CN113074787B - 一种非满管导流槽出口流量的确定方法 - Google Patents

一种非满管导流槽出口流量的确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非满管导流槽出口流量的确定方法，属于钻井工程技术领域，包括以下步骤：a、获取出口导流槽长度l、内径d和高度差h1，测量钻井液在出口导流槽中的液面高度h、钻井液密度ρ和钻井液粘度μ；b、计算钻井液在出口导流槽内的流速v；c、计算非满管导流槽的过流断面面积A；d、计算非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长C；e、计算非满管导流槽的水力半径rh；f、计算非满管时的雷诺数Re；g、计算非满管导流槽的摩阻系数f；h、计算确定非满管导流槽出口流量Q。本发明考虑了非满管导流槽的摩阻系数f，使得计算得出的非满管导流槽出口流量Q更加接近于入口流量值，更加准确，从而利于提高后序预警精确性。

Description

一种非满管导流槽出口流量的确定方法
技术领域
本发明涉及到钻井工程技术领域，尤其涉及一种非满管导流槽出口流量的确定方法。
背景技术
随着勘探开发的进一步深入，大多数油气富集区集中在深部地层，由于压力窗口窄，溢流漏失的问题时常发生，使得钻井井控风险较大。若能精确地监测钻井液出口流量，则能够为溢流漏失的提前发现提供帮助并提供预警，为现场能提前做出正确的处理措施提供依据。
应用在常规钻井现场的非满管出口流量监测方法主要有接触式和非接触式两种。应用较为广泛的为基于挡板流量计的接触式测量方法，其挡板流量计的工作原理，主要是通过出口钻井液对挡板的冲击产生的摆动，引起电阻器的变化，得到结果为液体在管径的百分比，再通过计算公式换算成出口流量。但是钻井液密度、钻井液粘度、固相粘附、安装位置这些因素均会对测量结果造成影响，造成换算后的出口流量误差较大。
而非接触式测量方法，则需要测量液体的高度和流速，现有的方法是分别安装雷达高度传感器和测速传感器。雷达高度传感器对介质的反射性要求很高，同时测速传感器往往是接触式的，但返出的钻井液是多项流体，带有岩屑固相颗粒，长时间的冲刷会对速度传感器造成损坏，非满管的情况下，并不能保证速度传感器完全被流体侵没，因此该方法计算得到的出口流量同样存在误差。
公开号为CN 111456659A，公开日为2020年07月28日的中国专利文献公开了一种在钻进过程中对溢流漏失进行监测的监测方法，其特征在于，所述监测方法包括以下步骤：
获取钻具参数，钻具参数包括钻具类型、钻具长度和钻具直径；
检测第一距离，其中，第一距离为第一装置到钻台面的距离，第一装置包括顶驱或大钩；
检测第二装置流速测量处的钻井液流速，第二装置包括环形防喷器或防溢管；
根据所述钻具参数、所述第一距离和所述钻井液流速，得到钻井液的出口流量；
将所述钻井液的出口流量与钻井液入口流量进行对比，在钻井液的出口流量大于钻井液入口流量的情况下，发出溢流预警，在钻井液的出口流量小于钻井液入口流量的情况下，发出漏失预警。
该专利文献公开的在钻进过程中对溢流漏失进行监测的监测方法，虽然能够实现钻井溢流、漏失的提前预警。但是，由于钻井液流速是通过测量得到的，同样会存在误差，导致最终得到的钻井液的出口流量不准确，进而影响预警精确性。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种非满管导流槽出口流量的确定方法，本发明由于钻井液在出口导流槽内的流速v是通过计算得到的，避免了测量造成的误差，且计算得出的非满管导流槽的摩阻系数f作为计算非满管导流槽出口流量Q的参数，较现有技术通过挡板流量计直接测量得出的非满管导流槽出口流量值而言，由于考虑了非满管导流槽的摩阻系数f，即考虑了流量损耗，使得计算得出的非满管导流槽出口流量Q更加接近于入口流量值，更加准确，从而利于提高后序预警精确性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种非满管导流槽出口流量的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、获取出口导流槽长度l、内径d和高度差h1，获取钻井液在出口导流槽中的液面高度h、钻井液密度ρ和钻井液粘度μ；
b、通过式1计算钻井液在出口导流槽内的流速v；
Figure BDA0002988453540000021
其中，v为钻井液在出口导流槽内的流速，h1为高度差，l为出口导流槽长度，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度；
