CN113323612B - 防溢管流体检测装置、综合处理系统及判识方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种防溢管流体检测装置、综合处理系统及判识方法。所述装置包括：管道、旁支管组件和超声探测阵列组，其中，管道一端与防溢管软管连接；旁支管组件包括多个沿管道周向安装在管壁上并与管道腔体连通的旁支管，旁支管与管道轴线不垂直；超声探测阵列组包括多个超声波探测器，超声波探测器与旁支管数量相同并一一对应，每个超声波探测器插入在对应旁支管中。所述系统包括依次连接的上述检测装置、三通管、第一管线、岩屑处理装置、第二管线和回收装置。所述识别方法基于上述防溢管流体检测装置来实现。本发明的装置方便拆卸、安装和维护，能够采集到受地面管路影响最小的原始出口流体信息，避免管路延迟的影响，提高流体检测时效性。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气工业勘探开发领域，特别地，涉及一种防溢管流体检测装置、综合处理系统及判识方法。
背景技术
钻井过程中出口钻井液流量变化情况是表征钻井液和井下流体混合液返出地面的流量、速度及性质的重要观测参数。若其他工况不变，钻井液流量变少则可能发生井漏，而井漏是石油工程领域钻井过程中危害大、难发现、难确定的一种钻井液受地质或工程原因影响而漏失进入地层的现象，在损失钻井液发生经济损失的同时，可能导致地层污染、井壁失稳甚至井喷风险；若其他条件几乎不变的情况下，出口钻井液流量突然增大，则可能发生地层流体大规模侵入，溢流、井涌、井喷等险情发生的概率极大增加，因此，随钻出口流量检测是钻井过程中的重要任务。
现场地质和工程人员通常依赖出口流量的观测发现井漏或者钻井液溢出的现象，受限于井场条件和实际工况，钻井过程中钻井液在管线地面出口的流量变化情况监测通常依赖靶式流量计等传统流量检测器。
靶式流量计由靶式流量变送器和显示仪表两部分组成，当流体在测量管中流动时，因其自身的动能与靶板产生压差，而产生对靶板的作用力，使靶板产生微量位移，其位移量的大小与流体流速的平方成正比，据此可以计算出流量。靶式流量计虽然适用性广阔、性价比较高，但由于沉沙埋覆、流量突变、靶式装置设计缺陷及其他不确定性因素影响，其难以准确计量流量。现阶段随钻出口流量检测存在以下问题：
（1）维护和安装困难：靶式流量计密封不牢、满量程情形下易发生钻井液跑失，决定流量计灵敏度的配重块难以及时更换且须与钻井液性能匹配，部分裸露部件极易发生腐蚀失效甚至污染钻井液。
（2）准确度和在线可靠性较低：由于传统靶式流量检测装置设计缺陷导致易沉砂阻塞转轴造成检测失真，在出口流量随工况变化剧烈的防溢管内，传统靶式造型的转轴、靶体和在沉沙堆积和固相板结的情况下极易失灵、甚至失效，目前，行业规范对流量计的安装和标定要求仅为±5%满量程，即允许流量计量最大可发生10%的数据波动，其可靠性难以满足解释评价需求。
（3）随钻解释评价流量参数在利用率偏低：出口流量作为最重要的整体指标长期受制于流量计的可靠性而未被充分利用，亟需在改进和提高流量检测准确度和可靠性的基础上，研发流量解释方法，提升流量参数应用水平。
（4）被上返地面的钻井液一同进入防溢管的岩屑与钻井液充分混合，发生侵染、包裹，通过防溢管、缓冲罐、海底阀和振动筛，随后被操作人员手工采集、清洗，洗后样品烘干水分后，进行进一步利用和判识。但上述全过程依赖人工操作，标准化和自动化程度低，缺乏统一、封闭、标准、环保和可控的操作流程、配套装置和对应系统，亟需开展针对性研究。
（5）清洗装样后的岩屑可能面临多种类多层次加工和应用，便于进一步使用。其中，一部分需要经过研磨、吹散粉末，装入器皿等工序，便于进一步供给下一步工序使用，另一方面，由于地质观察和判识的需要，另一部分岩屑需要进行拍照，封装备用，特别地，在一些重要的地层卡取和识别过程中，要求连续取样，但由于人工操作的随意性和不可预测性，岩屑采集的方式始终影响岩屑这一重要实物资料的质量。
（6）当前，在线可靠性和精确度较低的靶式流量数据采集方式以及依赖人工判断、非规律间断取样的岩屑采集和制备方式均存在功能单一、可靠性差、准确低的问题，显然，依赖现有条件难以实现相关参数和实物资料的快速准确采集。
