CN114923640A - 一种井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置及其试验方法，所述井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置包括泥浆循环实验组件(2)和超声波测量组件(3)，泥浆循环实验组件(2)含有依次连接的泥浆储存罐(21)、泥浆循环管道(22)和模拟井筒(23)，泥浆储存罐(21)内的泥浆能够通泥浆循环管道(22)在泥浆储存罐(21)和模拟井筒(23)之间循环流动，超声波测量组件(3)含有间隔设置的超声波发射单元(31)和超声波接收单元(32)。该井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置及其试验方法能够模拟实际的井漏情况，不但可以为确定漏失位置、漏失速率等参数提供依据，还可以为钻井堵漏提供技术指导和决策参考。

Description

一种井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，具体的是一种井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置，还是一种井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置的试验方法。

背景技术

钻井过程中发生井漏一直是工程施工过程遇到的难题，井漏会直接导致钻井液损失，降低钻井速度，增加非生产时间和生产成本，而处理井漏的关键在于正确确定漏层的位置。若遇到寻找漏层位置时间过长或失败，可能堵漏失败，还会造成井壁失稳、地层流体“反吐”现象，增加了钻井作业难度、井控风险和额外的钻井成本。

发明内容

为了确定上述漏失位置，本发明提供了一种井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置及其试验方法，该井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置及其试验方法能够模拟实际的井漏情况，不但可以为确定漏失位置、漏失速率等参数提供依据，还可以为钻井堵漏提供技术指导和决策参考，更可以大幅缩短堵漏时间，节约工程投资，为环境保护做出贡献。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置，包括泥浆循环实验组件和超声波测量组件，泥浆循环实验组件含有依次连接的泥浆储存罐、泥浆循环管道和模拟井筒，泥浆储存罐内的泥浆能够通泥浆循环管道在泥浆储存罐和模拟井筒之间循环流动，超声波测量组件含有间隔设置的超声波发射单元和超声波接收单元，超声波发射单元和超声波接收单元均能够安装于泥浆循环管道内。

一种井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置的试验方法，所述井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置的试验方法采用了上述的井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置，所述井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置的试验方法包括以下步骤：

泥浆储存罐内的泥浆通过泥浆循环进口管道进入模拟井筒，打开多个泄漏阀中的一个，模拟井筒内的泥浆依次通过泄漏阀和泥浆泄漏管道进入泥浆储存罐内，超声波发射单元向超声波接收单元发射超声波，超声波接收单元将接收到的超声波信号发送给计算机，该计算机生成标准超声信号波形图。

本发明的有益效果是：

1、利用所述井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置及其试验方法可以对井下高温高压超声波泄漏测试标定和模拟井下钻井液漏失的测量试验。

2、采用水循环和泥浆循环两种试验装置进行泄漏测试，利用超声波传感器对泄漏位置进行测量，并标定超声波传感器的测量精度，对现场试验提供了一定的实验和理论基础。

3、利用超声波传感器在水和泥浆介质中进行传感器的标定，模拟了多种钻井液泄漏的流速，对传感器精度的标定起到关键作用，减少了现场实验中出现的一系列问题，节约了现场实验成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是泥浆循环实验组件的示意图。

