CN202417485U

CN202417485U - 钻井井涌井漏实时监测系统

Info

Publication number: CN202417485U
Application number: CN2011205637342U
Authority: CN
Inventors: 许广奎; 孙长海; 郝松; 刘江; 许珊珊
Original assignee: 许广奎
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2021-12-30

Abstract

本实用新型提供一种钻井井涌井漏实时监测系统，包括天车、水龙头及游车、钻杆、绞车、死绳固定器、高压泥浆泵、普通灌浆泵和泥浆循环罐，在水龙头及游车和高压泥浆泵的连接管道Ⅰ上设有靶式泥浆流量计，在井口与泥浆循环罐的连接管道Ⅱ上设有出口明渠流量计，在井筒与普通灌浆泵的连接管道Ⅲ上设有电磁流量计，在绞车上设有绞车编码器，在死绳固定器上设有悬重压力传感器，在泥浆循环罐上设有视频头，靶式泥浆流量计、出口明渠流量计、电磁流量计、绞车编码器、悬重压力传感器和视频头分别与上位机通过导线连接。本套监测系统性能稳定，无需现场人员操作，能够实时记录现场的工作状态。

Description

钻井井涌井漏实时监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种钻井井涌井漏实时监测系统，该设备适用于各种石油钻井、大修井作业施工过程中的井涌井漏实时监测，特别适用于探井、“三高”油气井作业施工中的井涌井漏实时监测。

背景技术

随着油气田勘探开发领域的不断扩展延伸，钻井所遇到的地层复杂性和难度越来越大；钻井过程中一旦油气井失去控制往往会造成设备毁坏、人员伤亡、油气井报废、环境污染及不良的社会影响；而井涌井漏监测技术是钻井过程中实现本质安全的一项关键技术。

但现有的井涌井漏监测技术是用人坐岗观察的方法和液面传感器及计量罐计量罐内泥浆量的办法，这种办法有以下缺点：1人坐岗观察难免有疏漏和脱岗，而且难于准确判断是否发生溢流；2由于泥浆罐体积过大，液面微小变化涉及泥浆量很大，且传感器不易识别；3现场配泥浆及处理泥浆是经常进行的日常工作而导致液面经常发生变化；4由于搅拌器的使用造成液面波动较大使传感器产生误差；5振动筛和除沙器的使用会损失泥浆使泥浆量减少；6由于固控设备使用不当跑泥浆造成泥浆量减少；7由于钻进施工井深增加导致泥浆量减少。

上述井涌井漏监测方法中，用人坐岗观察的方法发现溢流，还有用液面传感器及计量罐计量罐内泥浆量的办法发现溢流，往往发现井涌井漏现象较晚，错失了十分宝贵的关井时机而导致无法关井进而演化成井喷失控（如大港的9.9井喷事故），特别是浅气层由于埋藏浅更易造成来不及关井而发生井喷失控，所以必须有精确的井涌井漏监测设备来确保钻井（大修井）施工的本质安全。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种钻井井涌井漏实时监测系统，性能稳定，无需现场人员操作，能够实时记录现场的工作状态。为井下险情判断和操作正误提供及时准确的证据，为下一步及时关井赢得宝贵的时间，并且能够为后续现场事故的调查及处理提供依据。

本实用新型的技术方案：一种钻井井涌井漏实时监测系统，包括天车、水龙头及游车、钻杆、绞车、死绳固定器、高压泥浆泵、普通灌浆泵和泥浆循环罐，在水龙头及游车和高压泥浆泵的连接管道Ⅰ上设有靶式泥浆流量计，在井口与泥浆循环罐的连接管道Ⅱ上设有出口明渠流量计，在井筒与普通灌浆泵的连接管道Ⅲ上设有电磁流量计，在绞车上设有绞车编码器，在死绳固定器上设有悬重压力传感器，在泥浆循环罐上设有视频头，靶式泥浆流量计、出口明渠流量计、电磁流量计、绞车编码器、悬重压力传感器和视频头分别与上位机连接。

视频头依次通过220V电源线、视频线、视频转换卡、运行软件传到上位机；出口明渠流量计依次通过220V交流电源线、滤波器、信号线、ARM804串口卡传到上位机；电磁流量计依次通过24V直流电源线、信号线、ARM804串口卡传到上位机；靶式泥浆流量计依次通过24V直流电源线、信号线、ARM804串口卡传到上位机；绞车编码器依次通过信号线、数显仪表、ARM804串口卡传到上位机；悬重压力传感器依次通过信号线、4-20毫安转换模块传到上位机。