c、通过式2计算非满管导流槽的过流断面面积A；
Figure BDA0002988453540000022
其中，A为非满管导流槽的过流断面面积，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度；
d、通过式3计算非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长C；
Figure BDA0002988453540000023
其中，C为非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度；
e、通过式4计算非满管导流槽的水力半径rh；
Figure BDA0002988453540000031
其中，rh为非满管导流槽的水力半径，A为非满管导流槽的过流断面面积，C为非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长；
f、通过式5计算非满管时的雷诺数Re；
Figure BDA0002988453540000032
其中，Re为非满管时的雷诺数，v为钻井液在出口导流槽内的流速，ρ为钻井液密度，rh为非满管导流槽的水力半径，μ为钻井液粘度；
g、通过式6计算非满管导流槽的摩阻系数f；
Figure BDA0002988453540000033
其中，f为非满管导流槽的摩阻系数，d为内径，Re为非满管时的雷诺数；
h、非满管导流槽出口流量Q通过式7计算确定；
Figure BDA0002988453540000034
其中，Q为非满管导流槽出口流量，h1为高度差，l为出口导流槽长度，f为非满管导流槽的摩阻系数，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度。
所述步骤a中，出口导流槽长度l、内径d和高度差h1均通过卷尺测量获取。
所述步骤a中，钻井液在出口导流槽中的液面高度h通过安装在出口导流槽上的超声波传感器进行测量获取。
所述步骤a中，钻井液密度ρ通过称重法进行测量获取。
所述步骤a中，钻井液粘度μ通过旋转粘度计进行测量获取。
所述超声波传感器进行测量具体是指超声波传感器的超声波探头向被测液面发射超声波信号，超声波由超声波探头经传播至被测液面，在液面上形成反射，反射波沿原路径传播至超声波探头，被超声波探头接收并转换成电信号；超声波传感器到非满管导流槽底的高度为h总,安装超声波传感器时通过钢尺进行测量，超声波传感器到液面的距离为h2，通过超声波传感器进行监测，钻井液在出口导流槽中的液面高度h通过式8确定；
h＝h总-h2式8。
所述钻井液密度ρ通过称重法进行测量具体是指先将钻井液装在600ml的烧杯中，用天平称出总质量m1，再将烧杯中部分钻井液倒入量筒内，测出钻井液的体积V，然后用天平称出烧杯中剩余钻井液的质量m2；最后通过式9计算出钻井液的密度；
Figure BDA0002988453540000041
所述钻井液粘度μ通过旋转粘度计进行测量具体是指先将钻井液装在粘度测量的标准容器600ml的烧杯中，再将装有钻井液的烧杯放在旋转粘度计仪器上，然后将旋转粘度计的转子浸入烧杯中的钻井液内，开启电机开关，旋转变速旋钮，待30秒后，读取旋转粘度计指针读数偏转角度a，获取系数K，根据式10计算出钻井液粘度μ；
μ＝K·a式10。
系数K通过表1查询获取。
Figure BDA0002988453540000042
表1
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
1、本发明，“a、获取出口导流槽长度l、内径d和高度差h1，测量钻井液在出口导流槽中的液面高度h、钻井液密度ρ和钻井液粘度μ；b、通过式1计算钻井液在出口导流槽内的流速v；c、通过式2计算非满管导流槽的过流断面面积A；d、通过式3计算非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长C；e、通过式4计算非满管导流槽的水力半径rh；f、通过式5计算非满管时的雷诺数Re；g、通过式6计算非满管导流槽的摩阻系数f；h、非满管导流槽出口流量Q通过式7计算确定”，较现有技术而言，由于钻井液在出口导流槽内的流速v是通过计算得到的，避免了测量造成的误差，且计算得出的非满管导流槽的摩阻系数f作为计算非满管导流槽出口流量Q的参数，较现有技术通过挡板流量计直接测量得出的非满管导流槽出口流量值而言，由于考虑了非满管导流槽的摩阻系数f，即考虑了流量损耗，使得计算得出的非满管导流槽出口流量Q更加接近于入口流量值，更加准确，参见图1，从而利于提高后序预警精确性。
