CN116591623B - 基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统，包括井口返出管、与井口返出管连通的喇叭口、与喇叭口连通的反流槽，所述喇叭口从靠近井口返出管的一端至靠近反流槽的一端自上而下倾斜布置；还包括连接在喇叭口底端的导流板、开设在所述导流板上的开口、活动装配在所述开口内的岩屑板、用于驱动所述岩屑板升降的升降机构、位于所述岩屑板上方的图像获取装置；所述导流板位于反流槽上方，且导流板的长轴平行于喇叭口的轴线。本发明提供基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统，以解决现有技术中对于跑浆的处理具有较大滞后性的问题，实现提前对作业现场的跑浆事故进行预警的目的。

Description

基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统

技术领域

本发明涉及钻完井工程领域，具体涉及基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统。

背景技术

跑浆，是指在油气开发的钻完井作业过程中，固控系统无法及时处理返出岩屑，大量岩屑堆积在振动筛或除泥器等设备处，所导致的钻完井液流失现象；跑浆现象会导致大量钻完井液的浪费造成作业成本升高、同时若返出的钻完井液含油，还会对井场周围环境造成污染。引起跑浆现象的主要原因之一在于钻遇了泥岩、泥页岩等地层，导致出井的钻完井液粘度极高、流动性较差，严重干扰了振动筛等设备对钻完井液的处理效率。

在钻完井作业过程中，需要在井口设置返出管以连通井内环空与反流槽，再通过反流槽将返出流体输送至固控系统进行处理。现有技术中对于跑浆事故均只能够采用事后处理的方式进行补救，如通过泥浆工或摄像头时刻观察振动筛房的情况，若发现出现跑浆现象，再进行降低排量、清理筛网、更换小目数筛网或降低振动筛入口流量等操作。所以，现有的跑浆处理方式始终具有较大的滞后性。

发明内容

本发明提供基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统，以解决现有技术中对于跑浆的处理具有较大滞后性的问题，实现提前对作业现场的跑浆事故进行预警的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统，包括井口返出管、与井口返出管连通的喇叭口、与喇叭口连通的反流槽，所述喇叭口从靠近井口返出管的一端至靠近反流槽的一端自上而下倾斜布置；还包括连接在喇叭口底端的导流板、开设在所述导流板上的开口、活动装配在所述开口内的岩屑板、用于驱动所述岩屑板升降的升降机构、位于所述岩屑板上方的图像获取装置；所述导流板位于反流槽上方，且导流板的长轴平行于喇叭口的轴线。

针对现有技术中对于跑浆的处理具有较大滞后性的问题，本发明提出一种基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统，其中井口返出管、喇叭口以及反流槽均为井场现有技术，将喇叭口设置为沿流体流动方向逐渐向下倾斜的结构，有利于快速将返出的钻完井液排出至反流槽内。本申请在喇叭口的底端设置导流板，返出流体经井口返出管进入喇叭口、从喇叭口出口端进入导流板，再沿导流板进入反流槽内。导流板上开设开口，并在开口内活动装配岩屑板，使得在升降机构的驱动下，岩屑板能够沿开口上下活动。

本申请具体工作时，井内返出流体裹挟地层岩屑经过导流板进入反流槽内，控制升降机构定时启动，在指定时间间隔下将岩屑板顶起，携带当前返出的岩屑一同被顶升，使岩屑脱离液面干扰，由上方的图像获取装置捕获此时岩屑板上的图像，后台通过图像识别技术判断此时岩屑板上的岩性；若判断岩性属于泥岩或泥页岩等容易诱发跑浆的岩性，则向钻台或中控室或泥浆工所在区域发出提示信息；否则，则不发出任何信息。

其中，对岩屑的岩性进行判断的图像识别技术，可通过目前已十分成熟的深度学习等技术实现，在此不做赘述。

本申请通过在喇叭口与反流槽的交汇处设置预警系统，可在钻完井液返出井口的第一时间就获得对裹挟岩屑的岩性判断并作出相应的预警，进而在容易诱发跑浆的返出流体抵达固控系统之前、利用返出流体在反流槽内流动的这段时间，为泥浆工争取提前预防跑浆的处理时间，可以在这段时间内提前进行降低排量、清理筛网、更换小目数筛网或降低振动筛入口流量等操作，进而减少现场跑浆风险，减轻材料损失和环境污染，从而克服现场跑浆处理的滞后性问题。

