口。套管8330上的开口可以允许节流部8306暴露，并且允许第一取压管8304和第二取压管8305从开口处向外延伸并与外部设备连接。如上所述，节流部8306需要保持在收缩段8303的上侧，在该实施方式中，安装流量测量管830时，只要将第一连接管8310和第二连接管8320保持水平延伸而固定，随后通过相对于第一连接管8310和第二连接管8320围绕中心轴线旋转收缩段8303(以及第一直管段8301和第二直管段8302)，使得节流部8306转动到上侧位置即可。套管8330可以为第一连接管8310、第二连接管8320、第一直管段8301、第二直管段8302和收缩段8303提供支撑，保证第一连接管8310和第一直管段8301之间的密封以及第二连接管8320和第二直管段8302之间的密封。
另外，所述第一连接管8310的端部设置有第一法兰8311，所述第二连接管8320的端部设置有第二法兰8312，所述套管8330的两端抵压于所述第一法兰8311和所述第二法兰8312。如图1所示，第一连接管8310远离第一直管段8301的一端设置有第一法兰8311，第二连接管8320远离第二直管段8302的一端设置有第二法兰8321，通过第一法兰8311和第二法兰8321可以夹持套管8330的两端。
进一步的，所述第一直管段8301和所述第二直管段8302分别与所述套管8330连接。在一些实施方式中，套管8330可以密封地连接于所述第一直管段8301和第二直管段8302的外周，套管8330和第一直管段8301之间形成环形密封，套管8330和第二直管段8302形成环形密封，并且通过操作套管8330可以带动、第一直管段8301、第二直管段8302及收缩段8303同步地转动，从而可以将节流部8306调节为位于上侧；另外，套管8330的外周可以设置把手部(图1中套管8330外部的结构)，以便于握持把手部来旋转操作套管8330。
在另一些实施方式中，套管8330的两端可以分别连接于第一法兰8331和第二法兰8321，在此情况下，第一直管段8301、收缩段8303、第二直管段8302可以相对于套管8330同步地旋转，以使得节流部8306旋转到目标位置，即上侧位置，其中，套管8330上的开口可以允许节流部8306在一定转动角度范围内暴露，安装时只要保证节流部8306大致处于上侧即可。
另外，所述流动监测装置包括第一倾斜管810和第二倾斜管820，所述第一倾斜管810连接于所述第一连接管8310，所述第一倾斜管810远离所述第一连接管8310的一端向上倾斜，所述第二倾斜管820连接于所述第二连接管8320，所述第二倾斜管820远离所述第二连接管8320的一端向上倾斜。参考图2，第一倾斜管810、第二倾斜管820和流量测量管830连接形成类似于U型管的结构，当流体停止通过所述流动监测装置时，可以保留一部分流体存在于流量测量管830中，在流量测量管830特别是收缩段8303中中实现液封。第一倾斜管810和第二倾斜管820可以为相对于中部的流量测量管830对称的结构，即长度、倾斜角度、内径等相同。
另外，所述流动监测装置包括连接于所述第一取压管8304和所述第二取压管8305的压差计8309、设置在所述第一倾斜管810上的第一密度传感器811、设置在所述第二倾斜管820上的第二密度传感器821以及控制元件840，所述压差计8309、所述第一密度传感器811和所述第二密度传感器821电连接于所述控制元件840。第一密度传感器811可以测量第一倾斜管810中的流体密度，第二密度传感器821可以测量第二倾斜管820中的密度，压差计8309可以综合第一取压管8304和第二取压管8305中流体压力而测量出压力差，根据该压力差可以计算出流量测量管830中的流量，控制元件840可以接收来自第一密度传感器811和第二密度传感器821的密度信息、压差计8309的压力差信息，以确定流体的实时流动的密度、压力、流速等，并且可以与标准流动状态进行对比，以判断流体的流动状态是否存在问题。
另外，本发明提供了一种钻井设备，其中，所述钻井设备包括转喷器7、连接于转喷器侧壁的回液管线2、设置在所述转喷器中的钻杆9、连接于钻杆下端的钻头10、连接于钻杆9上端的立管5、连接于立管的输送管线3，所述回流管线2中设置有以上方案所述的流动监测装置8。参考图3，输送管线3和回液管线2可以连接于泥浆池1，通过输送管线3上的压力泵4可以将泥浆池1中的钻井液输送到钻杆9中，钻杆9位于插入井口6的转喷器7中，钻杆9的下端连接有钻头10上设置有水眼11，钻杆9中的钻井液可以通过水眼排出到钻井中，转喷器7与钻杆9之间形成环空，地层12被钻头10打碎混入钻井液中并在环空中上升，钻井液上升到回液管线2与转喷器7的连接处而进入到回液管线2中，回液管线2中的所述流动监测装置8可以对钻井液的密度、流量、压力等信息进行监测，当这些参数出现异常时，控制元件840可以控制报警装置发出报警信号，以及时采取相应措施，避免出现井喷、井涌等。钻杆9为多段连接的结构，随着钻头10的不断下降，可以断开立管5，在立管5与钻杆9之间增加额外的钻杆段。