2、本发明，步骤b中，钻井液在出口导流槽内的流速v通过式1计算得出，能够有效减少接触式传感器测量得到流速产生的误差；步骤c中非满管导流槽的过流断面面积A及步骤d中非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长C均为求取非满管导流槽的水力半径rh的关键参数，而在步骤e中非满管导流槽的水力半径rh由于非满管的特殊性，必须要与满管的水力半径区分开，保证计算精度，因此，非满管导流槽的水力半径rh是计算非满管时的雷诺数Re的关键参数，步骤g中由于非满管导流槽的摩阻系数f与非满管时的雷诺数Re有关，通常非满管钻井液的流态属于湍流，所以必须要考虑雷诺数影响，非满管导流槽出口流量Q综合考虑了钻井液性能、导流槽的基本参数、非满管导流槽的水力半径以及非满管导流槽的摩阻系数f，各参数相互关联，从而能够较好的反应非满管钻井液对流量计算的综合因素的影响，有效降低计算非满管导流槽出口流量的误差。
3、本发明，步骤a中，出口导流槽长度l、内径d和高度差h1均通过卷尺测量获取，考虑了每口井的导流槽存在差异，避免了导流槽长度、内径和高度差的差异对流量值的影响。
4、本发明，步骤a中，钻井液在出口导流槽中的液面高度h通过安装在出口导流槽上的超声波传感器进行测量获取，由于是非接触式测量，能够保证监测液面的精度，通过测量液面的高度为后面计算非满管导流槽的过流断面面积、非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长和非满管导流槽的水力半径提供了保障。
5、本发明，步骤a中，钻井液密度ρ通过称重法进行测量获取，考虑了钻井液性能对管壁的摩擦造成影响，使得计算得到的非满管导流槽的摩阻系数更加准确。
6、本发明，步骤a中，钻井液粘度μ通过旋转粘度计进行测量获取，能够保障测得的钻井液粘度值的准确性。
7、本发明，超声波传感器进行测量具体是指超声波传感器的超声波探头向被测液面发射超声波信号，超声波由超声波探头经传播至被测液面，在液面上形成反射，反射波沿原路径传播至超声波探头，被超声波探头接收并转换成电信号；超声波传感器到非满管导流槽底的高度为h总,安装超声波传感器时通过钢尺进行测量，超声波传感器到液面的距离为h2，通过超声波传感器进行监测，钻井液在出口导流槽中的液面高度h通过式8确定，通过采用超声波传感器测量液面高度，为非接触式测量，无磨损，精度高达0.01mm，能够进一步保障计算钻井液在出口导流槽内的流速v的精度。
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具体说明：
图1为采用本发明与挡板流量计测量值的对比图；
其中：C1为挡板流量计测量值曲线图，C2为本发明出口流量值曲线图，C3为入口流量值曲线图。
具体实施方式
实施例1
一种非满管导流槽出口流量的确定方法，包括以下步骤：
a、获取出口导流槽长度l、内径d和高度差h1，获取钻井液在出口导流槽中的液面高度h、钻井液密度ρ和钻井液粘度μ；
b、通过式1计算钻井液在出口导流槽内的流速v；
Figure BDA0002988453540000061
其中，v为钻井液在出口导流槽内的流速，h1为高度差，l为出口导流槽长度，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度；
c、通过式2计算非满管导流槽的过流断面面积A；
Figure BDA0002988453540000062
其中，A为非满管导流槽的过流断面面积，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度；
d、通过式3计算非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长C；
Figure BDA0002988453540000063
其中，C为非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度；
e、通过式4计算非满管导流槽的水力半径rh；
Figure BDA0002988453540000071
其中，rh为非满管导流槽的水力半径，A为非满管导流槽的过流断面面积，C为非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长；
f、通过式5计算非满管时的雷诺数Re；