进一步的，所述升降机构包括安装在喇叭口底部的电机、与电机输出端相连的转轴、固定在转轴上的凸轮，所述凸轮位于岩屑板的下方。

本方案对升降机构的具体结构进行限定，将电机安装在喇叭口底部，由转轴将电机的输出动力延伸至岩屑板下方，再由凸轮的转动来顶升岩屑板。岩屑板在重力作用下始终与凸轮接触，随凸轮的转动而进行升降，凸轮尺寸根据具体工况进行适应性设置。

本方案利用喇叭口与导流板的倾斜状态，将电机安装在导流板上开口的上游区域，进而避免了岩屑板顶升时、经所述开口流下的流体对电机造成干扰，被流体冲刷的部件只是凸轮和局部的转轴，保证了电机工作的安全稳定；并且，即使当岩屑板与开口之间密封不佳时，流体渗漏也不会影响电机，更加确保电机的长期稳定工作。

进一步的，所述岩屑板包括边框、位于边框内的格栅、连接在边框顶部的若干滑块；还包括与所述滑块一一对应的导向柱，所述导向柱设置在导流板上，且导向柱上开设与所述滑块相匹配的滑槽，所述滑块滑动配合在对应的滑槽内。

本方案的岩屑板外围为边框，边框内部设置格栅，通过格栅的设置，使得岩屑板被顶升时，流体能够向下渗漏直接进入反流槽，同时将岩屑留存在格栅上，进而使得岩屑能够暴露出来，更加有利于图像获取装置获得准确的岩屑图像、降低浑浊的钻完井液所带来的干扰。

此外，若要将岩屑板顶升到完全脱离液面的高度，那么岩屑板就非常容易脱离所述开口的区域，导致岩屑板的横向稳定性受到挑战、甚至会被返出的钻完井液冲走，为了规避这一问题，本方案还在导流板上设置若干导向柱，并使得边框上的滑块，与导向柱上的滑槽对应实现滑动配合，从而使得岩屑板只能够沿滑槽的长度方向做上下运动，保证了岩屑板在顶升时的横向稳定性。当然，所述导向柱以及滑槽的高度根据实际工况进行设置即可。

进一步的，所述滑块底部开设凹槽，凹槽槽顶与边框顶面之间连接弹簧；各滑块之间夹设滤网。

本案发明人在深入研究过程中发现，常规格栅的网孔尺寸一般较大，对于分散性较好的岩屑而言承接能力较弱、容易透过格栅上的网孔直接进入反流槽，影响对岩屑识别的准确性，进而影响跑浆预警精度。为了克服这一问题，本方案利用滑块实现对滤网的夹持，将各滑块向上拉起，然后在岩屑板表面铺上滤网，再松开各滑块，利用弹簧的弹性力，通过各滑块将滤网夹设在岩屑板表面即可。其中，滤网目数在此不做限定，可根据实际工况进行对应选择。

进一步的，所述开口侧壁包括上、下分布的第一平面部、第二平面部；当所述岩屑板位于开口内时，所述第一平面部与边框接触、所述第二平面部与边框之间具有第一间隙，且所述第一间隙自上而下逐渐增大。

本方案通过第一平面部对岩屑板进行限位，保证岩屑板在开口内时的横向稳定。第二平面部与边框之间具有第一间隙且所述第一间隙自上而下逐渐增大，即是对于第二平面部而言，自上而下朝着远离开口中心的方向向外倾斜，是的开口底部具有反向的斜角，避免了进入开口内的岩屑堆积在开口内部，导致开口内壁岩屑堆积堵塞而干扰岩屑板的正常复位。

进一步的，还包括架设在喇叭口和反流槽上方的安装架，所述图像获取装置设置在所述安装架上。

所述安装架上开设安装孔，所述图像获取装置贯穿所述安装孔，且图像获取装置外壁设置无法通过所述安装孔的第一定位环，所述第一定位环上开设若干第一螺栓孔、所述安装架上开设若干与第一螺栓孔一一对应的第二螺栓孔；所述第一定位环与所述安装架通过螺栓连接。

通过安装架、安装孔以及定位环的相互配合，实现将图像获取装置稳定的装配在喇叭口和反流槽交汇处的上方的目的。其中安装架同时与喇叭口和反流槽连接，以保证图像获取装置的稳定性，降低返出流量过大、喇叭口发生晃动而导致图像获取模糊等情况出现。

