CN111456654B - 一种起钻连续灌浆装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种起钻连续灌浆装置及方法。所述装置包括执行系统和控制系统，执行系统包括：第一存储单元、动力单元、分流单元和第二存储单元，第一存储单元存储泥浆；动力单元获取第一存储单元中的泥浆；分流单元将泥浆分流；第二存储单元能够接收泥浆；控制系统包括：计算单元和分流控制单元，计算单元能够计算泥浆实时灌入量；分流控制单元能够调整灌入井口泥浆的流量。所述方法包括：将泥浆分流；将分流后的泥浆注入起钻井内；根据起钻时出井钻具的情况，计算出泥浆实时灌入量；根据所述计算出的泥浆实时灌入量来调整第二路泥浆的流量。本发明的有益效果可包括：能够解决现有技术无法定量描述溢漏状况、监测误差大、误报率高的问题。

Description

一种起钻连续灌浆装置及方法

技术领域

本发明涉及钻井溢漏监测技术领域，具体地，涉及一种起钻连续灌浆装置及方法。

背景技术

目前，起钻溢漏监测现状是：每起出1柱钻铤或3～5柱钻杆，人工打开灌浆泵将灌浆罐内泥浆泵入井内，人工观察记录钻柱起出体积和泥浆灌入体积是否一致，若泥浆灌入体积偏小，则判断为溢流，若泥浆灌入体积偏大则判断为井漏。此外，由于灌浆罐容积较小，还需要定时由循环罐向灌浆罐内补浆。因此，现有作业方式属于间断性起钻操作，不能连续性实施溢漏监测，且无法定量描述溢漏程度。

为及时发现溢漏情况，现有的解决方案有：

(1)增加现场灌浆泵的远程启停控制，通过监测罐内钻井液体积变化、井口返出钻井液流量和钻具出井体积，进行综合对比，由此判断井漏、井涌，然而现场井口返出钻井液量，流量传感器不易测量，导致系统监测误差大；

(2)增加液位传感器、压力传感器，实现起下钻溢漏监测，传感器间的容积大于依次钻柱起出量，若压力传感器无信号则井漏，若未灌浆液位传感器有信号，则溢流，然而仍是离散式灌浆，且井漏、溢流是一种定性描述，无法定量分析；

(3)增加三种井口液位传感器，将出口槽改造成U型结构，加装两种流量计，根据起下钻状态，自动灌浆，并通过液位高度和返出流量，判断溢漏，然而U型管易堆积岩屑，长时间工作可靠性待验证，且现场设备改动大，安装复杂；

(4)单独成撬，撬上主要安装有泵、电机、电磁流量计、阀门及电控箱，在起下钻时，通过灌浆泵定时向井内灌入泥浆，通过监测灌注时间和溢流管流动时间，与理论计算的时间值进行对比，以发出井涌、井漏的警报，然而需要人为事先设定灌浆的间隔时间和理论时间，无法根据工况自动调节，且在现场实际使用过程中，受钻井液性能影响，理论时间存在差异，误报率高。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种起钻连续灌浆装置及方法。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种起钻连续灌浆装置。所述装置可包括执行系统和控制系统，其中，执行系统可包括：按照泥浆流向井口方向依次设置的第一存储单元、动力单元和分流单元，以及第二存储单元，其中，第一存储单元能够存储泥浆；动力单元能够获取第一存储单元中的泥浆；分流单元能够将动力单元流出的泥浆分为第一路泥浆和第二路泥浆，其中，第一路泥浆能够返回至第一存储单元，第二路泥浆灌入井口；第二存储单元能够接收从井口排出的泥浆；控制系统可包括：计算单元和分流控制单元，其中，计算单元能够根据起钻时出井钻具的情况，计算出泥浆实时灌入量；分流控制单元能够根据所述泥浆实时灌入量来调整分流单元分出的第二路泥浆的流量。

在本发明的起钻连续灌浆装置的一个示例性实施例中，所述计算单元可包括：钻具记录模块、数据采集模块、出井钻具体积计算模块和泥浆计算模块，其中，

钻具记录模块记录有入井钻具参数，钻具参数包括钻具类型和钻具尺寸；

数据采集模块能够采集录井数据，录井数据包括大钩和顶驱高度中的至少一种、以及钻头位置数据；

出井钻具体积计算模块能够根据入井钻具参数和录井数据，得到钻具出井体积；

泥浆计算模块能够根据钻具出井体积，得到泥浆实时灌入量。

在本发明的起钻连续灌浆装置的一个示例性实施例中，所述泥浆计算模块能够根据入井钻具参数，得到动力单元泥浆排出量；

所述控制系统还包括排量控制单元，排量控制单元能够根据动力单元泥浆排出量调整动力单元排量。

在本发明的起钻连续灌浆装置的一个示例性实施例中，所述计算单元还能够计算井口的泥浆灌入量和出井钻具的体积；

所述控制系统还包括溢漏预警单元，其中，溢漏预警单元能够将泥浆灌入量和已出井钻具的体积进行比对，并在井口泥浆灌入量小于已出井钻具体积的情况下，发出溢流预警，在井口泥浆灌入量大于已出井钻具体积的情况下，发出漏失预警。