除靶式流量计计之外，本领域虽然也有用其他方式测量的探索研究，但大多存在不足之处，例如专利CN207499826U公开了一种随钻钻井液流量监测装置，包括流量计、钻井液出液管道、上位机；流量计设置在钻井液出液管道的径向开口上，流量计与上位机通过数据传输线连接；流量计为电磁流量计，包括电磁流速传感器和超声波水位传感器。该测量装置在测量时必须需要保证钻井液平稳过流，使用受限极大，而且也不能及时对反排出的钻井液进行测量。
因此，有必要引入新的测量和评价随钻出口流量情况的装置和岩屑采集和制备装置，改善现有测量方式、扩展现有功能，实现防溢管部位的随钻出口流量、流体检测和岩屑采集与制备功能。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的在于准确的测量随钻出口的流量。
本发明一方面提供了一种防溢管流体检测装置，所述防溢管流体检测装置包括：管道、旁支管组件和超声探测阵列组；其中，管道的第一端与第一防溢管段连接，第一防溢管段与地面防溢伞连接；旁支管组件包括多个旁支管，所述多个旁支管沿管道的周向安装在管道的管壁上并与管道的腔体连通，旁支管的轴线与管道的轴线不垂直；超声探测阵列组包括多个超声波探测器，超声波探测器的数量与旁支管的数量相同并一一对应，每个超声波探测器插入在对应的旁支管中。
进一步地，所述第一防溢管段包括防溢管软管，所述管道的第一端为逆齿结构。
进一步地，所述管道的第二端为卡扣结构，该端可以直接与第二防溢管段连接或与连接管连接，其中，第二防溢管段为防溢管硬管。
进一步地，所述防溢管流体检测装置还包括与所述超声探测阵列组连接的控制模块，所述控制模块能够对所述超声波探测器采集的参数进行处理，并得到流体信息。
进一步地，所述多个超声波探测器中任一个发射超声波的方向与所述管道轴线之间的夹角为30～60度，例如40、45、50度等。
进一步地，所述防溢管流体检测装置还包括一个纵向支管，该纵向支管安装在所述管道的管壁上并与所述管道的腔体连通，纵向支管内插入有一个超声波探测器，该超声波探测器发射超声波的方向与所述管道的轴线相垂直。
本发明另一方面提供了一种防溢管流体判识方法，所述判识方法包括采用如上所述的防溢管流体检测装置对流经防溢管内的流体进行检测，检测包括液位高度、流速、流量、固相检测和流体识别中的至少一种。
本发明再一方面提供了一种防溢管流体综合处理系统，所述综合处理系统可包括依次连接的防溢管流体检测装置、三通管、第一管线、岩屑处理装置、第二管线和回收装置；其中，防溢管流体检测装置包括：管道、旁支管组件和超声探测阵列组；其中，管道的第一端与第一防溢管段连接，第一防溢管段与地面防溢伞连接；旁支管组件包括多个旁支管，所述多个旁支管沿管道的周向安装在管道的管壁上并与管道的腔体连通，旁支管的轴线与管道的轴线不垂直；超声探测阵列组包括多个超声波探测器，超声波探测器的数量与旁支管的数量相同并一一对应，每个超声波探测器插入在对应的旁支管中；三通管具有进液口、排液口和岩屑排出口，其中，进液口与所述管道的第二端连接，排液口与第二防溢管段连接，岩屑排出口的开口朝下，第二防溢管段还与回收装置连接；第一管线的上端与三通管的岩屑排出口连接；岩屑处理装置能够对从第一管线流出的混合流体进行固液分离，并对分离出的岩屑进行处理，该处理包括分拣、清洗和存储中的至少一种；回收装置能够对钻井液和岩屑分别进行回收。
进一步地，所述第一防溢管段包括防溢管软管，所述管道的第一端为逆齿结构，所述第二端为卡扣结构。
进一步地，所述防溢管流体检测装置还包括与所述超声探测阵列组连接的控制模块，所述控制模块能够对所述超声波探测器采集的流体信息进行处理。
进一步地，所述多个超声波探测器中任一个发射超声波的方向与所述管道轴线之间的夹角为30～60度，例如40、45、50度等。
进一步地，所述多个超声波探测器的数量为偶数，并两两组对，属于同一对的两个超声波探测器沿所述管道的中心轴线对称分布。
进一步地，所述防溢管流体检测装置还包括一个纵向支管，该纵向支管安装在所述管道的管壁上并与所述管道的腔体连通，纵向支管内插入有一个超声波探测器，该超声波探测器发射超声波的方向与所述管道的轴线相垂直。
进一步地，所述岩屑处理装置可包括混合样收集单元、离心分离器、钻井液收集单元、连续分拣模块和/或离散处理模块；其中，混合样收集单元与所述第一管线的下端连接，并能够收集从所述第一管线中流出的混合流体；离心分离器与混合样收集单元连接，并能够对混合流体进行固液分离，得到岩屑和钻井液；钻井液收集单元能够收集离心分离器分离出的钻井液；连续分拣模块包括连续取样单元和连续储存单元，其中，连续取样单元能够对离心分离器分离出的岩屑进行分类筛选，得到不同类别的岩屑，连续储存单元能够对不同类别的岩屑分别进行存储；离散模块包括清洗单元和干燥单元，其中，清洗单元能够对离心分离器分离出的岩屑进行若干次清洗；干燥单元能够对清洗后的岩屑进行干燥处理，并得到湿样岩屑和/或干样岩屑。
