CN117823139A - 一种动管柱作业溢流漏失监测方法及监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动管柱作业溢流漏失监测方法及监测系统，根据动管柱作业过程将监测模式至少设置如下：正常作业循环状态、静态非循环状态、起下管柱状态、关井状态；正常作业循环状态时，当入口流量和出口流量的差值超出预设范围，则进行溢流或漏失报警；静态非循环状态时，当缓冲罐液位变化超出预设范围，则进行溢流或漏失报警；起下管柱状态时，比较起下管柱的体积和对应的缓冲罐液位变化，若缓冲罐液位变化所带来的罐内泥浆体积变化与起下管柱的体积的管柱差值超过预设范围，则进行溢流或漏失报警；关井状态时，当缓冲罐液位变化超过预设范围，则进行溢流或漏失报警。本发明的方案提高了作业过程中早期井涌井的监测和预报的准确性和及时性。

Description

一种动管柱作业溢流漏失监测方法及监测系统

技术领域

本发明涉及一种动管柱作业溢流漏失监测方法及监测系统，属于石油天然气作业的溢流漏失监测技术领域。

背景技术

动管柱作业过程中，由于储层非均质，孔、洞、裂缝发育，投产酸压(化)改造后，裂缝沟通良好，井下情况复杂，易发生漏失、溢流、H₂S泄漏等。

目前，国内高含硫作业现场通常是通过监测泥浆池液面的变化来判断井涌或井漏事故。常规泥浆池罐体的截面积约为20m²，当溢流或井漏量小于1m³时，泥浆池罐体的液面高度变化还不到1cm，仅靠常规的液位监测传感器，很难及时发现泥浆微流量的变化，无法及时对潜在的事故隐患做出预报和防备；

动管柱作业较钻井工序复杂，工具多样，照搬钻井间接获取作业参数精度差，溢流漏失判断可靠性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种动管柱作业溢流漏失监测方法及监测系统，用以解决动管柱作业时溢流漏失判断可靠性差的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

本发明的一种动管柱作业溢流漏失监测方法的技术方案，根据动管柱作业过程将监测模式至少设置为如下的一种或多种：正常作业循环状态、静态非循环状态、起下管柱状态、关井状态；

正常作业循环状态时，当入口流量和出口流量的差值超出预设范围，则进行溢流或漏失报警；

静态非循环状态时，当缓冲罐液位变化超出预设范围，则进行溢流或漏失报警；

起下管柱状态时，比较起下管柱的体积和对应的缓冲罐液位变化，若缓冲罐液位变化所带来的罐内泥浆体积变化与起下管柱的体积的管柱差值超过预设范围，则进行溢流或漏失报警；

关井状态时，当缓冲罐液位变化超过预设范围，则进行溢流或漏失报警。

本发明的方案与动管柱作业时的工序紧密结合，针对不同作业过程采取针对性的监控，实现了高含硫动管柱作业溢流漏失报警，提高了作业过程中早期井涌井的监测和预报的准确性和及时性，进一步保证高含硫动管柱作业现场的安全。

进一步地，所述入口流量和出口流量的差值为每间隔若干秒的入口流量和出口流量的差值。

每间隔若干秒检测入口流量和出口流量的差值，监测精度提高到秒级，提高了监测精度，进一步增加了动管柱作业的安全性。

进一步地，所述缓冲罐液位变化为：当前时刻液位值与设定时间前液位值的差与设定时间的比值。

以设定时间段内液位值的变化率作为检测标准来预警溢流和漏失，提高对应作业过程下的防误报的能力，增加了溢流和漏失预警的精确度。

进一步地，所述起下管柱的体积根据当前大钩高度、管柱体积和管柱长度计算。

通过大钩高度反映出管柱的纵向位置，进而根据管柱的尺寸和位置计算出起下管柱的体积。

进一步地，当前大钩高度根据原大钩高度、绞车转速和和当前大绳缠绕的层数来计算。通过大钩高度得出当下管柱起下的体积，方案可实施性强，结果准确且易于实现。

用来测量大钩高度、钻头位置和井深的装置是绞车传感器。绞车传感器安装在钻机的绞车系统上。钻机的绞车系统由滚筒和绕在滚筒上的大绳组成。通过滚筒的转动收放大绳，并由天车上的滑轮组取得一定的收放比例，使大钩上下移动。大绳在滚筒上按圈绕放，并重叠数层。当大钩下降到0米时，大绳放出最多，但通常总还有若干圈剩余在滚筒上，这就是高度为0时的绞车剩余圈数。大绳每放出一圈，其长度和该圈所在层次有关。外层大绳放出一圈的长度要比里层大绳放出一圈的长度长。滚筒的长度限制了大绳每一层的圈数，因为大绳的直径具有一定的尺度。绞车转动时传感器可测量转动的圈数，由一定的计算方法可换算得到大钩高度上下移动的距离。