在本发明的起钻连续灌浆装置的一个示例性实施例中，所述溢漏预警单元在井口泥浆灌入量小于已出井钻具体积超过2L的情况下，发出溢流预警，在井口泥浆灌入量大于已出井钻具体积超过2L的情况下，发出漏失预警。

在本发明的起钻连续灌浆装置的一个示例性实施例中，所述执行系统还可包括液位检测单元，液位检测单元能够检测第二存储单元中的泥浆的量。

在本发明的起钻连续灌浆装置的一个示例性实施例中，所述执行系统还可包括图像识别单元，图像识别单元能够识别钻具类型，并发送给控制系统。

本发明另一方面提供了一种起钻连续灌浆方法。所述方法可包括以下步骤：将从第一存储单元中流出的泥浆分为第一路泥浆和第二路泥浆，其中，第一存储单元能够存储泥浆，第一路泥浆能够返回至第一存储单元；将第二路泥浆注入起钻井内；根据起钻时出井钻具的情况，计算出泥浆实时灌入量；根据所述计算出的泥浆实时灌入量来调整第二路泥浆的流量。

在本发明的起钻连续灌浆方法的一个示例性实施例中，所述根据起钻时出井钻具的情况，计算出泥浆实时灌入量可包括：

根据钻具参数和录井数据，得到钻具出井体积，钻具参数可包括钻具类型和钻具尺寸，录井数据包括大钩或顶驱高度以及钻头位置数据；

根据钻具出井体积，得到泥浆实时灌入量。

在本发明的起钻连续灌浆方法的一个示例性实施例中，所述方法还可包括步骤：

在井口泥浆灌入量小于已出井钻具体积的情况下，发出溢流预警，在井口泥浆灌入量大于已出井钻具体积的情况下，发出漏失预警。

在本发明的起钻连续灌浆方法的一个示例性实施例中，所述方法还可包括步骤：

在井口泥浆灌入量小于已出井钻具体积超过2L的情况下，发出溢流预警，在井口泥浆灌入量大于已出井钻具体积超过2L的情况下，发出漏失预警。

与现有技术相比，本发明的有益效果可包括：能够解决现有技术无法定量描述溢漏状况、监测误差大、误报率高的问题。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明的一个示例性实施例中的执行系统的一个结构示意图。

主要附图标记说明：

1、第一存储单元，2、动力单元，3、分流单元，4、第二存储单元，5、井口，6、流量监测单元，7、液位检测单元，8、摄像单元。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的起钻连续灌浆装置及方法。

本发明一方面提供了一种起钻连续灌浆装置。

在本发明的一个示例性实施例中，所述装置可以包括执行系统和控制系统。

具体地，如图1所示，执行系统包括第一存储单元1、动力单元2、分流单元3、第二存储单元4、流量监测单元6、液位检测单元7和摄像单元8.

其中，第一存储单元1可以存储的是用于向起钻井内灌入的泥浆。

在本实施例中，我们可以选择的是将钻进时使用的循环罐作为第一存储单元，从而能够减少补浆的过程。

其中，动力单元2的输入端可以通过管线与第一存储单元1连接，动力单元2能够获取第一存储单元1中的泥浆。

在本实施例中，动力单元2可以包括灌浆泵。

另外，由于井下钻具的体积不一定是均匀的，可能是体积不同的多段所组成的，因此，关于动力单元2的排量：可以将钻具当成整体都是若干个钻具中体积最大的一段所构成的，记作V_m，因此，动力单元的排量就根据V_m来进行定量排出泥浆，进一步地，为了防止在连续灌浆过程时井下已经出现了井漏的情况，因此，动力单元的排量可以为1.3～1.5V_m。

其中，分流单元3能够通过管线接收动力单元2从第一存储单元1中获取的泥浆，然后能够将获取的泥浆分流成第一路泥浆和第二路泥浆，第一路泥浆可以通过管线返回至第一存储单元1，第二路泥浆可以用过管线灌入井口，通过获取出井钻具的实时出井的体积，再通过调节分流单元的开度，能够调节实时灌入井口的泥浆的量。