进一步地，所述防溢管流体检测装置还包括控制模块，控制模块与所述超声探测阵列组连接，并能够对所述超声波探测器采集的参数进行处理，以得到流体信息，流体信息包括流量；所述岩屑处理装置还包括工控模块，工控模块分别与控制模块和离心分离器连接，并能够根据所述控制模块处理得到的流量对离心分离器的运作进行控制。
进一步地，所述流体信息还可包括流速、液面高度、固相检测和流体类别中的至少一种。
进一步地，所述处理还可包括干燥和拍照中的至少一种。
进一步地，所述离散模块还可包括拍照单元，拍照单元能够对所述岩屑湿样或所述岩屑干样进行拍照。再进一步地，所述拍照单元可包括湿样岩屑拍照室、干样岩屑拍照室和标准光照系统。
进一步地，所述干燥单元可包括侯干室和烘干室，其中，侯干室能够对所述清洗后的岩屑进行初步干燥，得到湿样岩屑；烘干室能够对湿样岩屑进行烘干处理，得到干样岩屑。再进一步地，所述烘干室可设置有加热装置、鼓风装置和正压式防爆装置。
进一步地，述清洗单元可包括岩屑超声震荡清洗室。再进一步地，所述清洗单元还可包括位于所述岩屑超声震荡清洗室之后的岩屑二次漂洗室。
进一步地，所述钻井液收集单元还可与所述回收装置连接。
进一步地，第一管线上可设置有阀门，以使第一管线呈流通或封闭状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果可包括以下内容：
本发明的防溢管检测装置安装于软管与硬管之间，该位置方便拆卸、安装和维护，且能采集到受地面管路影响最小的原始出口流量信息，且避免管路延迟的影响，提高流量检测时效性。本发明可实现长在线时间、高可靠性的流量检测，在检测流量的同时，还能实现对固相的检测和流体的识别。
附图说明
图1示出了本发明的防溢管流体检测装置的一个结构示意图；
图2示出了本发明的防溢管流体检测装置的另一个结构示意图；
图3示出了本发明的防溢管流体检测装置的一个应用示意图；
图4示出本发明的防溢管流体综合处理系统的一个结构示意图；
图5示出了防溢管流体检测装置与三通管的一个连接示意图；
图6示出了三通管的一个结构示意图；
图7示出了岩屑处理装置一部分的结构示意图；
图8示出了岩屑处理装置另一部分的结构示意图。
主要附图标记说明：
10-防溢管流体检测装置，11-管道，11a-第一端，11b-第二端，12-斜向超声波探测器，13-纵向超声波探测器，14-保护罩，15-电路箱，16-控制模块；20-防溢管软管；30-防溢管硬管；40-小方罐；50-三通管、60-第一管线、70-岩屑处理装置、80-第二管线，90-回收装置；100-井筒环空；110-钻具组合；120-裸露的地层；A-混合流体，B-存储在透明管中连续取样岩屑，C-湿样岩屑，D-废水，E-循环水，F-清洗混合废液，G-钻井液废液，H-装盘的湿样岩屑，I-岩屑湿样照片，J-装盘的干样岩屑，K-干样岩屑，L-废弃物。
具体实施方式
在下文中，将结合附图和示例性实施例来详细说明本发明的防溢管流体检测装置、识别方法和综合处理系统。
示例性实施例1
图1示出了本发明的防溢管流体检测装置的一个结构示意图。图2示出了本发明的防溢管流体检测装置的另一个结构示意图。
本发明的防溢管流体检测装置可以对随钻防溢管中的流体进行检测，也可称为随钻防溢管流体检测装置。该检测装置可包括：管道、旁支管组件和超声探测阵列组。
其中，如图1所示，管道11可以为直管，管道11的第一端11a可以为逆齿结构，以与第一防溢管段连接，第二端11b可以具有螺纹结构或卡扣结构，以与第二防溢管段或其他连接管连接，连接管可以为连接接头，连接接头可以为三通管。第一防溢管段位于第二防溢管段的上游并与地面防溢伞连接，连接方式可包括焊接。
旁支管组件包括多个旁支管，例如2～30个，所述多个旁支管可以沿管道的周向安装在管道的管壁上并与管道的腔体连通，旁支管向下延伸的方向与管道中流体的流向之间的夹角可以为30～60度，例如35、41、46、52、55度。
如图1所示，超声探测阵列组包括多个斜向超声波探测器12，斜向超声波探测器12的数量与旁支管的数量相同并一一对应，每个斜向超声波探测器12插入在对应的旁支管中。相应地，每个斜向超声波探测器12发射超声波的方向与管道11中流体的流向之间的夹角可以为30～60度，例如35、40、45、50、55度。