进一步的，所述图像获取装置包括上下两端均敞口的壳体、位于壳体内部的第二定位环、安装在第二定位环上的相机，所述相机的镜头朝下；还包括安装在所述壳体外壁的舵机、连接在所述舵机输出端的挡板，所述挡板用于遮挡壳体底端。

壳体上下两端均敞口，有利于为相机提供通风环境。第二定位环用于为相机提供安装工位，其具体安装方式在此不做限定。由于自喇叭口返出的流体容易四处飞溅，一旦污染相机镜头则需要人工清理，为了降低人工清理的频率，还设置挡板来遮挡壳体底端，在需要获取岩屑图像时，再通过舵机控制挡板从壳体底端移开，进而对避免费减的泥浆在常态下进入壳体内部污染相机镜头，降低需要人工清理镜头的频率。

进一步的，所述壳体包括外壳、内壳，且外壳与内壳之间具有第二间隙，所述第二间隙顶部封闭、底部敞口；还包括设置在外壳与内壳上的透气孔，且所述外壳上的透气孔与所述内壳上的透气孔交错分布。

喇叭口返出的流体受地层温度影响，一般具有较高温度，在寒冷天气下会产生大量水雾，并且容易在相机以及镜头上冷凝。因此本方案在壳体上设置透气孔，以改善相机处的空气流动性能，避免大量水汽聚集，降低水雾对图像获取的干扰。但是，自喇叭口返出的流体容易四处飞溅，透气孔的存在会增大飞溅的流体进入壳体内部的风险。为了克服这一问题，本方案将壳体的侧壁设置为内外双层结构，在内壳和外壳上均设置透气孔，使其同样具有良好的透气性能；并且，由于内壳和外壳之间具有第二间隙，且外壳上的透气孔与内壳上的透气孔交错分布，因此即使流体飞溅到外壳上的透气孔处，也只会进入第二间隙内，进而避免了流体从侧面飞溅至壳体内部对相机造成干扰和污染，实现了在降低水雾干扰的前提下、杜绝侧面污染的效果。

进一步的，所述壳体的内部顶端安装风机，所述风机的鼓风方向朝下。本方案通过风机从壳体顶部不断向内鼓风，首先能够吹散壳体内部及底端周围的水雾，为相机提供一个较为清晰的拍摄环境；其次能够降低相机周围区域的空气湿度以减少冷凝；最后还能够通过风机平衡壳体内外温差，更加有利于降低冷凝量。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统，通过在喇叭口与反流槽的交汇处设置预警系统，可在钻完井液返出井口的第一时间就获得对裹挟岩屑的岩性判断并作出相应的预警，进而在容易诱发跑浆的返出流体抵达固控系统之前、利用返出流体在反流槽内流动的这段时间，为泥浆工争取提前预防跑浆的处理时间，可以在这段时间内提前进行降低排量、清理筛网、更换小目数筛网或降低振动筛入口流量等操作，进而减少现场跑浆风险，减轻材料损失和环境污染，从而克服现场跑浆处理的滞后性问题。

2、本发明基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统，利用喇叭口与导流板的倾斜状态，将电机安装在导流板上开口的上游区域，进而避免了岩屑板顶升时、经所述开口流下的流体对电机造成干扰，被流体冲刷的部件只是凸轮和局部的转轴，保证了电机工作的安全稳定；并且，即使当岩屑板与开口之间密封不佳时，流体渗漏也不会影响电机，更加确保电机的长期稳定工作。

3、本发明基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统，在导流板上设置若干导向柱，并使得边框上的滑块，与导向柱上的滑槽对应实现滑动配合，从而使得岩屑板只能够沿滑槽的长度方向做上下运动，保证了岩屑板在顶升时的横向稳定性。

4、本发明基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统，利用滑块实现对滤网的夹持，提高了对岩屑识别的准确性和跑浆预警的精度。

5、本发明基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统，将壳体的侧壁设置为内外双层结构，在内壳和外壳上均设置透气孔，使其同样具有良好的透气性能；并且，由于内壳和外壳之间具有第二间隙，且外壳上的透气孔与内壳上的透气孔交错分布，因此即使流体飞溅到外壳上的透气孔处，也只会进入第二间隙内，进而避免了流体从侧面飞溅至壳体内部对相机造成干扰和污染，实现了在降低水雾干扰的前提下、杜绝侧面污染的效果。

6、本发明基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统，通过风机从壳体顶部不断向内鼓风，首先能够吹散壳体内部及底端周围的水雾，为相机提供一个较为清晰的拍摄环境；其次能够降低相机周围区域的空气湿度以减少冷凝；最后还能够通过风机平衡壳体内外温差，更加有利于降低冷凝量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的侧视图；