在本实施例中，分流单元3可以包括双路调节阀。

在本实施例中，为了防止在连续灌浆过程时井下已经出现了井漏的情况，因此，第二路泥浆的实时灌入量也可以为实际钻具出井体积的1.3～1.5倍。

另外，分流单元3也可以包括分流构件，分流构件包括分流进口、第一分流出口和第二分流出口，分流进口与第一分流出口和第二分流出口都是相互连通的，分流进口可以与动力单元通过管线连通，从而通入第一存储单元中的泥浆，第一分流出口可以将部分泥浆分为第一路泥浆，然后通过管线返回至第一存储单元(连接至第一存储单元顶部以便于通入泥浆)，第二分流出口将要注入井口的第二路泥浆通向井口，其中，分出两路的流量可以调节分流进口的开度来调节。

其中，流量监测单元6可以设置在第二路泥浆注入井口的管线上，从而能够监测注入井内的泥浆的流量。

在本实施例中，流量监测单元6可以包括电磁流量计。

其中，第二存储单元4可以用于存储从井口通过管线排出的泥浆，不仅可以包括起钻过程中井口返出的泥浆，同时，也能够用于存储在下钻过程中井口返出的泥浆。

在本实施例中，我们可以选择的是将原灌浆罐作为第二存储单元，便于计量返出泥浆量(从空罐开始计量)。

其中，液位检测单元7可以设置在第二存储单元内的顶部，能够用于检测泥浆的量。

在本实施例中，液位检测单元7可以包括液位计。

其中，摄像单元8可以设置在第二存储单元内的顶部，用于监测排出管线出口是否有泥浆返出。

在本实施例中，摄像单元8可以包括摄像头。

在本实施例中，执行系统还可以包括图像识别单元，图像识别单元能够用于识别钻具类型。

具体地，控制系统可以包括计算单元、分流控制单元、排量控制单元和溢漏预警单元，其中，计算单元可以包括钻具记录模块、数据采集模块、出井钻具体积计算模块和泥浆计算模块。

其中，钻具记录模块可以用于在钻具入井的时候记录入井钻具参数，钻具参数可以包括钻具类型和钻具尺寸(例如：钻具长度、钻具体积)。

其中，数据采集模块可以用于采集录井数据，录井数据包括大钩或顶驱高度、井深以及钻头位置数据。

其中，出井钻具体积计算模块的输入端可以分别与钻具记录模块和数据采集模块连接，同时，出井钻具体积计算模块的输入端还可以与图像识别单元的输出端连接，从而能够收到钻具类型的识别结果，并能够接收入井钻具参数和录井数据，然后根据入井钻具参数和录井数据，得到实时的钻具出井体积。

在本实施例中，钻具出井体积的计算可以包括：根据钻头的位置、顶驱或大钩的位置以及钻具参数，可以得到钻具靠近大钩或顶驱一端到井口的距离，即可以得到已经起出的钻具的出井体积(实时的)。

其中，泥浆计算模块的输入端可以与出井钻具体积计算模块的输出端连接，接收钻具的出井体积(实时的)，然后根据钻具的出井体积(实时的)，得到泥浆实时灌入量，具体地，泥浆实时灌入量也是钻具的出井体积(实时的)的1.3～1.5倍，向井内多灌入泥浆是为了更好识别在连续灌浆过程时井下已经出现了井漏的情况。

另外，泥浆计算模块还能够根据入井钻具参数，得到V_m，动力单元泥浆排出量为1.3～1.5V_m。

其中，分流控制单元的输入端可以与泥浆计算模块的输出端连接，从而能够接收泥浆实时灌入量，然后根据泥浆实时灌入量调整第二路泥浆的流量。

其中，排量控制单元的输入端还可以与泥浆计算模块的输出端连接，从而能够接收动力单元泥浆排出量，然后根据动力单元泥浆排出量调节动力单元的排量。

在本实施例中，泥浆计算模块的输入端可以与液位检测单元连接，获取第二存储装置内的泥浆量，然后再根据向井口输出的泥浆量，能够得到泥浆灌入量(实际灌入井口的泥浆的量)，溢漏预警单元的输入端可以与泥浆计算模块的输出端连接，从而能够得到泥浆灌入量(实际灌入井口的泥浆的量)，然后将泥浆灌入量(实际灌入井口的泥浆的量)和已出井的钻具的体积进行对比，并在井口泥浆灌入量小于已出井钻具体积超过2L的情况下，发出溢流预警，在井口泥浆灌入量大于已出井钻具体积超过2L的情况下，发出漏失预警。