在本实施例中，可在管道管壁切口后外焊接旁支口，以用于插入超声波探测器。
在本实施例中，如图1所示，所述防溢管流体检测装置还包括一个纵向超声波探测器13，纵向超声波探测器13发射超声波的方向与所述管道11中流体的流动方向垂直。相应地，纵向超声波探测器13外还可具有一纵向支管（图1中未示出），该纵向支管安装在管道11的管壁上并与管道的腔体连通。纵向超声波探测器13可以用于测量流体的液位和流量，可基于超声波脉冲回波法测量。
在本实施例中，超声波探测器可以为超声波探头，超声波探头可包括超声波换能器。超声波换能器产生的连续波超声信号进入运动中的流体，并被随流体一起运动的颗粒、气泡等可以散射超声波信号的物质散射而被接收；发射信号与接收信号之间将因多普勒效应而产生联系。超声波换能器的物理基础为压电体的压电效应和逆压电效应。压电效应下换能器将接收到的超声信号转变成电信号，逆压电效应下换能器将电信号转变成超声振动信号向介质中发射。
超声波换能器可以为0.5～1.5MHz（例如0.9、1、1.2 MHz）可变的低能高频的超声波换能器，这样能够避免管道内流体出现空化效应（即高能超声波会使流体中溶解气反复析出与溶解从而产生大量气泡）与保证声波的穿透性。
进一步地，管道道壁打孔或切口处用有机玻璃封隔，其内表面与管道内壁曲度相同，并与超声波换能器声楔平面耦合，其间隙封隔耦合剂。
在本实施例中，每个超声波探测器收发的频率可以相同，也可以不同。
在本实施例中，每个超声波探测器能够变频发射。
在本实施例中，本发明的斜向超声波探测器可以两两组对并对称安装在管道外侧。组对的两个超声波探测器，一个可以具有发射超声波的功能，另一个可以具有接收超声波的功能，例如一个可以为超声波发射探头，另一个可以为超声波接收探头。超声波发射探头产生的连续波超声信号经耦合进入运动中的流体，并被随流体一起运动的颗粒、气泡等可以散射超声波信号的物质散射而进入超声波接收探头。发射信号与接收信号之间将因多普勒效应而产生联系。当然，本发明不限于此，组对的两个超声波探测器都可以具有发射和接收超声波的功能。
在本实施例中，如图2所示，所述防溢管流体检测装置还可包括一个保护罩14。保护罩14可以对插入在旁支管组件中的超声波探测器进行保护。
在本实施例中，如图2所示，所述防溢管流体检测装置还可包括一个电路箱15，电路箱可以放置有超声波探测器的连接电缆。
在本实施例中，第一防溢管段可以包括防溢管软管，管道中为逆齿结构的第一端可以快速与防溢管软管连接。防溢管软管的另一端还可以与地面防溢伞分支口连接。防溢管软管可以为金属材质柔性管。
管道的第二端可以为卡扣式快速接口，用于连接防溢管硬管段。
在本实施例中，超声探测阵列组所包含的多个超声波探测器，可计算多次结果，进行校正。例如，单个超声波探测器则仅能采集1组数据，若设置n个超声波探测器，如X1、X2、X3、X4，…，Xn，则能够进行采集到多组数据；其中，数据可以是与时间相关的数据。
在本实施例中，超声波探测器所接收到的是取样域内颗粒产生的散射波的合成，假设取样域内颗粒分布均匀且沿轴向运动，则取样域内颗粒的平均多普勒频移
可以由加权平均方法得到：
式中N是颗粒的总数，f di 是各个颗粒具有的多普勒频移，S(f di )是各个颗粒形成的功率谱线强度。
取样域内流体的平均速度
可以表示为：
假设取样域能够覆盖整个管道直径范围，则取样域流体的平均流速近似于管道截面流体平均流速，可以根据截面积计算管道流体的瞬时流量和累积流量：
瞬时流量：
，
。
累积流量：
，
。
式中：A为管道有效截面积，ρ为流体密度，q v 为瞬时体积流量，q m 为瞬时质量流量，Q V 为t 1到t 2时间段的累积体积流量，Q m 为t 1到t 2时间段的累积质量流量。
超声多普勒效应表征仪器内管道中心流速的频移值，即其频移量反应的是管道内的最大流速。与此同时，超声多普勒流量测量时换能器接收到的信号为多个多普勒频移成份的叠加，其振幅和相位均受多普勒频移成份的非线性调制，如式所示：
其中：ai为频移分量的幅值；
为频移分量的频率值；
为频移分量的相位；𝜔0为发射信号频率；s1(t)为经管壁、衬里等非运动介质耦合到接收探头的信号，s2(t)为多颗粒多普勒效应成因的传回仪器探头（即超声波探测器）的叠加信号。
将频率为𝜔0的参考信号cos𝜔0t与s(t)混频到基频，低通滤波后得到低频分量如下：
对该低频信号进行频谱分析(FFT)，即：
得到的平均频率