图2是水循环实验组件的示意图。

图3是超声波测量组件的示意图。

1、水循环实验组件；2、泥浆循环实验组件；3、超声波测量组件；

11、储水罐；12、水循环管道；13、水循环出口管道；14、水循环进口管道；15、流量控制管道；16、第一三通阀；

21、泥浆储存罐；22、泥浆循环管道；23、模拟井筒；24、泥浆循环进口管道；25、泥浆泄漏管道；26、泄漏阀；

31、超声波发射单元；32、超声波接收单元；33、传感器固定架；34、电路板；35、线缆；

131、潜水泵；

141、第一超声波测量元件安装段；142、第一弯曲管道段；143、第一单向阀；144、第一电磁流量计；

211、搅拌桨叶；212、搅拌电机；213、固定脚；

241、第二三通阀；242、往复泵；243、第三单向阀；244、第三电磁流量计；245、第四单向阀；

251、第二超声波测量元件安装段；252、第二弯曲管道段；253、第二单向阀；254、第二电磁流量计；

261、第一泄漏阀；262、第二泄漏阀；263、第三泄漏阀；264、第四泄漏阀；265、第五泄漏阀；

1421、第一弯曲管道第一段；1422、第一弯曲管道第二段；1423、第一弯曲管道第三段；1424、第一90度弯管接头；

2521、第二弯曲管道第一段；2522、第二弯曲管道第二段；2523、第二弯曲管道第三段；2524、第二90度弯管接头。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置，包括泥浆循环实验组件2和超声波测量组件3，泥浆循环实验组件2含有依次连接的泥浆储存罐21、泥浆循环管道22和模拟井筒23，泥浆储存罐21内的泥浆能够通过泥浆循环管道22在泥浆储存罐21和模拟井筒23之间循环流动，超声波测量组件3含有间隔设置的超声波发射单元31和超声波接收单元32，超声波发射单元31和超声波接收单元32均能够安装于泥浆循环管道22内，如图1所示。

在本实施例中，泥浆循环管道22含有泥浆泄漏管道25和泥浆循环进口管道24，泥浆循环进口管道24的两端分别与泥浆储存罐21的下部和模拟井筒23的上部连接，泥浆储存罐21内的泥浆(即钻井液)能够通过泥浆循环进口管道24进入模拟井筒23内，模拟井筒23上设有多个泄漏阀26，多个泄漏阀26沿模拟井筒23的轴线方向均匀间隔排列，泥浆循环进口管道24的出口端位于多个泄漏阀26的上方，多个泄漏阀26均与泥浆泄漏管道25连接，模拟井筒23内的泥浆能够依次通过泄漏阀26和泥浆泄漏管道25进入泥浆储存罐21内。

例如，模拟井筒23上设有五个泄漏阀26，五个泄漏阀26从上向下依次分别为第一泄漏阀261、第二泄漏阀262、第三泄漏阀263、第四泄漏阀264和第五泄漏阀265。第一泄漏阀261、第二泄漏阀262、第三泄漏阀263、第四泄漏阀264和第五泄漏阀265均可以单独的控制流量，从而用以模拟实际井漏的位置和流量。

在本实施例中，泥浆泄漏管道25上依次设有第二超声波测量元件安装段251和第二电磁流量计254，第二超声波测量元件安装段251与泥浆泄漏管道25的其它管段可拆卸连接(即第二超声波测量元件安装段251可拆卸)，超声波发射单元31和超声波接收单元32均能够安装于第二超声波测量元件安装段251内，超声波发射单元31和超声波接收单元32不能将第二超声波测量元件安装段251内阻塞。

在本实施例中，第二超声波测量元件安装段251和第二电磁流量计254之间依次设有第二弯曲管道段252和第二单向阀253，第二弯曲管道段252呈倒凹字形结构，第二弯曲管道段252含有依次连接的第二弯曲管道第一段2521、第二弯曲管道第二段2522和第二弯曲管道第三段2523，第二弯曲管道第一段2521与第二弯曲管道第三段2523平行且互为镜像，第二弯曲管道第一段2521与第二弯曲管道第二段2522垂直，第二弯曲管道段252的两端均连接有第二90度弯管接头2524。

在本实施例中，泥浆循环进口管道24上依次设有第二三通阀241、往复泵242、第三单向阀243、第三电磁流量计244和第四单向阀245，泥浆储存罐21内设有搅拌桨叶211，搅拌桨叶211连接有搅拌电机212，搅拌电机212位于泥浆储存罐21的上方，泥浆储存罐21和模拟井筒23的下端均连接有固定脚213，如图1所示。泥浆储存罐21和模拟井筒23均为直立的筒形结构，模拟井筒23的上下两端均为封闭状态，往复泵242的作用在于将泥浆储存罐21内的泥浆泵送至模拟井筒23内。

在本实施例中，所述井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置还包括水循环实验组件1，水循环实验组件1含有依次连接的储水罐11和水循环管道12，水循环管道12大部分位于储水罐11外，储水罐11内的水能够在储水罐11和水循环管道12之间循环流动，超声波发射单元31和超声波接收单元32均还能够安装于水循环管道12内，如图2所示。

