CN202596618U - 连通管式钻井液返出流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及的是连通管式钻井液返出流量测量装置，这种连通管式钻井液返出流量测量装置由光学液位传感器、L型连通管、喇叭管、连通管托架、信号调理与预处理装置、数据采集单元、客户端计算机、声光报警装置组成，喇叭管管线加装L型连通管，L型连通管与喇叭管共同构成连通器；L型连通管开窗口垂向位置位于喇叭管管线法兰盘与返出管线下缘之间，光学液位传感器安装在L型连通管托架上；光学液位传感器、信号调理与预处理装置、数据采集单元、客户端计算机、声光报警装置依次连接。本实用新型预警时间早，检测精度高，能够给钻井现场工作人员更充裕的时间关井，有效地预防井喷事故发生。

Description

连通管式钻井液返出流量测量装置

一、    技术领域：

本实用新型涉及的是在石油天然气钻井随钻检测领域中溢流快速识别技术，具体涉及的是连通管式钻井液返出流量测量装置。

二、     背景技术：

石油天然气资源钻井过程中如果地层压力大于井内钻井液压力将会出现地层流体侵入井眼的现象，称为溢流，如果处理不当将会导致井喷甚至失去控制，造成恶性安全事故。预防井喷的关键是及时发现溢流，溢流发现越早，溢流量越小，处理溢流的难度也越小，发生井喷的概率就越低，这就要求钻井现场溢流检测装置做出快速准确的预警，及时关井，重新建立压力平衡。

与溢流检测相关的井口防喷装备通常由防喷器、喇叭管（溢流管）、喇叭管开窗（返出口）、钻井液返出管线（海洋钻井平台亦称高架槽）和钻井液池构成。

钻井现场普遍应用的溢流检测方法是钻井液池液位检测方法，该方法通过观察或测量钻井液池内液面高度变化来估计钻井液总量增减，判断是否有地层流体侵入。但该方法有以下问题，一是在较小溢流量时，因钻井液池底面积较大，液面高度变化不明显。二是侵入的流体需流经返出管线后到钻井池积累，体积积累效应导致报警延迟。另外为保证钻井液在池内不发生沉淀，需应用搅拌器，搅拌器旋转导致池内液面波动，严重影响测量精度和溢流预警时间。

另一种精度较高的溢流检测方法是流量差法，该方法分别测量泵入井内和返出的钻井液流量，并依据其差值判断溢流或井漏，泵入井内的钻井液流量可以通过泵冲计数器较精确的获得，但在井口处测量返出流量却非常困难，原因是喇叭管返出口存在自由液面（非有压管路）和方钻杆旋转等因素影响，该方法无法在常规钻机上普及，仅有少数具备全封闭钻井液循环系统的钻机（如控压钻井系统）才能实现流量差法溢流检测。

三、发明内容：

本实用新型的目的是提供连通管式钻井液返出流量测量装置，它用于解决现有钻井液返出流量无法在井口位置实现精确测量的问题，在常规钻机上实现流量差法溢流快速识别。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：这种连通管式钻井液返出流量测量装置由光学液位传感器、L型连通管、喇叭管、连通管托架、信号调理与预处理装置、数据采集单元、客户端计算机、声光报警装置组成，喇叭管管线加装L型连通管，L型连通管与喇叭管共同构成连通器；L型连通管开窗口垂向位置位于喇叭管管线法兰盘与返出管线下缘之间，光学液位传感器安装在L型连通管托架上；光学液位传感器、信号调理与预处理装置、数据采集单元、客户端计算机、声光报警装置依次连接。

上述方案中L型连通管开窗口垂向位置靠近法兰盘处，以避免受到喇叭管内方钻杆旋转影响。

上述方案中L型连通管与喇叭管之间设置返流管，返流管与L型连通管的夹角在0°到45°之间，返流管在喇叭管上开窗口垂向位置位于返出管线上缘之上，当流量过大时，L型连通管内液体将从返流管返流回喇叭管内，避免钻井液冲向光学液位传感器，损坏仪器。

有益效果：

1．本实用新型在井队现有井口装置上进行改进，在喇叭管上加装L型连通管，与喇叭管形成连通器。通过测量L型连通管内液位高度间接非接触式测量钻井液返出流量，与钻井液池液位检测法相比预警时间大幅度提前，检测精度大幅提高，能够给钻井现场工作人员更充裕的时间关井，有效地预防井喷事故发生，该实用新型实时检测溢流的同时亦可监测钻进过程中井漏是否发生。

2．本实用新型将L型连通管液位测量与钻井液返出流量结合起来，通过实时测量L型连通管液位变化就可以实时监测泵入和返出的钻井液流量差，准确早期地判断是否发生溢流，是突破目前溢流快速识别瓶颈的一项重大的技术探索。