图2为本发明具体实施例中导流板的结构示意图；

图3为本发明具体实施例中导流板的剖视图；

图4为本发明具体实施例中开口的示意图；

图5为本发明具体实施例中安装架的结构示意图；

图6为本发明具体实施例中图像获取装置的剖视图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-井口返出管，2-喇叭口，3-反流槽，4-导流板，5-开口，501-第一平面部，502-第二平面部，6-岩屑板，601-边框，602-格栅，603-滑块，604-凹槽，605-弹簧，606-滤网，7-电机，8-转轴，9-凸轮，10-导向柱，11-滑槽，12-安装架，13-安装孔，14-第一定位环，15-第一螺栓孔，16-第二螺栓孔，17-第二定位环，18-相机，19-舵机，20-挡板，21-外壳，22-内壳，23-透气孔，24-风机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

实施例1

如图1至图4所示的基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统，包括井口返出管1、与井口返出管1连通的喇叭口2、与喇叭口2连通的反流槽3，所述喇叭口2从靠近井口返出管1的一端至靠近反流槽3的一端自上而下倾斜布置；还包括连接在喇叭口2底端的导流板4、开设在所述导流板4上的开口5、活动装配在所述开口5内的岩屑板6、用于驱动所述岩屑板6升降的升降机构、位于所述岩屑板6上方的图像获取装置；所述导流板4位于反流槽3上方，且导流板4的长轴平行于喇叭口2的轴线。

所述升降机构如图1所示，包括安装在喇叭口2底部的电机7、与电机7输出端相连的转轴8、固定在转轴8上的凸轮9，所述凸轮9位于岩屑板6的下方。

优选的，电机7采用步进电机。

所述岩屑板6如图2与图3所示，包括边框601、位于边框601内的格栅602、连接在边框601顶部的若干滑块603；还包括与所述滑块603一一对应的导向柱10，所述导向柱10设置在导流板4上，且导向柱10上开设与所述滑块603相匹配的滑槽11，所述滑块603滑动配合在对应的滑槽11内。

所述滑块603底部开设凹槽604，凹槽604槽顶与边框601顶面之间连接弹簧605；各滑块603之间夹设滤网606。

优选的，所述弹簧605始终处于拉伸状态，以保证滑块603始终压紧在边框601上。

优选的，所使用的滤网606目数与对应的现场固控系统中振动筛上的表层筛网目数相等或略大，使得除了采用图像识别技术根据岩性来预测跑浆外，还能够根据图像识别技术，从识别该滤网606上的物料状态来进行跑浆预测。

所述开口5如图4所示，侧壁包括上、下分布的第一平面部501、第二平面部502；当所述岩屑板6位于开口5内时，所述第一平面部501与边框601接触、所述第二平面部502与边框601之间具有第一间隙，且所述第一间隙自上而下逐渐增大。

实施例2

基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统，在实施例1的基础上，如图1所示，还包括架设在喇叭口2和反流槽3上方的安装架12，所述图像获取装置设置在所述安装架12上。

本实施例中的安装架12如图5所示，其上开设安装孔13，所述图像获取装置贯穿所述安装孔13。

如图6所示，图像获取装置外壁设置无法通过所述安装孔13的第一定位环14，所述第一定位环14上开设若干第一螺栓孔15、所述安装架12上开设若干与第一螺栓孔15一一对应的第二螺栓孔16；所述第一定位环14与所述安装架12通过螺栓连接。

图像获取装置包括上下两端均敞口的壳体、位于壳体内部的第二定位环17、安装在第二定位环17上的相机18，所述相机18的镜头朝下；还包括安装在所述壳体外壁的舵机19、连接在所述舵机19输出端的挡板20，所述挡板20用于遮挡壳体底端。

所述壳体包括外壳21、内壳22，且外壳21与内壳22之间具有第二间隙，所述第二间隙顶部封闭、底部敞口；还包括设置在外壳21与内壳22上的透气孔23，且所述外壳21上的透气孔23与所述内壳22上的透气孔23交错分布。

所述壳体的内部顶端安装风机24，所述风机24的鼓风方向朝下。

本实施例使用时，保持风机24始终工作，并控制电机7定时启动；电机7启动时，同时启动舵机19、打开挡板20，待凸轮9顶升岩屑板6至最高点时，相机18拍照并回传至后台，进行图像识别处理，若判断岩性为泥岩或泥页岩，发出预警信息。