在本实施例中，水循环管道12含有水循环出口管道13、水循环进口管道14、流量控制管道15和第一三通阀16，第一三通阀16含有一个入口和两个出口，水循环出口管道13的一端与第一三通阀16的入口连接，水循环进口管道14的一端和流量控制管道15的一端分别与第一三通阀16的两个出口对应连接。第一三通阀16的两个出口上均有流量控制部件，通过所述流量控制部件可以控制水循环进口管道14和流量控制管道15内的流量。

在本实施例中，水循环出口管道13的一端位于储水罐11内，水循环出口管道13的一端连接有潜水泵131，储水罐11内的水能够经过水循环出口管道13进入第一三通阀16并通过水循环进口管道14和/或流量控制管道15返回至储水罐11内。即潜水泵131能够将储水罐11内的水经过水循环出口管道13泵送至第一三通阀16的入口，然后，水可以由水循环进口管道14返回至储水罐11内，或水可以由流量控制管道15返回至储水罐11内，或水可以由水循环进口管道14和流量控制管道15返回至储水罐11内。

在本实施例中，水循环进口管道14上依次设有第一超声波测量元件安装段141和第一电磁流量计144，第一超声波测量元件安装段141与水循环进口管道14的其它管段可拆卸连接(即第一超声波测量元件安装段141可拆卸)，超声波发射单元31和超声波接收单元32均能够安装于第一超声波测量元件安装段141内，超声波发射单元31和超声波接收单元32不能将第一超声波测量元件安装段141内阻塞，如图2所示。

在本实施例中，第一超声波测量元件安装段141和第一电磁流量计144之间依次设有第一弯曲管道段142和第一单向阀143，第一弯曲管道段142呈倒凹字形结构，第一弯曲管道段142含有依次连接的第一弯曲管道第一段1421、第一弯曲管道第二段1422和第一弯曲管道第三段1423，第一弯曲管道第一段1421与第一弯曲管道第三段1423平行且互为镜像，第一弯曲管道第一段1421与第一弯曲管道第二段1422垂直，第一弯曲管道段142的两端均连接有第一90度弯管接头1424。

在本实施例中，超声波测量组件3还含有传感器固定架33和电路板34，超声波发射单元31和超声波接收单元32均安装于传感器固定架33上，超声波发射单元31和超声波接收单元32均通过线缆35与电路板34(可拆卸)连接，电路板34通过线缆35还与控制装置(如计算机)连接。超声波发射单元31、超声波接收单元32和传感器固定架33均能够安装于泥浆循环管道22的第二超声波测量元件安装段251内或水循环管道12的第一超声波测量元件安装段141内，如图3所示。

当超声波发射单元31、超声波接收单元32和传感器固定架33均安装在第一超声波测量元件安装段141内时，应保证水在第一超声波测量元件安装段141内可以顺利通过，第一超声波测量元件安装段141上设有用于线缆35穿过的通孔，通孔内设有密封件。电路板34位于第一超声波测量元件安装段141外。

当超声波发射单元31、超声波接收单元32和传感器固定架33均安装在第二超声波测量元件安装段251内时，应保证泥浆在第二超声波测量元件安装段251内可以顺利通过，第二超声波测量元件安装段251上设有用于线缆35穿过的通孔，通孔内设有密封件。电路板34位于第二超声波测量元件安装段251外。

下面介绍一种井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置的试验方法，所述井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置的试验方法采用了上述的井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置，所述井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置的试验方法包括以下步骤：

步骤1、水循环实验；

将超声波发射单元31、超声波接收单元32和传感器固定架33均安装在第一超声波测量元件安装段141内，储水罐11内的水经过水循环出口管道13进入第一三通阀16并通过水循环进口管道14和流量控制管道15返回至储水罐11内，电路板34与计算机连接，第一电磁流量计144含有显示屏，第一电磁流量计144的显示屏能够显示流量，第一电磁流量计144测量的流量值可以向计算机输入，第一电磁流量计144换算成实际井筒中的流速，通过调节第一三通阀16的出口上流量控制部件来控制第一超声波测量元件安装段141内的流速，超声波发射单元31向超声波接收单元32发射超声波，超声波接收单元32将接收到的超声波信号发送给计算机，最终校核第一电磁流量计144的计示数与超声波发射单元31和超声波接收单元32测量的数据。