后带入超声多普勒频移公式，得管道内管壁（与防溢管连通且等效）某测量点的平均流速
：
其中，c为流体中的声速；α是超声波入射或反射方向与流体运动方向的夹角；例如设定等于π/4=45°；f s为发射探头发射的连续波超声信号的采样频率。
通过速度即可反算流量。
在本实施例中，本发明还可实现固相检测和流体识别。
设定某时刻平均频率为f t ，f t =af f +bf sot +cf gt +e。
其中，a、b、c、e为待定系数，其表示意义如下：a、b、c分别代表钻井液比例、岩屑固相比例和天然气比例；e为调整系数，可根据设备状态和标定情况追加。
f t 代表某时刻平均频率，为多个超声波探测器探头测得值的平均。由于是成对配置超声波探测器，因此每对测得的频率值的数量与探头（即超声波探测器）对数一样，假设使用4对探头，则会得到4个测量值，其平均值则为ft。
f f 代表当前钻井液的频率响应特征值；f gt 代表天然气的特征频率；f sot 为当前时刻的岩屑固相的特征频率。
其中，设定钻遇地层分析得到岩屑中的矿物有n种，其对应超声的频率特征分别为f 1so 、f 2so 、f 3so 、……、f nso ，且其质量百分比分别为x 1、x 2、x 3、……x n，则有，当前时刻的岩屑固相的特征频率为f sot ，计算方式如下：
f sot =x 1 f 1so + x 2 f 2so + x 3 f 3so +…+x n f nso 。
通常来说，在常见的地层，矿物对超声影响很小，可以设定一个常数值C代替f sot 。可假设固体岩屑颗粒为无空隙和空洞的坚硬理想圆形颗粒，通过试验可以测得对应钻头研磨得到岩屑的通常大小，或者大小期望值，通过这个值来代替f sot 。
根据前述公式，
，可知f s为发射探头发射的连续波超声信号的采样频率，通过变频可得到一组f s 数据，如f s1、f s2、f s3及f s4。
由此得到与a、b、c、e求解相匹配的四元一次方程组。从而求解得到上述待定系数，进而可以识别出流体的性质。
同时，本发明还可进行固相识别，固相的含义就是：固体单位时间流过防溢管的体积占整个混合多相流单位时间通过单位截面时的量的比，也就是固相比例可以以此来算。
根据上式f t =af f +bf sot +cf gt +e，即有b=(f t - af f - cf gt -e)/f sot 。
由于上述频率为标准的理想频率，因此可以根据变频获得不同频率的数据并选用矢量方程组求取a、b、c、e参数。换而言之，通过超声波探测器变频发射可以轻松在较短时间内改变频率，或者控制不同的探头用不同的频率收发。这样可以轻松获得需要的方程数，并联立方程组，通过解矩阵或方程组的方式求解a、b、c、e参数，甚至可以通过多次求解反算并标定f f、 f sot 等。
在本实施例中，如图2所述，所述检测装置还可包括控制模块。所述控制模块能够对所述超声波探测器采集的参数进行处理，得到流体信息，例如流量、流速、液面高度、固相检测和流体类别等。
所述控制模块可包括上位机或计算机。控制模块能够通过线缆与超声波探测器（或防溢管流体检测装置上的电路箱）连接。
或者，控制模块可以包括依次连接的：通讯节点，通讯总线和控制系统，以及计算机系统。其中，通讯总线和控制系统能够通过线路、电缆与超声波探测器（或防溢管流体检测装置上的电路箱）连接并建立通讯。
为了更好地说明本发明的防溢管流体检测装置，下面结合图3和图4来对其在现场应用做进一步说明。
如图3所示，本发明的防溢管流体检测装置10可以安装于防溢管软管20与防溢管硬管30之间，此种安装方法具有不切割管线，安装快速便捷的优点。防溢管流体检测装置10可以通过电缆与线号线与控制模块16连接，控制模块16可以包括上位机。
图4中的100表示井筒环空，井筒环空100是钻井过程中钻井液上返的通道；110表示钻具组合，即由钻铤、钻杆及接头等钻具组合。钻井液通过泥浆泵泵送由水龙头经钻具组合110进入地下，并沿井筒环空100上返回地面并回收，形成钻井液循环。钻井液携带岩屑从井筒环空100返出后，依次流经防溢管软管20、防溢管流体检测装置10、防溢管硬管30并进入图3所示的小方罐40或图4所示的回收装置90。流体流经防溢管流体检测装置10时，防溢管流体检测装置10对流体进行流体参数测量，其测量的是最新、实时的井筒返出流体参数，相对于小方罐中流体没有受到其它流体的污染。
示例性实施例2
图4示出了本发明的防溢管流体综合处理系统的一个结构示意图，其中图中的破折号表示管路或者线路可省略的同性质延长或延伸的部分。图5示出了防溢管流体检测装置与三通管的一个连接示意图。图6示出了三通管的一个结构示意图。