Figure BDA0002988453540000072
其中，Re为非满管时的雷诺数，v为钻井液在出口导流槽内的流速，ρ为钻井液密度，rh为非满管导流槽的水力半径，μ为钻井液粘度；
g、通过式6计算非满管导流槽的摩阻系数f；
Figure BDA0002988453540000073
其中，f为非满管导流槽的摩阻系数，d为内径，Re为非满管时的雷诺数；
h、非满管导流槽出口流量Q通过式7计算确定；
Figure BDA0002988453540000074
其中，Q为非满管导流槽出口流量，h1为高度差，l为出口导流槽长度，f为非满管导流槽的摩阻系数，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度。
“a、获取出口导流槽长度l、内径d和高度差h1，测量钻井液在出口导流槽中的液面高度h、钻井液密度ρ和钻井液粘度μ；b、通过式1计算钻井液在出口导流槽内的流速v；c、通过式2计算非满管导流槽的过流断面面积A；d、通过式3计算非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长C；e、通过式4计算非满管导流槽的水力半径rh；f、通过式5计算非满管时的雷诺数Re；g、通过式6计算非满管导流槽的摩阻系数f；h、非满管导流槽出口流量Q通过式7计算确定”，较现有技术而言，由于钻井液在出口导流槽内的流速v是通过计算得到的，避免了测量造成的误差，且计算得出的非满管导流槽的摩阻系数f作为计算非满管导流槽出口流量Q的参数，较现有技术通过挡板流量计直接测量得出的非满管导流槽出口流量值而言，由于考虑了非满管导流槽的摩阻系数f，即考虑了流量损耗，使得计算得出的非满管导流槽出口流量Q更加接近于入口流量值，更加准确，参见图1，从而利于提高后序预警精确性。
实施例2
一种非满管导流槽出口流量的确定方法，包括以下步骤：
a、获取出口导流槽长度l、内径d和高度差h1，获取钻井液在出口导流槽中的液面高度h、钻井液密度ρ和钻井液粘度μ；
b、通过式1计算钻井液在出口导流槽内的流速v；
Figure BDA0002988453540000081
其中，v为钻井液在出口导流槽内的流速，h1为高度差，l为出口导流槽长度，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度；
c、通过式2计算非满管导流槽的过流断面面积A；
Figure BDA0002988453540000082
其中，A为非满管导流槽的过流断面面积，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度；
d、通过式3计算非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长C；
Figure BDA0002988453540000083
其中，C为非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度；
e、通过式4计算非满管导流槽的水力半径rh；
Figure BDA0002988453540000084
其中，rh为非满管导流槽的水力半径，A为非满管导流槽的过流断面面积，C为非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长；
f、通过式5计算非满管时的雷诺数Re；
Figure BDA0002988453540000085
其中，Re为非满管时的雷诺数，v为钻井液在出口导流槽内的流速，ρ为钻井液密度，rh为非满管导流槽的水力半径，μ为钻井液粘度；
g、通过式6计算非满管导流槽的摩阻系数f；
Figure BDA0002988453540000091
其中，f为非满管导流槽的摩阻系数，d为内径，Re为非满管时的雷诺数；
h、非满管导流槽出口流量Q通过式7计算确定；
Figure BDA0002988453540000092
其中，Q为非满管导流槽出口流量，h1为高度差，l为出口导流槽长度，f为非满管导流槽的摩阻系数，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度。
所述步骤a中，出口导流槽长度l、内径d和高度差h1均通过卷尺测量获取。
所述步骤a中，钻井液在出口导流槽中的液面高度h通过安装在出口导流槽上的超声波传感器进行测量获取。
步骤a中，出口导流槽长度l、内径d和高度差h1均通过卷尺测量获取，考虑了每口井的导流槽存在差异，避免了导流槽长度、内径和高度差的差异对流量值的影响。