步骤2、泥浆循环实验；

将超声波发射单元31、超声波接收单元32和传感器固定架33从第一超声波测量元件安装段141内卸下，将超声波发射单元31、超声波接收单元32和传感器固定架33均安装在第二超声波测量元件安装段251内，第二电磁流量计254和第三电磁流量计244均含有显示屏，第二电磁流量计254和第三电磁流量计244的显示屏均能够显示其流量，第二电磁流量计254和第三电磁流量计244测量的流量值均可以向计算机输入；

泥浆储存罐21内的泥浆通过泥浆循环进口管道24进入模拟井筒23，打开多个泄漏阀26中的一个(每次打开一个，可以打开多次)，打开的泄漏阀26用于模拟泄漏位置，打开的泄漏阀26与模拟井筒23上端之间的距离为泄漏深度，模拟井筒23内的泥浆依次通过泄漏阀26和泥浆泄漏管道25进入泥浆储存罐21内，调节泄漏阀26控制第二超声波测量元件安装段251内的泥浆流量(即泄漏流量)，超声波发射单元31向超声波接收单元32发射超声波，超声波接收单元32将接收到的超声波信号发送给计算机，计算机生成标准超声信号波形图；

通过有限次的实验得到泄漏深度、泄漏流量和标准超声信号波形图之间的对应关系数据。在实际应用时，可以将超声波发射单元31、超声波接收单元32和传感器固定架33从第二超声波测量元件安装段251内卸下，可以将电路板34安装于封闭的耐高温高压的密封壳体中，超声波发射单元31、超声波接收单元32和传感器固定架33均位于所述密封壳体外，此时，超声波发射单元31、超声波接收单元32、传感器固定架33和密封壳体(内含有电路板34)可以称为高温高压超声波泄漏检测仪。

将所述高温高压超声波泄漏检测仪下入实地的井眼内，电路板34与计算机连接，该高温高压超声波泄漏检测仪下入的深度可以通过该高温高压超声波泄漏检测仪和井口之间的线缆35的长度获得，超声波发射单元31向超声波接收单元32发射超声波，超声波接收单元32将接收到的超声波信号发送给计算机，计算机生成实际超声信号波形图，将实际超声信号波形图与标准超声信号波形图对比，当该高温高压超声波泄漏检测仪下入的深度与上述对应关系数据中的泄漏深度相同，且实际超声信号波形图与该泄漏深度对应的标准超声信号波形图一致时，此时高温高压超声波泄漏检测仪下入的深度为泄漏点的位置，上述对应关系数据中泄漏流量为实际泄漏流量。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置，其特征在于，所述井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置包括泥浆循环实验组件(2)和超声波测量组件(3)，泥浆循环实验组件(2)含有依次连接的泥浆储存罐(21)、泥浆循环管道(22)和模拟井筒(23)，泥浆储存罐(21)内的泥浆能够通泥浆循环管道(22)在泥浆储存罐(21)和模拟井筒(23)之间循环流动，超声波测量组件(3)含有间隔设置的超声波发射单元(31)和超声波接收单元(32)，超声波发射单元(31)和超声波接收单元(32)均能够安装于泥浆循环管道(22)内。

2.根据权利要求1所述的井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置，其特征在于，泥浆循环管道(22)含有泥浆泄漏管道(25)和泥浆循环进口管道(24)，泥浆循环进口管道(24)的两端分别与泥浆储存罐(21)和模拟井筒(23)连接，泥浆储存罐(21)内的泥浆能够通过泥浆循环进口管道(24)进入模拟井筒(23)内，模拟井筒(23)上设有多个泄漏阀(26)，多个泄漏阀(26)沿模拟井筒(23)的轴线方向间隔排列，多个泄漏阀(26)均与泥浆泄漏管道(25)连接，模拟井筒(23)内的泥浆能够依次通过泄漏阀(26)和泥浆泄漏管道(25)进入泥浆储存罐(21)内。