连接管道Ⅱ上采用了堰槽结构，其具体结构为：外管通过卡子与管道Ⅱ垂直连接且相通，外管内部设有内管且同轴，内管的上端设有出口明渠流量计，内管的下端与管道Ⅱ的管壁留有空隙；在泥浆流出的方向上设有堰槽，堰槽的下部设有斜体。

本套钻井井涌井漏实时监测系统比现有井涌井漏监测方法相比，具有以下优点：

1、本套监测系统由性能稳定的上位机及力控组态软件运行，把现场六个传感器的实时信号通过屏蔽信号线上传到上位机，由力控组态软件作出判断及计算，显示在显示屏上，及时准确的预报井涌井漏现象，通过界面和声音报警。

2、本套监测系统无需现场人员操作，全套程序自动运行，自动执行动作的输出、状态采集、显示、自身状态的监视，自动识别各种工况，自动识别和运行各种工况下的界面参数，自动判断井涌及井漏，自动记录井涌量和漏失量，自动记录现场工作状态，通过视频头实时掌握现场工作状态，为井下险情判断和操作正误提供及时准确的证据，为后续现场事故的调查及处理提供依据，不会产生误判现象。

3、在钻进的工况下，由靶式泥浆流量计和明渠流量计传来的数据实时对比，判断是否发生井涌和井漏，精度极高，并能及时预报泥浆流量增减量变化，直到关井后准确得出井涌量或漏失量，为下一步压井提供准确数据。

4、在起钻工况下，钻柱起出的数量由编码器和悬重传感器自动得出，并作累计；依据起出钻柱占有的体积计算出应灌进的泥浆体积，通过电磁流量计和明渠流量计做灌浆量实时检查，核对灌入的泥浆量，判断出是抽吸现象还是井涌现象，得出准确的抽吸量或溢流量，为下一步的施工处理提供准确的数据。

5、在下钻工况下，钻柱下入的数量由编码器和悬重传感器自动得出，并作累计；依据下入钻柱占有的体积计算出应返出的泥浆体积，通过明渠流量计做实时检查，核对返出的泥浆量，判断出是否发生井漏，得出准确的漏失量，为下一步的井漏处理提供准确的数据。

6、在空井工况下，由明渠流量计判断井内是否发生溢流，由电磁流量计和明渠流量计核对井内泥浆漏失量，得出准确的数据。

7、本套钻井井涌井漏实时监测系统可以全天候不间断实时监测，从钻井工作开始直到完井结束，间断电源一小时仍可监测，不会因现场频繁断电而停止监测。

8、连接管道Ⅱ上由于采用了堰槽结构，使性能更为稳定，监测结果更为准确。

9、报警声音便于区别，井涌以高分贝消防报警声音报警，井漏以高分贝救护报警声音报警，同现场气喇叭鸣笛操作信号有明显差异，便于现场人员区别。

10、本套监测系统所有监测数据实时存储，不会因断电而数据丢失，便于施工后及时查阅。

附图说明

图1 为本实用新型的结构示意图。

图2为连接管道Ⅱ上堰槽设计的结构示意图。

图3为明渠流量堰槽的侧视图。

具体实施方式

如图1所示，一种钻井井涌井漏实时监测系统，包括天车1、水龙头及游车2、钻杆3、绞车5、死绳固定器7、高压泥浆泵8、普通灌浆泵9和泥浆循环罐10，其特征在于：在水龙头及游车2和高压泥浆泵8的连接管道Ⅰ12上设有靶式泥浆流量计15，在井口4与泥浆循环罐10的连接管道Ⅱ13上设有出口明渠流量计16，在井筒6与普通灌浆泵9的连接管道Ⅲ14上设有电磁流量计17，在绞车5上设有绞车编码器18，在死绳固定器7上设有悬重压力传感器19，在泥浆循环罐10上设有视频头20，靶式泥浆流量计15、出口明渠流量计16、电磁流量计17、绞车编码器18、悬重压力传感器19和视频头20分别与上位机11通过导线连接。

视频监测通过视频头20、220V电源线、视频线、视频转换卡、运行软件、传到上位机11；泥浆出口流量监测通过出口明渠流量计16、220V交流电源线、滤波器、信号线、ARM804串口卡传到上位机11；灌泥浆流量监测通过电磁流量计17、24V直流电源线、信号线、ARM804串口卡传到上位机11；泥浆泵排量监测通过靶式泥浆流量计15、24V直流电源线、信号线、ARM804串口卡传到上位机11；游车高度测量通过绞车编码器18、信号线、数显仪表、ARM804串口卡传到上位机11；压力传感测量通过悬重压力传感器19、信号线、4-20毫安转换模块传到上位机11。