在本实施例中，所述执行系统还可以包括显示单元，显示单元能够将钻具出井过程中的预警进行显示，并且，还可以分警报等级，例如：通过显示绿色图像为状况正常(泥浆灌入量大于已出井钻具体积不超过2L的情况下或者是泥浆灌入量小于已出井钻具体积不超过2L的情况下)，通过显示黄色图像为预警(井口泥浆灌入量大于已出井钻具体积2～5L的情况下或是井口泥浆灌入量小于已出井钻具体积2～5L的情况下)，通过显示红色图像为报警(井口泥浆灌入量大于已出井钻具体积5L的情况下或是井口泥浆灌入量小于已出井钻具体积5L的情况下)。另外，预警信息也可以选择显示在司钻控制台。

在本实施例中，可以选择的是先通过动力单元定额抽排泥浆，然后通过控制分流单元来控制实时泥浆灌入量，能够避免由动力单元来控制实时泥浆灌入量而导致的动力单元损坏过快的情况出现。

本发明另一方面提供了一种起钻连续灌浆方法。

在本发明的另一个示例性实施例中，所述方法可以包括以下步骤：

步骤一：将从第一存储单元中流出的泥浆分为第一路泥浆和第二路泥浆，其中，第一存储单元能够存储泥浆，第一路泥浆能够返回至第一存储单元。

在本实施例中，第二路泥浆用于灌入起钻井内，我们可以选择的是将钻进时使用的循环罐作为第一存储单元，从而能够减少补浆的过程。

步骤二：将第二路泥浆注入起钻井内。

步骤三：根据起钻时出井钻具的情况，计算出泥浆实时灌入量。

在本实施例中，步骤三可以包括：

根据钻具参数和录井数据，得到钻具出井体积，钻具参数包括钻具类型和钻具尺寸，录井数据包括大钩或顶驱高度以及钻头位置数据；

根据钻具出井体积，得到泥浆实时灌入量。

步骤四：根据所述计算出的泥浆实时灌入量来调整第二路泥浆的流量。

在步骤四之后，所述方法还可以包括步骤：

在井口泥浆灌入量小于已出井钻具体积超过2L的情况下，发出溢流预警，在井口泥浆灌入量大于已出井钻具体积超过2L的情况下，发出漏失预警。

本示例性实施例中所述的起钻连续灌浆方法可以通过上一个示例性实施例中所述的起钻连续灌浆装置来实现。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。

示例1

本装置中使用计算单元、排量控制单元、溢漏预警单元以及显示单元的核心算法可以为：

(1)在起钻前的钻井循环过程中，从录井上读取大钩或顶驱高度H₀、钻头位置H_Bit、井深H，记录初始数据t₀时刻。

(2)起钻：

①在初始上提钻柱一个立柱期间，预期按照井控规定实时灌入，灌浆泵排量为1.3～1.5倍灌入量(灌入量为V_m，即第一个示例性实施例中所述的V_m)。灌入量按井控规定以“灌入量/预计时间”的排量进行持续灌入，面板上输入流量控制值，记录起出钻具体积与灌入量的关系曲线、灌浆罐(即钻进时使用的循环罐，可以理解为第一个示例性实施例中所述的第一存储单元)液面的变化曲线；

②在上提第二根钻柱期间，灌浆泵排量保持不变并连续灌浆，仅实时调节双路调节阀的开度调整灌入井筒的流量。录井数据每5秒录入一次，系统每5秒调节一次双路调节阀的开度后调整灌入井筒的实际流量为V₂(＝V_起/5*U)(1.3≤U≤1.5)，记录收回罐(即原灌浆罐，可以理解为第一个示例性实施例中所述的第二存储单元)液面，计算溢漏量(从空罐开始计量)。

a.通过收回罐内液位计的液面监测数值换算为返出泥浆体积V₁。

b.溢流量/漏失量V＝(起出钻具的真实体积V_起+返出泥浆体积V₁-V₂)(V₂即实际灌入井口的泥浆量)

c.若V>2L则判断为溢流；若V<-2L则判断为漏失；若-2L<V<2L，则为正常。

③后续上提钻柱与前述方法一致。

④图形显示各个参数的变化量。

a.在起出每一根立柱期间，监测V_起、V₂和V₁，若发生偏移，且偏移量V大于2L，则发出预警提示可能发生溢流/漏失。卸扣时，不进行预警。

b.起钻期间都要进行溢漏量显示，实现实时连续预警。

c.面板内显示：起出高度、井筒内钻柱排除钻井液体积、灌入井内的流量、灌浆泵排量、液面变化高度、液面变化体积、远程控制进入井筒的排量值、返出口图像。

d.绿色图像为正常、黄色图像为预警、红色图像为报警。

综上所述，本发明的起钻连续灌浆装置及方法的优点可包括：

(1)本发明在起钻过程中，由软件系统实时监控，全过程仪器自动测定，人为干扰小，检测误差小；

(2)本发明可通过执行系统和人工收集数据，由软件系统进行数据处理，定量分析起钻连续灌浆溢漏状况，检测误差小，误报率低；

(3)本发明可实现连续灌浆，减少人为补浆、人工检测返出口的环节，降低人员劳动强度；

(4)本发明通过液位计检测回收罐中的泥浆液面高度，简化了返出泥浆计算过程。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (8)