步骤a中，钻井液在出口导流槽中的液面高度h通过安装在出口导流槽上的超声波传感器进行测量获取，由于是非接触式测量，能够保证监测液面的精度，通过测量液面的高度为后面计算非满管导流槽的过流断面面积、非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长和非满管导流槽的水力半径提供了保障。
实施例3
一种非满管导流槽出口流量的确定方法，包括以下步骤：
a、获取出口导流槽长度l、内径d和高度差h1，获取钻井液在出口导流槽中的液面高度h、钻井液密度ρ和钻井液粘度μ；
b、通过式1计算钻井液在出口导流槽内的流速v；
Figure BDA0002988453540000093
其中，v为钻井液在出口导流槽内的流速，h1为高度差，l为出口导流槽长度，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度；
c、通过式2计算非满管导流槽的过流断面面积A；
Figure BDA0002988453540000101
其中，A为非满管导流槽的过流断面面积，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度；
d、通过式3计算非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长C；
Figure BDA0002988453540000102
其中，C为非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度；
e、通过式4计算非满管导流槽的水力半径rh；
Figure BDA0002988453540000103
其中，rh为非满管导流槽的水力半径，A为非满管导流槽的过流断面面积，C为非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长；
f、通过式5计算非满管时的雷诺数Re；
Figure BDA0002988453540000104
其中，Re为非满管时的雷诺数，v为钻井液在出口导流槽内的流速，ρ为钻井液密度，rh为非满管导流槽的水力半径，μ为钻井液粘度；
g、通过式6计算非满管导流槽的摩阻系数f；
Figure BDA0002988453540000105
其中，f为非满管导流槽的摩阻系数，d为内径，Re为非满管时的雷诺数；
h、非满管导流槽出口流量Q通过式7计算确定；
Figure BDA0002988453540000106
其中，Q为非满管导流槽出口流量，h1为高度差，l为出口导流槽长度，f为非满管导流槽的摩阻系数，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度。
所述步骤a中，出口导流槽长度l、内径d和高度差h1均通过卷尺测量获取。
所述步骤a中，钻井液在出口导流槽中的液面高度h通过安装在出口导流槽上的超声波传感器进行测量获取。
所述步骤a中，钻井液密度ρ通过称重法进行测量获取。
所述步骤a中，钻井液粘度μ通过旋转粘度计进行测量获取。
步骤a中，钻井液密度ρ通过称重法进行测量获取，考虑了钻井液性能对管壁的摩擦造成影响，使得计算得到的非满管导流槽的摩阻系数更加准确。
步骤a中，钻井液粘度μ通过旋转粘度计进行测量获取，能够保障测得的钻井液粘度值的准确性。
实施例4
一种非满管导流槽出口流量的确定方法，包括以下步骤：
a、获取出口导流槽长度l、内径d和高度差h1，获取钻井液在出口导流槽中的液面高度h、钻井液密度ρ和钻井液粘度μ；
b、通过式1计算钻井液在出口导流槽内的流速v；
Figure BDA0002988453540000111
其中，v为钻井液在出口导流槽内的流速，h1为高度差，l为出口导流槽长度，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度；
c、通过式2计算非满管导流槽的过流断面面积A；
Figure BDA0002988453540000112
其中，A为非满管导流槽的过流断面面积，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度；
d、通过式3计算非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长C；
Figure BDA0002988453540000113
其中，C为非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度；