绞车转速可以根据绞车相邻两个时刻绞车传感器输出的脉冲数量的差值，也即脉冲增量来反映；同时大钩高度的计算还考虑到提升大钩的大绳在滚筒上缠绕的层数，即单位变化的脉冲所对应的释放或卷起大绳的长度还考虑考虑当前大绳缠绕直径，提高了大钩高度的计算精度。

进一步地，当前大钩高度＝原大钩高度+脉冲增量×K(N)×预设的深度校正系数；其中：K(N)＝(D+((n-1)³+1)×d)×π/M，D为滚筒直径，d为大绳直径，N为大绳缠绕层数，M为绞车每层脉冲数，脉冲增量为A脉冲增量与B脉冲增量的差；所述A脉冲增量为当前时刻与原大钩高度所对应的时刻相比，大钩上升时绞车传感器输出脉冲数的差；所述B脉冲增量为当前时刻与原大钩高度所对应的时刻相比，大钩下降时绞车传感器输出脉冲数的差。

绞车转动时绞车传感器可测量转动的圈数，圈数由绞车传感器的输出脉冲数来体现，根据圈数由一定的计算方法可换算得到大钩高度上下移动的距离。绞车传感器通常有两路，一路传来的信号为A脉冲，另一路为B脉冲，通常A脉冲信号对应大钩上升，B脉冲信号对应大钩下降。

所谓的脉冲，即每转动一圈，绞车传感器会产生多个脉冲量(24个或系统设置值)，如果以时间为单位，则单位时间内会产生若干脉冲。以A脉冲信号为例，监测到当前时刻脉冲信号数量比上个时刻的信号数量有个增加量(当前时刻的脉冲信号数量减去上一时刻的脉冲信号数量的差值)，即为A脉冲增量，再根据圈数与大钩上升距离的关系，即可计算出此时大钩上升的距离；同理根据B脉冲增量可计算出大钩下降的距离。而对于动管柱作业，由于井场在一定时段内存在起下管柱，即大钩可能在上升也可能在下降，因此需要同时根据A脉冲增量和B脉冲增量来进行总的脉冲增量的计算，根据总的脉冲增量的正负，准确反映大钩上升还是下降的情况。

本发明中，脉冲增量(即总的脉冲增量)反映了当前时刻与上一时刻脉冲数的变化，K(N)为考虑了当前大绳在滚筒上缠绕层数的单个脉冲变化所带来的大绳释放或卷收的长度(也即单个脉冲所对应大钩高度的变化)，相乘得到当前时刻相比上一时刻大钩高度的变化，再加上上一时刻大钩的高度(原大钩高度)，得到当前时刻的大钩高度。

进一步地，所述管柱差值为：当前时刻罐内泥浆体积变化量与起下管柱的体积的差值，减去设定时间前罐内泥浆体积变化量与起下管柱的体积的差值后，再比上设定时间。

以设定时间段内起下管柱体积与罐内泥浆体积的差的变化率来预警溢流和漏失，提高对应作业过程下的防误报的能力，增加了溢流和漏失预警的精确度。

进一步地，所述罐内泥浆体积变化量等于缓冲罐底面积与缓冲罐液位的乘积。

根据罐内液位变化来反映罐内泥浆体积变化，易于实施，结果准确。

进一步地，若累计的入口流量和出口流量的差值超过预设值时，进行溢流或漏失二级报警。

在各个作业过程的监测预警的基础上，根据累计出入口流量差进行二级报警，并在二级报警后执行井空程序，提高井控措施前的报警准确度，进一步保证高含硫动管柱作业现场的安全。

本发明的一种动管柱作业溢流漏失监测系统的实施方式，包括处理器，所述处理器用于执行指令以实现如上所述的动管柱作业溢流漏失监测方法。

附图说明

图1是本发明动管柱作业溢流漏失监测方法流程图；

图2是本发明动管柱作业溢流漏失监测系统的系统原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

方法实施例：

如图1所示的本发明的一种动管柱作业溢流漏失监测方法，实现过程如下：

1、数据采集步骤：先将数据采集装置实时采集的作业参数、数据输入装置输入的各参数存入溢流漏失监测系统的数据库，其中数据采集装置采集的作业参数包括绞车转速、圈数、泵冲、泵压、立管压力、硫化氢含量、大钩负荷、大钩高度、大钩速度、入口流量、出口流量、液位；