1.一种起钻连续灌浆装置，其特征在于，所述装置包括执行系统和控制系统，其中，

执行系统包括：按照泥浆流向井口方向依次设置的第一存储单元、动力单元和分流单元，以及第二存储单元，其中，

第一存储单元能够存储泥浆；

动力单元能够获取第一存储单元中的泥浆；所述动力单元的排量为1.3～1.5V_m，所述V_m为将钻具当成整体都是若干个钻具中体积最大的一段所构成的；

分流单元能够将动力单元流出的泥浆分为第一路泥浆和第二路泥浆，其中，第一路泥浆能够返回至第一存储单元，第二路泥浆灌入井口；

第二存储单元能够接收从井口排出的泥浆；

控制系统包括：计算单元和分流控制单元，其中，计算单元能够根据起钻时出井钻具的情况，计算出泥浆实时灌入量；所述计算单元包括：钻具记录模块、数据采集模块、出井钻具体积计算模块和泥浆计算模块，其中，钻具记录模块记录有入井钻具参数，钻具参数包括钻具类型和钻具尺寸；数据采集模块能够采集录井数据，录井数据包括大钩和顶驱高度中的至少一种、以及钻头位置数据；出井钻具体积计算模块能够根据入井钻具参数和录井数据，得到钻具出井体积；泥浆计算模块能够根据钻具出井体积，得到泥浆实时灌入量；所述泥浆实时灌入量为钻具出井体积的1.3～1.5倍；

分流控制单元能够根据所述泥浆实时灌入量来调整分流单元分出的第二路泥浆的流量。

2.根据权利要求1所述的起钻连续灌浆装置，其特征在于，所述泥浆计算模块能够根据入井钻具参数，得到动力单元泥浆排出量；

所述控制系统还包括排量控制单元，排量控制单元能够根据动力单元泥浆排出量调整动力单元排量。

3.根据权利要求1所述的起钻连续灌浆装置，其特征在于，所述计算单元还能够计算井口的泥浆灌入量和出井钻具的体积；

所述控制系统还包括溢漏预警单元，其中，溢漏预警单元能够将泥浆灌入量和已出井钻具的体积进行比对，并在井口泥浆灌入量小于已出井钻具体积的情况下，发出溢流预警，在井口泥浆灌入量大于已出井钻具体积的情况下，发出漏失预警。

4.根据权利要求3所述的起钻连续灌浆装置，其特征在于，所述溢漏预警单元在井口泥浆灌入量小于已出井钻具体积超过2L的情况下，发出溢流预警，在井口泥浆灌入量大于已出井钻具体积超过2L的情况下，发出漏失预警。

5.根据权利要求1所述的起钻连续灌浆装置，其特征在于，所述执行系统还包括液位检测单元，液位检测单元能够检测第二存储单元中的泥浆的量。

6.一种起钻连续灌浆方法，其特征在于，所述方法通过如权利要求1～5中任意一项所述的起钻连续灌浆装置来实现且包括以下步骤：

将从第一存储单元中流出的泥浆分为第一路泥浆和第二路泥浆，其中，第一存储单元能够存储泥浆，第一路泥浆能够返回至第一存储单元；

将第二路泥浆注入起钻井内；

根据钻具参数和录井数据，得到钻具出井体积，钻具参数包括钻具类型和钻具尺寸，录井数据包括大钩或顶驱高度以及钻头位置数据；

根据钻具出井体积，得到泥浆实时灌入量；

根据所述计算出的泥浆实时灌入量来调整第二路泥浆的流量。

7.根据权利要求6所述的起钻连续灌浆方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

在井口泥浆灌入量小于已出井钻具体积的情况下，发出溢流预警，在井口泥浆灌入量大于已出井钻具体积的情况下，发出漏失预警。

8.根据权利要求6所述的起钻连续灌浆方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

在井口泥浆灌入量小于已出井钻具体积超过2L的情况下，发出溢流预警，在井口泥浆灌入量大于已出井钻具体积超过2L的情况下，发出漏失预警。

Images