优选的，电机7定时启动的时间间隔为每5~10s顶升岩屑板6一次。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体，意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以是经由其他部件间接相连。

Claims (8)

1.基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统，包括井口返出管（1）、与井口返出管（1）连通的喇叭口（2）、与喇叭口（2）连通的反流槽（3），其特征在于，所述喇叭口（2）从靠近井口返出管（1）的一端至靠近反流槽（3）的一端自上而下倾斜布置；还包括连接在喇叭口（2）底端的导流板（4）、开设在所述导流板（4）上的开口（5）、活动装配在所述开口（5）内的岩屑板（6）、用于驱动所述岩屑板（6）升降的升降机构、位于所述岩屑板（6）上方的图像获取装置；所述导流板（4）位于反流槽（3）上方，且导流板（4）的长轴平行于喇叭口（2）的轴线；

所述升降机构包括安装在喇叭口（2）底部的电机（7）、与电机（7）输出端相连的转轴（8）、固定在转轴（8）上的凸轮（9），所述凸轮（9）位于岩屑板（6）的下方；

还包括架设在喇叭口（2）和反流槽（3）上方的安装架（12），所述图像获取装置设置在所述安装架（12）上；

所述钻井用防跑浆预警系统在钻完井液返出井口、抵达固控系统之前使用；

所述钻井用防跑浆预警系统的预警方法包括：井内返出流体裹挟地层岩屑经过导流板（4）进入反流槽（3）内，控制升降机构定时启动，在指定时间间隔下将岩屑板（6）顶起，携带当前返出的岩屑一同被顶升，使岩屑脱离液面干扰，由上方的图像获取装置捕获此时岩屑板（6）上的图像；通过图像识别技术判断岩屑板上的岩性：若判断岩性属于泥岩或泥页岩，则向钻台或中控室或泥浆工所在区域发出提示信息；否则，不发出任何信息。

2.根据权利要求1所述的基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统，其特征在于，所述岩屑板（6）包括边框（601）、位于边框（601）内的格栅（602）、连接在边框（601）顶部的若干滑块（603）；还包括与所述滑块（603）一一对应的导向柱（10），所述导向柱（10）设置在导流板（4）上，且导向柱（10）上开设与所述滑块（603）相匹配的滑槽（11），所述滑块（603）滑动配合在对应的滑槽（11）内。

3.根据权利要求2所述的基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统，其特征在于，所述滑块（603）底部开设凹槽（604），凹槽（604）槽顶与边框（601）顶面之间连接弹簧（605）；各滑块（603）之间夹设滤网（606）。

4.根据权利要求2所述的基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统，其特征在于，所述开口（5）侧壁包括上、下分布的第一平面部（501）、第二平面部（502）；当所述岩屑板（6）位于开口（5）内时，所述第一平面部（501）与边框（601）接触、所述第二平面部（502）与边框（601）之间具有第一间隙，且所述第一间隙自上而下逐渐增大。

5.根据权利要求1所述的基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统，其特征在于，所述安装架（12）上开设安装孔（13），所述图像获取装置贯穿所述安装孔（13），且图像获取装置外壁设置无法通过所述安装孔（13）的第一定位环（14），所述第一定位环（14）上开设若干第一螺栓孔（15）、所述安装架（12）上开设若干与第一螺栓孔（15）一一对应的第二螺栓孔（16）；所述第一定位环（14）与所述安装架（12）通过螺栓连接。

6.根据权利要求1所述的基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统，其特征在于，所述图像获取装置包括上下两端均敞口的壳体、位于壳体内部的第二定位环（17）、安装在第二定位环（17）上的相机（18），所述相机（18）的镜头朝下；还包括安装在所述壳体外壁的舵机（19）、连接在所述舵机（19）输出端的挡板（20），所述挡板（20）用于遮挡壳体底端。

7.根据权利要求6所述的基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统，其特征在于，所述壳体包括外壳（21）、内壳（22），且外壳（21）与内壳（22）之间具有第二间隙，所述第二间隙顶部封闭、底部敞口；还包括设置在外壳（21）与内壳（22）上的透气孔（23），且所述外壳（21）上的透气孔（23）与所述内壳（22）上的透气孔（23）交错分布。

8.根据权利要求6所述的基于图像识别的钻井用防跑浆预警系统，其特征在于，所述壳体的内部顶端安装风机（24），所述风机（24）的鼓风方向朝下。