CN201180515Y - 油田钻井起钻时的自动连续灌浆装置 - Google Patents

Abstract

一种油田钻井起钻时的自动连续灌浆装置，由灌浆液罐、单片机、光电式转速传感器、液位传感器、按键、显示器、报警装置组合而成，灌浆液罐置于地平面上，通过灌浆管线连接灌浆液罐和井筒，灌浆液管线倾斜安装，利用连通器原理实现自动连续灌浆，在游车轴端安装光电式转速传感器，在灌浆液罐内安装液位传感器，通过按键设置参数，通过单片机计算、显示和报警，可以实现自动连续灌浆功能，显示累计灌浆量、起钻立柱数，并且实时监测井涌、井漏现象并报警。

Description

油田钻井起钻时的自动连续灌浆装置

技术领域

本实用新型涉及一种油田钻井起钻或更换钻头时用于自动连续灌浆，并可监测是否有井涌、井漏现象并及时报警的装置。

背景技术

在油田钻井中，井喷是灾难性的事故，而井喷的主要原因就是井筒内的液柱压力不能平衡底层压力导致地层流体进入井内，轻则溢流重则井喷。起钻时由于上提钻具，井筒内液面下降，并且上行的钻头在井底形成一定的抽吸压力，造成井底压力下降，为了保持压力平衡，必需及时向井筒内灌浆。目前，一般的方法是每起出一定数量的钻杆，开动钻井泵灌浆，这要求司钻必须记住起出钻杆的数量，并且启动钻井泵或灌浆泵所需的发动机，操作容易失误，且非常烦琐，关键是这种灌浆方法无法测量灌浆量，无法对井下情况进行及时、正确地判断，另外，在起钻过程中发生的井漏也容易导致井涌，目前只能通过观察泥浆出口处钻井液的返回量，人工判断是否发生井涌或井漏。针对上述问题，江汉机械研究所和相关单位协作，联合开发了钻井液液面监测和自动灌浆装置，通过自动数钻杆机构，结合溢流检测器、计量罐液面监测器和灌注砂泵，可以实现自动灌浆，但不能实现连续灌浆。

发明内容

为了克服现有灌浆技术中不能实现自动连续灌浆和实时监测井涌井漏的问题，本实用新型提供了一种新型自动灌浆装置，该装置不仅可以实现自动连续灌浆，而且还可以实时监测井涌井漏现象并及时报警。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该装置包括泥浆罐、控制系统、游车高度传感器、泥浆罐液位传感器、报警装置等部分。灌浆罐内储存一定数量的灌浆液，安装在地平面上的一定高度上，在灌浆罐底部安装灌浆管线连接至井口，为了利于灌浆液流动，安装时保持灌浆管线有一定的倾斜度。根据连通器的原理，随着钻杆被起出液面下降，钻井液会自动连续地由灌浆罐流入井筒内，使井筒内的液面始终保持与灌浆罐的液面相同，从而实现自动连续灌浆的功能。通过安装在绞车轴端的游车高度传感器来检测被起出的钻杆的高度，游车高度传感器由光电式转速器构成，它测量出滚筒的转动角度，输出相应的电信号给控制系统中的单片机，单片机根据滚筒直径、钢丝绳、钻杆的技术参数计算出钻具的排代量，即应该灌入的灌浆量，也可算出起出的钻杆数，即气钻立柱数。在泥浆罐内安装液位传感器，它将检测出的灌浆罐内的液位信号传送至单片机，单片机根据液位差和泥浆罐的横截面积可计算出实际的灌浆量，然后通过计算，得到应灌浆量和实际灌入量的差值，即灌浆差值等于应灌浆量减去实际灌入量，如果该差值在允许的范围内即判定为正常，显示起出钻杆的数量、累计灌浆量和灌浆差值等信息；如果灌浆差值小于允许范围，说明发生了井漏，系统报警，并显示起出钻杆的数量、累计灌浆量和灌浆差值等信息；如果灌浆差值大于允许范围，说明有可能发生井涌或拔活塞现象，系统报警并显示相关信息。从而实现对井涌、井漏、拔活塞的检测与报警功能。

本实用新型可以实现自动连续灌浆功能，并且实时监测井涌、井漏或拔活塞现象，安全方便且结构简单，易于安装、保养、维护。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的总体装配图。