数据输入装置输入的参数包括监测模式、起下管柱体积、智能缓冲罐底面积和报警参数设置。

2、参数设置步骤：在报警参数设置里设定正常工作状态下的绞车转速范围、立管压力范围、出入口流量差值范围。

3、监测模式选择及计算、比较、决策及一级报警步骤：根据作业不同过程，在数据输入装置中首先进行监测模式的选择；或系统自动检测当前作业过程，自动选择当前监测模式：

(1)监测模式选择为“正常作业循环状态”：利用入口流量、出口流量的差值计算出入口流量差值，并进行数据和曲线图形显示，当差值超出根据经验预设的正常范围，进行溢流或漏失一级报警；

(2)监测模式选择为“静态非循环状态”：监测缓冲罐液位值，并进行数据和曲线图形显示，当液位变化值超出根据经验预设的正常范围，进行溢流或漏失一级报警；

(3)监测模式选择为“起下管柱”：利用大钩负荷、大钩高度等参数进行管柱“起”、“下”状态的判断；监测缓冲罐液位值变化，结合输入参数中的缓冲罐底面积计算罐内泥浆体积变化量，与起下管柱的体积进行比较，计算体积差值，并进行数据和曲线图形显示，当差值超出正常范围，进行溢流或漏失一级报警；

(4)监测模式选择为“关井”：监测缓冲罐液位值，并进行数据和曲线图形显示，当液位变化值超出根据经验预设的正常范围，进行溢流或漏失一级报警。

具体地，监测模式(1)中，出入口流量差值＝出口流量(i)-入口流量(i)，i为时间点，以秒为单位，必须大于1，且为整数；即在设定的若干时间点采集出入口流量差值，时间点之间的间隔以秒记。

具体地，监测模式(2)中，液位变化值通过下式计算：

液位变化值＝液位值(i)-液位值(i-1)/时间(i)-时间(i-1)，i为时间点，以秒为单位，必须大于1，且为整数；即当液位值变化率超过预设值时，进行报警。

具体地，监测模式(3)中，利用大钩高度、绞车转速、圈数进行起下管柱的判断，当前大钩高度通过下式计算：

当前大钩高度＝原大钩高度+脉冲增量×K(N)×深度校正系数，其中，K(n)＝(D+((n-1)³+1)×d)×π/M，D为滚筒直径，d为大绳直径，N为大绳缠绕层数(若N＜1则令N＝1，若N＞10则令N＝10)，M为绞车每层脉冲数，脉冲增量为A脉冲增量与B脉冲增量的差。

此外，罐内体积变化量＝缓冲罐底面积×h，h为罐内液位变化量。

体积差值通过下式计算：

体积差值＝设定时间段内体积差值变化量/时间(i)-时间(i-1)，其中，i为时间点，以秒为单位，必须大于1，且为整数；

设定时间段内体积差值变化量＝

[罐内体积变化量(i)-起下管柱体积(i)]-[罐内体积变化量(i-1)-起下管柱体积(i-1)]。

即，体积差值实质为设定时间段内体积差值变化率。

具体地，监测模式(4)中，液位变化值通过下式计算：

液位变化值＝液位值(i)-液位值(i-1)/时间(i)-时间(i-1)，i为时间点，以秒为单位，必须大于1，且为整数；即当液位值变化率超过预设值时，进行报警。

4、本发明溢流漏失监测方法，进一步还包括二级报警步骤：在报警参数设置里设定累计出入口流量差值作为将要出现溢流或漏失的临界值，如果采集的实时出入口流量差值达到该设定值，进行溢流或漏失二级报警，井队进行井控程序。

系统实施例：

本发明的一种动管柱作业溢流漏失监测系统，如图2所示，其中包括：

(1)数据采集装置：包括作业现场各工程参数传感器、智能缓冲罐PLC，各传感器、智能罐PLC实时采集各类参数，并将采集的参数发送到数据接收装置；

(2)数据输入装置：设置于上位机的控制系统，输入的参数直接存入溢流漏失监测数据库中；

(3)数据接收装置：用于接收数据采集装置发送来的数据，并将这些数据传输给上位机；

(4)上位机：接收数据接收装置接收到的参数，和数据输入装置输入的参数，均存入数据库，并将数据库接收的所有参数信息反馈给内部的数字显示、图形显示模块进行显示，还发送给计算比较决策模块，由计算比较决策模块执行方法实施例中本发明的动管柱作业溢流漏失监测方法中的步骤3、4，判断对应监测模式下的对应计算值是否超出了对应的预设范围，若超出则向报警装置发送一级报警指令；以及进一步判断是否达到二级报警条件，若达到，则向报警装置发送二级报警指令；