3．本实用新型应用的L型连通管方案解决了因起下钻柱与测量仪器防碰问题。

4．通过L型连通管液位测量钻井液返出流量，解决了方钻杆或钻杆旋转引起自由液面波动而影响返出流量测量精度的问题。

5．本实用新型选用的光学液位传感器安装在带有反流管结构的L型连通管顶端，连续测量L型连通管内液位高度，不与钻井液接触，即使流量变化较大也不会造成钻井液冲蚀仪器，影响测量精度。

四、附图说明：

图1是本实用新型测量装置示意图；

图2是 L型连通管开窗口周向方位角度俯视示意图。

1防喷器； 3 L型连通管开窗口；4 L型连通管；5 L型连通管内液位；6返流管开窗口；7返流管；8 L型连通管托架；9光学液位传感器；10方钻杆；11喇叭管；12喇叭管法兰盘；13喇叭管返出管线；14返出管线与喇叭管交线；15信号调理与预处理装置；16数据采集单元；17客户端计算机；18声光报警灯；19返出管线中心线；20 L型连通管开窗口周向方位角。

五、具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

如图1所示，这种连通管式钻井液返出流量测量装置由光学液位传感器9、L型连通管4、喇叭管11、L型连通管托架8、信号调理与预处理装置15、数据采集单元16、客户端计算机17、声光报警装置组成，目前，在石油钻井现场钻井液敞开式循环时，返出流量测量多为在井口处设置喇叭管11和环形防喷器1，喇叭管11和环形防喷器1在钻台平面下面，方钻杆10从喇叭管11穿出，喇叭管11处连接矩形槽，通过观察或测量矩形槽内液面高度变化来估计液体总量增减，判断是否有地层流体侵入。本实用新型与此不同，本实用新型在喇叭管11管线处加装L型连通管4，使喇叭管11与L型连通管4共同构成连通器，通过实时检测L型连通管内液位5高度得到钻井液返出流量，即将L型连通管4焊接在喇叭管11管线上，L型连通管开窗口3垂向位置位于喇叭管管线法兰盘12与返出管线13下缘之间，应尽可能靠近法兰盘12；结合图2所示，L型连通管开窗口3周向方位位于：以返出管线13与喇叭管11管线的交线为始端，逆时针旋转至返出管线中心线19的延长线之间的区域，即返出管线中心线19的反向延长线与返出管线13与喇叭管11管线的交线处之间的区域，该区间的最大夹角为L型连通管开窗口周向方位角20，L型连通管4可以任意设置在这个区间内，高精度光学液位传感器9安装在L型连通管托架8上；信号调理与预处理装置15、数字信号传输总线、数据采集单元16、客户端计算机17按照公知技术连接，声光报警装置为声光报警灯18。本实用新型中L型连通管4与喇叭管11之间设置返流管7，返流管7与L型连通管4的夹角在0°到45°之间，可避免钻井液冲向光学液位传感器9，损坏仪器。

本实用新型的安装及工作过程：在喇叭管11靠近法兰盘12位置开窗打圆形孔，车丝扣，加装竖直小直径L型钢管连通管，与喇叭管11形成连通器，L型连通管4在喇叭管上开窗口轴向位置位于喇叭管法兰盘12与返出管线13下缘之间，应尽可能靠近法兰盘12；再将高精度光学液位传感器9安装在L型连通管托架8处。安装后，高精度光学液位传感器9实时测量液面高度等辅助变量，输出模拟辅助变量信号至信号调理与预处理装置15，对模拟辅助变量信号进行放大、隔绝、滤波、运算等预处理，经信号调理与预处理装置15处理后输出数字辅助变量信号。数据采集单元16通过总线连接实时采集数字辅助变量信号，并通过客户端计算机17接口输入辅助变量数据至客户端计算机17。辅助变量数据经客户端计算机17计算得到钻井液返出流量Q值，最后客户端计算机17依据Q值是否达到报警上限执行是否启动声光报警灯18。

Claims (3)

1.一种连通管式钻井液返出流量测量装置，其特征在于：这种连通管式钻井液返出流量测量装置由光学液位传感器（9）、L型连通管（4）、喇叭管（11）、连通管托架（8）、信号调理与预处理装置（15）、数据采集单元（16）、客户端计算机（17）、声光报警装置组成，喇叭管（11）管线加装L型连通管（4），L型连通管（4）与喇叭管（11）共同构成连通器；L型连通管开窗口（3）垂向位置位于喇叭管管线法兰盘（12）与返出管线（13）下缘之间，光学液位传感器（9）安装在L型连通管托架（8）上，光学液位传感器（9）、信号调理与预处理装置（15）、数据采集单元（16）、客户端计算机（17）、声光报警装置依次连接。

2.根据权利要求1所述的连通管式钻井液返出流量测量装置，其特征在于：所述的L型连通管开窗口（3）垂向位置靠近法兰盘（12）处。

3.根据权利要求2所述的连通管式钻井液返出流量测量装置，其特征在于：所述的L型连通管（4）与喇叭管（11）之间设置返流管（7），返流管（7）与L型连通管（4）的夹角在0°到45°之间，返流管（7）在喇叭管上开窗口垂向位置位于返出管线（13）上缘之上。

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