图2是本实用新型的电路总体框图。

图中1.地平面，2.井筒，3.钻杆，4.钢丝绳，5.光电转速器，6.光源，7.光电开关，8.绞车转筒，9.传动装置，10.电机，11.液位信号，12.游车高度信号，13.液位传感器，14.灌浆液，15.灌浆液罐，16.灌浆管线。

具体实施方式

在图1中，灌浆液罐15放置在地平面1上一定高度上，内装灌浆液14，井筒2与灌浆液罐15之间以灌浆管线16相连，在最佳实施方式中，灌浆液罐15与灌浆管线16的连接口高于灌浆管线16与井筒2的接口，根据连通器原理，当电机10转动，带动传动装置9和钢丝绳4动作，钻杆3被提出，导致井筒内液面下降时，灌浆液将从灌浆液罐15连续流向井筒2内，直到二者液面相平为止。游车高度传感器的光电式转速器5、6、7安装在绞车滚筒8上，它测出转轴转动的角度，变换为电信号游车高度信号12输出，经过信号调理放大，输送给单片机，液位传感器安装在灌浆液罐15内，它将灌浆液液位信号转换成电信号液位信号11输出，信号经处理后输送给单片机。单片机根据接收到的信号，经数据处理，得到起钻立柱数、累计灌浆量和灌浆量差值等参数，并显示；当出现井涌、井漏事故时即报警。

在灌浆液罐15和井筒2之间联有灌浆管线16，三者组成连通器，这样当井筒内的钻杆被起出造成井筒内液位下降时，灌浆液会自动连续的从灌浆液罐流入井筒内，使井筒内的液面始终保持与灌浆罐的液面相同，而灌浆液罐安装在地平面上一定高度处，所以可以始终保证井筒内液位高于井口高度；游车高度传感器可以为光电式转速器，光电转速计5和绞车滚筒一起转动，当转至圆孔处，光源6发出的光可被光电开关7接收到，光电开关7则可输出信号，该信号被放大调理后被输送给单片机，单片机根据信号的频率可得到滚筒的角位移，用该角位移乘以滚筒和钢丝绳的直径和即可得到钻杆被提升的高度，用此高度乘以钻杆的横截面积即得到钻具的排代量，即应该灌入的灌浆液量，同时用钻杆被提升的高度除以每根钻杆的长度即可得到已起出的立柱数；液位传感器安装在灌浆液罐15内，它可以检测到灌浆罐内的液位，输出电信号给单片机，单片机根据灌浆液罐的横截面积，计算出灌入井筒的灌浆液量；用排代量减去已灌入量得出灌浆差值，单片机显示累计灌浆量、起钻立柱数、灌浆量差值，如果灌浆量差值小于规定范围说明有井漏现象，则进行井漏报警，如果灌浆差值大于规定范围则说明有井涌或拔活塞现象，则进行井涌或拔活塞报警；可以通过按键进行累计灌浆量、起钻立柱数的复位，也可以通过键盘面板设定如下参数：灌浆液罐横截面积、传动装置的传动比、滚筒和钢丝绳的直径、单根钻杆的长度。

光电转速计、液位传感器、单片机、键盘面板、报警器、LED显示器等的电路均为已有技术。本技术领域的普通技术人员可根据需要进行选择、组合，不必付出创造性的劳动。因此，其具体电路及工作原理不再详述。

Claims (3)

1.一种油田钻井起钻时的自动连续灌浆装置，由灌浆液罐、单片机、高度传感器、液位传感器、按键、显示、报警装置组合而成，其特征是：灌浆液罐置于地平面上，通过灌浆管道连接灌浆液罐和井筒，灌浆液管道倾斜安装，在绞车轴端安装游车高度传感器，在灌浆液罐内安装液位传感器，通过按键设置参数，通过单片机计算、显示、报警。

2.根据权利要求1所述的油田钻井起钻时的自动连续灌浆装置，其特征是灌浆液管道安装在灌浆液罐底部。

3.根据权利要求1所述的油田钻井起钻时的自动连续灌浆装置，其特征是：所述游车高度传感器为光电式转速计，所述游车高度传感器输出的游车高度信号经过调理放大输送至所述单片机；所述液位传感器输出的液位信号经过信号调理放大输送至所述单片机；键盘面板参数设定包括灌浆液罐横截面积、传动装置的传动比、钻杆长度、滚筒和钢丝绳的直径；所述单片机连接LED显示累计灌浆量、起钻立柱数、灌浆量误差；所述单片机连接所述报警装置；所述报警装置包括井漏报警和井涌报警。

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