e、通过式4计算非满管导流槽的水力半径rh；
Figure BDA0002988453540000121
其中，rh为非满管导流槽的水力半径，A为非满管导流槽的过流断面面积，C为非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长；
f、通过式5计算非满管时的雷诺数Re；
Figure BDA0002988453540000122
其中，Re为非满管时的雷诺数，v为钻井液在出口导流槽内的流速，ρ为钻井液密度，rh为非满管导流槽的水力半径，μ为钻井液粘度；
g、通过式6计算非满管导流槽的摩阻系数f；
Figure BDA0002988453540000123
其中，f为非满管导流槽的摩阻系数，d为内径，Re为非满管时的雷诺数；
h、非满管导流槽出口流量Q通过式7计算确定；
Figure BDA0002988453540000124
其中，Q为非满管导流槽出口流量，h1为高度差，l为出口导流槽长度，f为非满管导流槽的摩阻系数，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度。
所述步骤a中，出口导流槽长度l、内径d和高度差h1均通过卷尺测量获取。
所述步骤a中，钻井液在出口导流槽中的液面高度h通过安装在出口导流槽上的超声波传感器进行测量获取。
所述步骤a中，钻井液密度ρ通过称重法进行测量获取。
所述步骤a中，钻井液粘度μ通过旋转粘度计进行测量获取。
所述超声波传感器进行测量具体是指超声波传感器的超声波探头向被测液面发射超声波信号，超声波由超声波探头经传播至被测液面，在液面上形成反射，反射波沿原路径传播至超声波探头，被超声波探头接收并转换成电信号；超声波传感器到非满管导流槽底的高度为h总,安装超声波传感器时通过钢尺进行测量，超声波传感器到液面的距离为h2，通过超声波传感器进行监测，钻井液在出口导流槽中的液面高度h通过式8确定；
h＝h总-h2式8。
超声波传感器进行测量具体是指超声波传感器的超声波探头向被测液面发射超声波信号，超声波由超声波探头经传播至被测液面，在液面上形成反射，反射波沿原路径传播至超声波探头，被超声波探头接收并转换成电信号；超声波传感器到非满管导流槽底的高度为h总,安装超声波传感器时通过钢尺进行测量，超声波传感器到液面的距离为h2，通过超声波传感器进行监测，钻井液在出口导流槽中的液面高度h通过式8确定，通过采用超声波传感器测量液面高度，为非接触式测量，无磨损，精度高达0.01mm，能够进一步保障计算钻井液在出口导流槽内的流速v的精度。
实施例5
一种非满管导流槽出口流量的确定方法，包括以下步骤：
a、获取出口导流槽长度l、内径d和高度差h1，获取钻井液在出口导流槽中的液面高度h、钻井液密度ρ和钻井液粘度μ；
b、通过式1计算钻井液在出口导流槽内的流速v；
Figure BDA0002988453540000131
其中，v为钻井液在出口导流槽内的流速，h1为高度差，l为出口导流槽长度，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度；
c、通过式2计算非满管导流槽的过流断面面积A；
Figure BDA0002988453540000132
其中，A为非满管导流槽的过流断面面积，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度；
d、通过式3计算非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长C；
Figure BDA0002988453540000133
其中，C为非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度；
e、通过式4计算非满管导流槽的水力半径rh；
Figure BDA0002988453540000134
其中，rh为非满管导流槽的水力半径，A为非满管导流槽的过流断面面积，C为非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长；
f、通过式5计算非满管时的雷诺数Re；
Figure BDA0002988453540000141
其中，Re为非满管时的雷诺数，v为钻井液在出口导流槽内的流速，ρ为钻井液密度，rh为非满管导流槽的水力半径，μ为钻井液粘度；
g、通过式6计算非满管导流槽的摩阻系数f；
Figure BDA0002988453540000142