上位机11内设有力控组态软件（力控Forcecontrol 6.1）和报警喇叭。靶式泥浆流量计15为RXDC动差式智能流量计，出口明渠流量计16为KDAR-5F超声波明渠流量计。整套系统采用了UPS、220V稳压电源和24V直流电源。

如图2和图3所示，连接管道Ⅱ13上采用了堰槽结构，其具体结构为：外管21通过卡子24与管道Ⅱ13垂直连接且相通，外管21内部设有内管22且同轴，内管22的上端设有出口明渠流量计16，内管22的下端与管道Ⅱ13的管壁留有空隙；在泥浆流出的方向上设有堰槽25，堰槽25的下部设有斜体26。

钻井井涌井漏实时监测系统在使用过程中的判断方法及操作方法：

1、四种工况判断：钻进时泥浆泵排量大于零，停泵时延时4分钟，起下钻时利用编码器和悬重传感器配合，根据数值正反的变化作出判断，其余为空井工况。

2、当泥浆出口流量减去泥浆泵排量>20﹪时，延时20S计时。延时20S内则正常，超过则报警，直到泥浆出口流量和泥浆泵排量都小于2m²/ｈ时结束。

3 、钻进时漏失量：泥浆泵排量大于泥浆出口排量20﹪时，延时20S计时；延时20S内则正常，超过则报警。

4 、在一次起下钻过程中，利用电磁流量计和泥浆出口流量计，精确计算出进入（或起出）钻具的体积，精确计算出应该返出（或灌入）的泥浆体积，通过软件计算得出是否则抽吸、井涌及井漏。

5、空井时利用泥浆出口流量计，有泥浆返出就是井涌现象。

出口明渠流量计采用了堰槽结构，当泥浆流经内管22的下端与管道Ⅱ13管壁之间的空隙时，泥浆一部分通过空隙流出，一部分进入到内管22内呈现液面高度，同时在泥浆流出的一侧设有堰槽25，堰槽25的下部设有斜体26，这时可通过出口明渠流量计16将液面高度变化转换成流量变换，最终实现准确测得泥浆的流量变化。

本套监测系统专为避免井喷、井漏等钻井恶性事故而设计，为下一步及时关井赢得宝贵的时间；钻井井涌井漏实时监测系统最大特点就是很好的解决了自动报警、井场噪音、信号干扰、时间漂移、温差、大雾天气、出口蒸汽导致视线不清、野外安装等不利影响。

本套监测系统具有二次开发接口，方便用户日后功能的升级与维护；设置GPRS网络可将井控管理中心和各井队组成专线网络，实现了钻井工程安全监测的自动化和数字化。

Claims

1.一种钻井井涌井漏实时监测系统，包括天车（1）、水龙头及游车（2）、钻杆（3）、绞车（5）、死绳固定器（7）、高压泥浆泵（8）、普通灌浆泵（9）和泥浆循环罐（10），其特征在于：在水龙头及游车（2）和高压泥浆泵（8）的连接管道Ⅰ（12）上设有靶式泥浆流量计（15），在井口（4）与泥浆循环罐（10）的连接管道Ⅱ（13）上设有出口明渠流量计（16），在井筒（6）与普通灌浆泵（9）的连接管道Ⅲ（14）上设有电磁流量计（17），在绞车（5）上设有绞车编码器（18），在死绳固定器（7）上设有悬重压力传感器（19），在泥浆循环罐（10）上设有视频头（20），靶式泥浆流量计（15）、出口明渠流量计（16）、电磁流量计（17）、绞车编码器（18）、悬重压力传感器（19）和视频头（20）分别与上位机（11）通过导线连接。

2.如权利要求1所述的一种钻井井涌井漏实时监测系统，其特征在于：连接管道Ⅱ（13）上采用了堰槽结构，其具体结构为：外管（21）通过卡子（24）与管道Ⅱ（13）垂直连接且相通，外管（21）内部设有内管（22）且同轴，内管（22）的上端设有出口明渠流量计（16），内管（22）的下端与管道Ⅱ（13）的管壁留有空隙；在泥浆流出的方向上设有堰槽（25），堰槽（25）的下部设有斜体（26）。