(5)报警装置：接收上位机发出的指令并执行报警。

具体地，其中数据采集装置通过无线网络的通信方式与数据接收装置连接，数据接收装置通过有线通信的方式与上位机连接，上位机的数据库通过数据线分别与上位机的数字显示模块、图形显示模块及计算比较决策模块连接，报警装置通过无线网络与上位机相连接。

数据采集装置采集的参数包括绞车转速、圈数、泵冲、泵压、立管压力、硫化氢含量、大钩负荷、大钩高度、大钩速度、入口流量、出口流量、液位等，区别于钻井溢流监测需监测30多种参数，本发明针对高含硫动管柱作业现场特点，优选了12种监测参数，其中重点监测压井液参数、总烃及硫化氢含量。

本发明的溢流漏失监测系统，区别于钻井溢流检测采用综合录井仪监测方式，即把所有的参数监测器集成到一个录井车内，存在占地面积大，成本高的问题；本发明改进了参数监测安装方式，采用“现场安装”和“集成撬装”两种方式，其中工程参数如绞车转速、圈数、泵冲、泵压、立管压力、大钩高度等工程参数，采取监测器现场安装方式；入口流量、出口流量、液位等监测器采取撬装安装方式，两种安装方式相结合，既适应动管柱作业现场的特点，又减小了整个系统体积。

本发明溢流漏失监测系统，其中数据输入装置输入的参数包括监测模式、管柱体积、智能缓冲罐底面积和报警参数设置。

本发明通过上述溢流漏失监测方法及监测系统可以实现高含硫动管柱作业溢流漏失报警，提高作业过程中早期井涌井的监测和预报的准确性和及时性，进一步保证高含硫动管柱作业现场的安全。

Claims (10)

1.一种动管柱作业溢流漏失监测方法，其特征在于，根据动管柱作业过程将监测模式至少设置为如下的一种或多种：正常作业循环状态、静态非循环状态、起下管柱状态、关井状态；

正常作业循环状态时，当入口流量和出口流量的差值超出预设范围，则进行溢流或漏失报警；

静态非循环状态时，当缓冲罐液位变化超出预设范围，则进行溢流或漏失报警；

起下管柱状态时，比较起下管柱的体积和对应的缓冲罐液位变化，若缓冲罐液位变化所带来的罐内泥浆体积变化与起下管柱的体积的管柱差值超过预设范围，则进行溢流或漏失报警；

关井状态时，当缓冲罐液位变化超过预设范围，则进行溢流或漏失报警。

2.根据权利要求1所述的动管柱作业溢流漏失监测方法，其特征在于，所述入口流量和出口流量的差值为每间隔若干秒的入口流量和出口流量的差值。

3.根据权利要求1所述的动管柱作业溢流漏失监测方法，其特征在于，所述缓冲罐液位变化为：当前时刻液位值与设定时间前液位值的差与设定时间的比值。

4.根据权利要求1所述的动管柱作业溢流漏失监测方法，其特征在于，所述起下管柱的体积根据当前大钩高度、管柱体积和管柱长度计算。

5.根据权利要求4所述的动管柱作业溢流漏失监测方法，其特征在于，所述当前大钩高度根据原大钩高度、绞车转速和当前大绳缠绕的层数来计算。

6.根据权利要求5所述的动管柱作业溢流漏失监测方法，其特征在于，当前大钩高度＝原大钩高度+脉冲增量×K(N)×预设的深度校正系数；其中：

D为滚筒直径，d为大绳直径，N为大绳缠绕层数，M为绞车每层脉冲数，脉冲增量为A脉冲增量与B脉冲增量的差；所述A脉冲增量为当前时刻与原大钩高度所对应的时刻相比，大钩上升时绞车传感器输出脉冲数的差；所述B脉冲增量为当前时刻与原大钩高度所对应的时刻相比，大钩下降时绞车传感器输出脉冲数的差。

7.根据权利要求1所述的动管柱作业溢流漏失监测方法，其特征在于，所述管柱差值为：当前时刻罐内泥浆体积变化量与起下管柱的体积的差值，减去设定时间前罐内泥浆体积变化量与起下管柱的体积的差值后，再比上设定时间。

8.根据权利要求1所述的动管柱作业溢流漏失监测方法，其特征在于，所述罐内泥浆体积变化量等于缓冲罐底面积与缓冲罐液位的乘积。

9.根据权利要求1所述的动管柱作业溢流漏失监测方法，其特征在于，若累计的入口流量和出口流量的差值超过预设值时，进行溢流或漏失二级报警。

10.一种动管柱作业溢流漏失监测系统，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于执行指令以实现如权利要求1～9任一项所述的动管柱作业溢流漏失监测方法。