如图4所示，一种防溢管流体综合处理系统可包括依次连接的防溢管流体检测装置10、三通管50、第一管线60、岩屑处理装置70、第二管线80和回收装置90。
其中，防溢管流体检测装置10可以与上一个示例性实施例中的防溢管流体检测装置相同。
如图6所示，三通管具有进液口、排液口和岩屑排出口。如图5所示，三通管50的进液口与管道的第二端11b连接，排液口与防溢管硬管连接，岩屑排出口的开口朝下，防溢管硬管还与回收装置连接。
岩屑处理装置70能够对从第一管线60流出的混合流体（也可称为钻井液混合物）进行固液分离，并对分离出的岩屑进行处理，该处理包括分拣、清洗和存储中的至少一种。
回收装置90能够对钻井液进行回收。其中，回收的钻井液包括从防溢管硬管30排出的钻井液以及岩屑处理装置70分离出的钻井液。
在本实施例中，如图4所示的控制模块16能够对超声波探测器采集的参数进行处理，并得到流体信息。控制模块16可以是计算机。
在本实施例中，所述岩屑处理装置可包括混合样收集单元、离心分离器、钻井液收集单元、连续取样单元和连续存储单元。
其中，混合样收集单元与所述第二管线的下端连接，并能够收集从所述第二管线中流出的混合流体。
离心分离器与混合样收集单元连接，并能够对混合流体进行固液分离，得到岩屑和钻井液废液。离心分离器可包括离心机。
钻井液收集单元能够收集离心分离器分离出的钻井液废液。
连续分拣模块包括连续取样单元和连续储存单元。其中，连续取样单元能够对离心分离器分离出的岩屑进行分类筛选，得到不同类别的岩屑，连续储存单元能够对不同类别的岩屑分别进行存储，可以存储在不同的透明管中。连续分拣模块能够进行精准连续取样，精确连续取样是指有节律的少量取样，并将样品存储在透明管中。连续取样的样本较少且装于透明管中，方便进行岩屑的连续观察。连续取样单元可包括连续细透明管柱取样室，连续储存单元可包括连续细透明管柱存储室。
离散模块包括清洗单元和干燥单元。其中，清洗单元能够对离心分离器分离出的岩屑进行若干次清洗。干燥单元能够对清洗后的岩屑进行干燥处理，得到湿样岩屑和/或干样岩屑。离散模块能够进行离散取样，离散取样指按照一定取样间距的非连续取样。离散取样的样本较多且为离散取样方式，能保证资料收集和后期岩屑深度利用要求，且在控制系统介入情况下，采样的间隔可以校正和改变，提供了更多可能性，扩展性强。
在本实施例中，连续取样单元可包括连续取样室，进一步地，连续取样室可以为连续细透明管柱取样室。
在本实施例中，连续储存单元可包括存储室，存储室中具有多个细透明管。存储室也可为连续细透明管柱存储室。
在本实施例中，清洗单元可包括岩屑超声震荡清洗室；进一步地，清洗单元还可包括清洗剂室，清洗剂室能够向岩屑超声震荡清洗室提供清洗剂；再进一步地，清洗单元还可包括岩屑二次漂洗室。
进一步地，所述干燥单元可包括侯干室和烘干室。其中，侯干室能够对清洗后的岩屑进行初步的干燥，得到湿样岩屑。烘干室能够对湿样岩屑进行烘干处理，得到干样岩屑，同时还可得到废弃物，废弃物包括废液、废气、废渣和粉尘等。
烘干室可设置有加热装置、鼓风装置和正压式防爆装置。进一步地，烘干室还可设置有独立电路装置。
在本实施例中，所述离散模块还可包括拍照单元，拍照单元能够对所述湿样岩屑或所述干样岩屑进行拍照。拍照单元可包括湿样岩屑拍照室、干样岩屑拍照室和标准光照系统。标准光照系统的色温和亮度可调。
在本实施例中，第二管线和回收装置之间可以为法兰连接。
在本实施例中，控制模块可以包括依次连接的：通讯节点，通讯总线和控制系统，控制系统可以为计算机。其中，通讯总线和控制系统能够通过线路、电缆与超声波探测器（或防溢管流体检测装置上的电路箱）和岩屑处理装置连接并建立通讯。
在本实施例中，控制系统能够根据流量的检查结果来调整调控上述取样的速度，例如控制离心分离器运作，如分离速度等。
在本实施例中，所述岩屑处理装置还包括工控模块，工控模块分别与控制模块和离心分离器连接，并能够根据所述控制模块处理得到的流量对离心分离器的运作进行控制，如控制离心分离器的分离速度等。
为了更好地理解上述岩屑处理装置，下面结合图7和图8对其做进一步说明。