3.根据权利要求2所述的井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置，其特征在于，泥浆泄漏管道(25)上依次设有第二超声波测量元件安装段(251)和第二电磁流量计(254)，第二超声波测量元件安装段(251)与泥浆泄漏管道(25)可拆卸连接，超声波发射单元(31)和超声波接收单元(32)均能够安装于第二超声波测量元件安装段(251)内。

4.根据权利要求3所述的井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置，其特征在于，第二超声波测量元件安装段(251)和第二电磁流量计(254)之间依次设有第二弯曲管道段(252)和第二单向阀(253)，第二弯曲管道段(252)含有依次连接的第二弯曲管道第一段(2521)、第二弯曲管道第二段(2522)和第二弯曲管道第三段(2523)，第二弯曲管道第一段(2521)与第二弯曲管道第三段(2523)平行且互为镜像，第二弯曲管道第一段(2521)与第二弯曲管道第二段(2522)垂直，第二弯曲管道段(252)的两端均连接有第二90度弯管接头(2524)。

5.根据权利要求2所述的井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置，其特征在于，泥浆循环进口管道(24)上依次设有第二三通阀(241)、往复泵(242)、第三单向阀(243)、第三电磁流量计(244)和第四单向阀(245)，泥浆储存罐(21)内设有搅拌桨叶(211)，搅拌桨叶(211)连接有搅拌电机(212)，泥浆储存罐(21)和模拟井筒(23)的下端均连接有固定脚(213)。

6.根据权利要求1所述的井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置，其特征在于，所述井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置还包括水循环实验组件(1)，水循环实验组件(1)含有依次连接的储水罐(11)和水循环管道(12)，储水罐(11)内的水能够在储水罐(11)和水循环管道(12)之间循环流动，超声波发射单元(31)和超声波接收单元(32)均还能够安装于水循环管道(12)内；水循环管道(12)含有水循环出口管道(13)、水循环进口管道(14)、流量控制管道(15)和第一三通阀(16)，第一三通阀(16)含有一个入口和两个出口，水循环出口管道(13)的一端与第一三通阀(16)的入口连接，水循环进口管道(14)的一端和流量控制管道(15)的一端分别与第一三通阀(16)的两个出口对应连接。

7.根据权利要求6所述的井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置，其特征在于，水循环出口管道(13)的一端位于储水罐(11)内，水循环出口管道(13)的一端连接有潜水泵(131)，储水罐(11)内的水能够经过水循环出口管道(13)进入第一三通阀(16)并通过水循环进口管道(14)和/或流量控制管道(15)返回至储水罐(11)内。

8.根据权利要求6所述的井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置，其特征在于，水循环进口管道(14)上依次设有第一超声波测量元件安装段(141)和第一电磁流量计(144)，第一超声波测量元件安装段(141)与水循环进口管道(14)可拆卸连接，超声波发射单元(31)和超声波接收单元(32)均能够安装于第一超声波测量元件安装段(141)内。

9.根据权利要求1所述的井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置，其特征在于，超声波测量组件(3)还含有传感器固定架(33)和电路板(34)，超声波发射单元(31)和超声波接收单元(32)均安装于传感器固定架(33)上，超声波发射单元(31)和超声波接收单元(32)均通过线缆(35)与电路板(34)连接，传感器固定架(33)、电路板(34)和传感器固定架(33)能够安装于泥浆循环管道(22)内。

10.一种井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置的试验方法，其特征在于，所述井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置的试验方法采用了权利要求1所述的井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置，所述井下超声波泄漏检测模拟试验测试装置的试验方法包括以下步骤：

泥浆储存罐(21)内的泥浆通过泥浆循环进口管道(24)进入模拟井筒(23)，打开多个泄漏阀(26)中的一个或几个，模拟井筒(23)内的泥浆依次通过泄漏阀(26)和泥浆泄漏管道(25)进入泥浆储存罐(21)内，超声波发射单元(31)向超声波接收单元(32)发射超声波，超声波接收单元(32)将接收到的超声波信号发送给计算机，该计算机生成标准超声信号波形图。

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