其中，f为非满管导流槽的摩阻系数，d为内径，Re为非满管时的雷诺数；
h、非满管导流槽出口流量Q通过式7计算确定；
Figure BDA0002988453540000143
其中，Q为非满管导流槽出口流量，h1为高度差，l为出口导流槽长度，f为非满管导流槽的摩阻系数，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度。
所述步骤a中，出口导流槽长度l、内径d和高度差h1均通过卷尺测量获取。
所述步骤a中，钻井液在出口导流槽中的液面高度h通过安装在出口导流槽上的超声波传感器进行测量获取。
所述步骤a中，钻井液密度ρ通过称重法进行测量获取。
所述步骤a中，钻井液粘度μ通过旋转粘度计进行测量获取。
所述超声波传感器进行测量具体是指超声波传感器的超声波探头向被测液面发射超声波信号，超声波由超声波探头经传播至被测液面，在液面上形成反射，反射波沿原路径传播至超声波探头，被超声波探头接收并转换成电信号；超声波传感器到非满管导流槽底的高度为h总,安装超声波传感器时通过钢尺进行测量，超声波传感器到液面的距离为h2，通过超声波传感器进行监测，钻井液在出口导流槽中的液面高度h通过式8确定；
h＝h总-h2式8。
所述钻井液密度ρ通过称重法进行测量具体是指先将钻井液装在600ml的烧杯中，用天平称出总质量m1，再将烧杯中部分钻井液倒入量筒内，测出钻井液的体积V，然后用天平称出烧杯中剩余钻井液的质量m2；最后通过式9计算出钻井液的密度；
Figure BDA0002988453540000151
所述钻井液粘度μ通过旋转粘度计进行测量具体是指先将钻井液装在粘度测量的标准容器600ml的烧杯中，再将装有钻井液的烧杯放在旋转粘度计仪器上，然后将旋转粘度计的转子浸入烧杯中的钻井液内，开启电机开关，旋转变速旋钮，待30秒后，读取旋转粘度计指针读数偏转角度a，获取系数K，根据式10计算出钻井液粘度μ；
μ＝K·a 式10。
步骤b中，钻井液在出口导流槽内的流速v通过式1计算得出，能够有效减少接触式传感器测量得到流速产生的误差；步骤c中非满管导流槽的过流断面面积A及步骤d中非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长C均为求取非满管导流槽的水力半径rh的关键参数，而在步骤e中非满管导流槽的水力半径rh由于非满管的特殊性，必须要与满管的水力半径区分开，保证计算精度，因此，非满管导流槽的水力半径rh是计算非满管时的雷诺数Re的关键参数，步骤g中由于非满管导流槽的摩阻系数f与非满管时的雷诺数Re有关，通常非满管钻井液的流态属于湍流，所以必须要考虑雷诺数影响，非满管导流槽出口流量Q综合考虑了钻井液性能、导流槽的基本参数、非满管导流槽的水力半径以及非满管导流槽的摩阻系数f，各参数相互关联，从而能够较好的反应非满管钻井液对流量计算的综合因素的影响，有效降低计算非满管导流槽出口流量的误差。
下面以具体实例验证本发明：
重庆某井出口导流槽长度l为9.9m，内径d为0.305m，高度差h1为0.5m，实测的钻井液在出口导流槽中的液面高度h为9.32cm，钻井液密度ρ为1.35g/cm3，钻井液粘度μ为48s，入口排量为50.8L/s。
1、通过式1计算得到钻井液在出口导流槽内的流速v为2.66m/s；
2、通过式2计算得到非满管导流槽的过流断面面积A为0.019m2；
3、通过式3计算得到非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长C为0.354m；
4、通过式4计算得到非满管导流槽的水力半径rh为0.052m；
5、通过式5计算得到非满管时的雷诺数Re为9.021×107；
6、通过式6计算得到非满管导流槽的摩阻系数f为0.012；
7、通过式7计算得到非满管导流槽出口流量Q为50L/s。
如图1所示，为该井挡板流量计测量值和本发明的出口流量计算值的对比，该曲线截取在钻进工况，井深315m处，共计160s的数据，在这段时间内并没有发生钻井异常，如溢流、卡钻、漏失的情况。直接使用挡板流量计测量的结果，整体曲线波动较大，不能反应出口流量的真实情况，曲线一直增大，但截取的这段钻进工况并未发生溢流险情，泥浆罐液面也并没有增加，说明数据误差较大。而采用本发明计算得到的出口流量计算值，曲线能够反应出口流量正常的波动情况，并且能够计算出0.8L/s的变化量，说明本发明能够准确的知道出口流量在发生溢流或漏失时是否增加或者减少，并且能够在起下钻灌浆时对出口的钻井液返出量进行精确计量。

Claims (8)