如图7所示，混合流体A经离心分离器分离，得到岩屑（图7中未示出）和钻井液废液G。分离出的岩屑具有两条取样路径。一条为连续取样路径，即经连续细透明管柱取样室和连续细透明管柱存储室，最终得到存储在透明管中的连续取样岩屑B；另一条为离散取样路径，即经岩屑超声震荡清洗室、岩屑二次清洗室和岩屑侯干室，并得到湿样岩屑C，其中，岩屑二次清洗室还可得到废水，本发明还可对废水进行处理，并将处理后的水体作为循环水E用于岩屑超声震荡清洗室和岩屑二次清洗室，同时，岩屑超声震荡清洗室附近还可设置有清洗剂室。
如图8所示，湿样岩屑C进入岩屑装盘室并进行装盘，得到装盘的湿样岩屑H。装盘的湿样岩屑H进入岩屑湿样拍照室进行拍照，得到岩屑湿样照片I。装盘的湿样岩屑H继续进入岩屑湿样烘干室内进行干燥处理，得到装盘的干样岩屑J和废弃物L。然后装盘的干样岩屑J进入岩屑干样拍照室进行拍照，得到岩屑干样照片（图中未示出），装盘的干样岩屑J随后被收集、存储，即得到干样岩屑K。烘干室可设置有加热装置、鼓风装置、正压式防爆装置和独立电路装置（图8中未示出）。
综上所述，本发明的防溢管流体检测装置、识别方法和综合处理系统的优点可包括以下至少一项：
（1）相比现有同类或近似技术，本发明的检测技术优异性，采用传统靶式流量计仅能测定相对出口流量变化，单位以百分比计；而发明能精确计量出口流量，测得单位为L/s。
（2）相对质量流量计，本发明的防溢管流体检测装置体积更小、安装位置更灵活，通过螺纹口三通和变径接头的方式实现更多功能，并与岩屑处理装置连通，较市面上其他装置具有功能多、一体集成度高的特点。
（3）本发明能够测量随钻防溢管中的流体，而现有流量计不能实现该功能。
（4）本发明的岩屑处理装置不仅具有更高的集成度和安全环保性，更直接面向特殊录井等岩屑深度利用技术的对接，扩展性和可二次开发性更强。
（5）本发明创造性的将流量、流体和岩屑制备功能进行集成，通过出口流量参数控制岩屑采集装置连续和离散取样，一方面，样本较少且装于透明管中的连续取样方便进行岩屑的连续观察，另一方面，样本较多，但离散取样的离散取样，能保证资料收集和后期岩屑深度利用要求，且在工控系统介入情况下，采样的间隔可以校正和改变，提供了更多可能性，扩展性强。
（6）本发明的装置可采用壳装封闭设计，岩屑、岩屑废渣、钻井液、钻井废液、废气及粉尘均进行多次集中处理，有害物经物理、化学沉淀净化后排出，实现水的循环利用，减少了污水排放，提高了施工效率，降低了取水和污水处理成本。
（7）本发明针对国家提出的节能减排和碳中和、碳达峰要求，对装置进行了优化设计，主要体现在清洗岩屑样品的循环水的循环利用，并且所有装置壳装在封闭的操作台内，在配备正压式防爆装置、确保防爆性能的基础上。对废水、废气和废液进行集中回收和多级净化，确保循环利用的效率。
尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。
Claims (16)
1.一种防溢管流体检测装置，其特征在于，所述防溢管流体检测装置包括：管道、旁支管组件和超声探测阵列组，其中，
管道的第一端与第一防溢管段连接，第一防溢管段与地面防溢伞连接；管道的第二端与第二防溢管段连接或与连接管连接；第一防溢管段包括防溢管软管，第二防溢管段为防溢管硬管；
旁支管组件包括多个旁支管，所述多个旁支管沿管道的周向安装在管道的管壁上并与管道的腔体连通，旁支管的轴线与管道的轴线不垂直；
超声探测阵列组包括多个超声波探测器，超声波探测器的数量与旁支管的数量相同并一一对应，每个超声波探测器插入在对应的旁支管中；
超声波探测器利用物质的散射来接收信号；所述多个超声波探测器两两组对，属于同一对的两个超声波探测器沿所述管道对称分布；
所述防溢管流体检测装置还包括与所述超声探测阵列组连接的控制模块，所述控制模块能够对所述超声波探测器采集的参数进行处理，并得到流体信息；
所述控制模块能够根据式1和式2来求解得到a、b、c，进而确定流体的性质；
式1为：ft=aff+bfsot+cfgt+e，其中，a、b、c分别代表钻井液比例、岩屑固相比例和天然气比例，e为调整系数；ft为多个所述超声波探测器测得频率的平均值；ff为钻井液的频率响应特征值，fgt为天然气的特征频率，fsot为岩屑固相的特征频率；
式2为：
，其中，
为评价流速，c为流体中的声速；α是超声波入射方向与流体运动方向的夹角，fs为所述超声波探测器发射的连续波超声信号的采样频率。
2.根据权利要求1所述的防溢管流体检测装置，其特征在于所述管道的第一端为逆齿结构。
3.根据权利要求1所述的防溢管流体检测装置，其特征在于，所述管道的第二端为卡扣结构。
4.根据权利要求1所述的防溢管流体检测装置，其特征在于，所述多个超声波探测器中任一个发射超声波的方向与所述管道轴线之间的夹角为30～60度。