在正常连续循环条件下，当压力泵工作参数恒定、井筒与地层无质量交换的情况下，回液管线2中的钻井液的排出流量不会发生变化。当遇到高压地层时，极易发生井涌和气侵，井涌和气侵发生之后，气体和地层流体进入井筒环空13中，使得回液管线2中钻井液流量瞬时增加，导致流动监测装置8中的两个取压管间的压差增加，进而可以计算出流量增加，通过与正常工况下的流量进行对比，可以提前发现井涌和气侵，为处理井涌、气侵赢得了宝贵时间，避免了巨大的人员和财产损失。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种流动监测装置，其特征在于，所述流动监测装置包括水平延伸的流量测量管(830)，所述流量测量管(830)包括收缩段(8303)、分别连接于所述收缩段(8303)两端的第一直管段(8301)和第二直管段(8302)，所述收缩段(8303)的上侧设置有管壁径向向内凹陷的节流部(8306)，所述第一直管段(8301)的上侧连接有第一取压管(8304)，所述第二直管段(8302)的上侧连接有第二取压管(8305)。
2.根据权利要求1所述的流动监测装置，其特征在于，所述收缩段(8303)包括从上游向下游排列的渐缩部和渐扩部。
3.根据权利要求2所述的流动监测装置，其特征在于，所述节流部(8306)包括弧形管壁，所述弧形管壁的中心轴线水平延伸且垂直于所述流量测量管(830)的中心轴线。
4.根据权利要求2所述的流动监测装置，其特征在于，所述节流部(8306)包括第一平板管壁(8307)和第二平板管壁(8308)，所述第一平板管壁(8307)和所述第二平板管壁(8308)的相交线水平延伸且垂直于所述流量测量管(830)的中心轴线。
5.根据权利要求3或4所述的流动监测装置，其特征在于，所述流量测量管(830)包括第一连接管(8310)、第二连接管(8320)以及套管(8330)，所述第一连接管(8310)与所述第一直管段(8301)密封地接合并能够相对转动，所述第二连接管(8320)与所述第二直管段(8302)密封地接合并能够相对转动，所述套管(8330)套设在所述第一连接管(8310)、所述第一直管段(8301)、所述收缩段(8303)、所述第二直管段(8302)和所述第二连接管(8320)的外周，所述套管(8330)的上侧设置有开口，所述节流部(8306)、所述第一取压管(8304)和所述第二取压管(8305)朝向所述开口。
6.根据权利要求5所述的流动监测装置，其特征在于，所述第一连接管(8310)的端部设置有第一法兰(8311)，所述第二连接管(8320)的端部设置有第二法兰(8312)，所述套管(8330)的两端抵压于所述第一法兰(8311)和所述第二法兰(8312)。
7.根据权利要求5所述的流动监测装置，其特征在于，所述第一直管段(8301)和所述第二直管段(8302)分别与所述套管(8330)连接。
8.根据权利要求5所述的流动监测装置，其特征在于，所述流动监测装置包括第一倾斜管(810)和第二倾斜管(820)，所述第一倾斜管(810)连接于所述第一连接管(8310)，所述第一倾斜管(810)远离所述第一连接管(8310)的一端向上倾斜，所述第二倾斜管(820)连接于所述第二连接管(8320)，所述第二倾斜管(820)远离所述第二连接管(8320)的一端向上倾斜。
9.根据权利要求8所述的流动监测装置，其特征在于，所述流动监测装置包括连接于所述第一取压管(8304)和所述第二取压管(8305)的压差计(8309)、设置在所述第一倾斜管(810)上的第一密度传感器(811)、设置在所述第二倾斜管(820)上的第二密度传感器(821)以及控制元件(840)，所述压差计(8309)、所述第一密度传感器(811)和所述第二密度传感器(821)电连接于所述控制元件(840)。
10.一种钻井设备，其特征在于，所述钻井设备包括转喷器(7)、连接于转喷器侧壁的回液管线(2)、设置在所述转喷器(7)中的钻杆(9)、连接于钻杆(9)下端的钻头(10)、连接于钻杆上端的立管(5)、连接于立管(5)的输送管线(3)，所述回流管线(2)中设置有权利要求1-9中任意一项所述的流动监测装置。
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