1.一种非满管导流槽出口流量的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、获取出口导流槽长度l、内径d和高度差h1，获取钻井液在出口导流槽中的液面高度h、钻井液密度ρ和钻井液粘度μ；
b、通过式1计算钻井液在出口导流槽内的流速v；
Figure FDA0002988453530000011
其中，v为钻井液在出口导流槽内的流速，h1为高度差，l为出口导流槽长度，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度；
c、通过式2计算非满管导流槽的过流断面面积A；
Figure FDA0002988453530000012
其中，A为非满管导流槽的过流断面面积，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度；
d、通过式3计算非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长C；
Figure FDA0002988453530000013
其中，C为非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度；
e、通过式4计算非满管导流槽的水力半径rh；
Figure FDA0002988453530000014
其中，rh为非满管导流槽的水力半径，A为非满管导流槽的过流断面面积，C为非满管导流槽的过流断面上流体与管壁接触的周长；
f、通过式5计算非满管时的雷诺数Re；
Figure FDA0002988453530000015
其中，Re为非满管时的雷诺数，v为钻井液在出口导流槽内的流速，ρ为钻井液密度，rh为非满管导流槽的水力半径，μ为钻井液粘度；
g、通过式6计算非满管导流槽的摩阻系数f；
Figure FDA0002988453530000021
其中，f为非满管导流槽的摩阻系数，d为内径，Re为非满管时的雷诺数；
h、非满管导流槽出口流量Q通过式7计算确定；
Figure FDA0002988453530000022
其中，Q为非满管导流槽出口流量，h1为高度差，l为出口导流槽长度，f为非满管导流槽的摩阻系数，d为内径，h为钻井液在出口导流槽中的液面高度。
2.根据权利要求1所述的一种非满管导流槽出口流量的确定方法，其特征在于：所述步骤a中，出口导流槽长度l、内径d和高度差h1均通过卷尺测量获取。
3.根据权利要求1所述的一种非满管导流槽出口流量的确定方法，其特征在于：所述步骤a中，钻井液在出口导流槽中的液面高度h通过安装在出口导流槽上的超声波传感器进行测量获取。
4.根据权利要求1所述的一种非满管导流槽出口流量的确定方法，其特征在于：所述步骤a中，钻井液密度ρ通过称重法进行测量获取。
5.根据权利要求1所述的一种非满管导流槽出口流量的确定方法，其特征在于：所述步骤a中，钻井液粘度μ通过旋转粘度计进行测量获取。
6.根据权利要求3所述的一种非满管导流槽出口流量的确定方法，其特征在于：所述超声波传感器进行测量具体是指超声波传感器的超声波探头向被测液面发射超声波信号，超声波由超声波探头经传播至被测液面，在液面上形成反射，反射波沿原路径传播至超声波探头，被超声波探头接收并转换成电信号；超声波传感器到非满管导流槽底的高度为h总,安装超声波传感器时通过钢尺进行测量，超声波传感器到液面的距离为h2，通过超声波传感器进行监测，钻井液在出口导流槽中的液面高度h通过式8确定；
h＝h总-h2 式8。
7.根据权利要求4所述的一种非满管导流槽出口流量的确定方法，其特征在于：所述钻井液密度ρ通过称重法进行测量具体是指先将钻井液装在600ml的烧杯中，用天平称出总质量m1，再将烧杯中部分钻井液倒入量筒内，测出钻井液的体积V，然后用天平称出烧杯中剩余钻井液的质量m2；最后通过式9计算出钻井液的密度；
Figure FDA0002988453530000031
8.根据权利要求5所述的一种非满管导流槽出口流量的确定方法，其特征在于：所述钻井液粘度μ通过旋转粘度计进行测量具体是指先将钻井液装在粘度测量的标准容器600ml的烧杯中，再将装有钻井液的烧杯放在旋转粘度计仪器上，然后将旋转粘度计的转子浸入烧杯中的钻井液内，开启电机开关，旋转变速旋钮，待30秒后，读取旋转粘度计指针读数偏转角度a，获取系数K，根据式10计算出钻井液粘度μ；
μ＝K·a 式10。
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