5.根据权利要求1所述的防溢管流体检测装置，其特征在于，所述防溢管流体检测装置还包括一个纵向支管，该纵向支管安装在所述管道的管壁上并与所述管道的腔体连通，纵向支管内插入有一个超声波探测器，该超声波探测器发射超声波的方向与所述管道的轴线相垂直。
6.一种防溢管流体判识方法，其特征在于，所述判识方法包括采用权利要求1至5中任一项所述的防溢管流体检测装置对流经防溢管内的流体进行检测，检测包括液位高度、流速、流量、固相检测和流体识别中的至少一种。
7.一种防溢管流体综合处理系统，其特征在于，所述综合处理系统包括依次连接的防溢管流体检测装置、三通管、第一管线、岩屑处理装置、第二管线和回收装置，其中，
防溢管流体检测装置包括：管道、旁支管组件和超声探测阵列组，其中，管道的第一端与第一防溢管段连接，第一防溢管段与地面防溢伞连接；管道的第二端与第二防溢管段连接或与连接管连接；第一防溢管段包括防溢管软管，第二防溢管段为防溢管硬管；旁支管组件包括多个旁支管，所述多个旁支管沿管道的周向安装在管道的管壁上并与管道的腔体连通，旁支管的轴线与管道的轴线不垂直；超声探测阵列组包括多个超声波探测器，超声波探测器的数量与旁支管的数量相同并一一对应，每个超声波探测器插入在对应的旁支管中；超声波探测器利用物质的散射来接收信号；
三通管具有进液口、排液口和岩屑排出口，其中，进液口与所述管道的第二端连接，排液口与第二防溢管段连接，岩屑排出口的开口朝下，第二防溢管段还与回收装置连接；
第一管线的上端与三通管的岩屑排出口连接；
岩屑处理装置能够对从第一管线流出的混合流体进行固液分离，并对分离出的岩屑进行处理，该处理包括分拣、清洗和存储中的至少一种；
回收装置能够对钻井液进行回收；
所述岩屑处理装置包括混合样收集单元、离心分离器、钻井液收集单元、连续分拣模块和/或离散模块，其中，混合样收集单元与所述第一管线的下端连接，并能够收集从所述第一管线中流出的混合流体；离心分离器与混合样收集单元连接，并能够对混合流体进行固液分离，得到岩屑和钻井液；钻井液收集单元能够收集离心分离器分离出的钻井液；连续分拣模块包括连续取样单元和连续储存单元，其中，连续取样单元能够对离心分离器分离出的岩屑进行分类筛选，得到不同类别的岩屑，连续储存单元能够对不同类别的岩屑分别进行存储；离散模块包括清洗单元和干燥单元，其中，清洗单元能够对离心分离器分离出的岩屑进行若干次清洗；干燥单元能够对清洗后的岩屑进行干燥处理，并得到湿样岩屑和/或干样岩屑；
连续分拣模块能够进行精准连续取样，精确连续取样是指有节律的少量取样；离散模块能够进行离散取样，离散取样指按照一定取样间距的非连续取样。
8.根据权利要求7所述的防溢管流体综合处理系统，其特征在于，所述防溢管流体检测装置还包括控制模块，控制模块与所述超声探测阵列组连接，并能够对所述超声波探测器采集的参数进行处理，以得到流体信息，流体信息包括流量；
所述岩屑处理装置还包括工控模块，工控模块分别与控制模块和离心分离器连接，并能够根据所述控制模块处理得到的流量对离心分离器的运作进行控制。
9.根据权利要求8所述的防溢管流体综合处理系统，其特征在于，所述流体信息还包括流速、液面高度、固相检测和流体类别中的至少一种。
10.根据权利要求7所述的防溢管流体综合处理系统，其特征在于，所述离散模块还包括拍照单元，拍照单元能够对所述岩屑湿样或所述岩屑干样进行拍照。
11.根据权利要求10所述的防溢管流体综合处理系统，其特征在于，所述拍照单元包括湿样岩屑拍照室、干样岩屑拍照室和标准光照系统。
12.根据权利要求7所述的防溢管流体综合处理系统，其特征在于，所述干燥单元包括侯干室和烘干室，其中，
侯干室能够对所述清洗后的岩屑进行初步干燥，得到湿样岩屑；
烘干室能够对湿样岩屑进行烘干处理，得到干样岩屑。
13.根据权利要求12所述的防溢管流体综合处理系统，其特征在于，所述烘干室设置有加热装置、鼓风装置和正压式防爆装置。
14.根据权利要求7所述的防溢管流体综合处理系统，其特征在于，所述清洗单元包括岩屑超声震荡清洗室。
15.根据权利要求14所述的防溢管流体综合处理系统，其特征在于，所述清洗单元还包括位于所述岩屑超声震荡清洗室之后的岩屑二次漂洗室。
16.根据权利要求7所述的防溢管流体综合处理系统，其特征在于，所述钻井液收集单元还与所述回收装置连接。
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