CN202673273U - 用于钻井筒中返出固相颗粒质量流量的检测系统 - Google Patents
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Abstract
用于钻井筒中返出固相颗粒质量流量的检测系统，包括测量管路、超声波测量组件、冲击检测组件、超声信号收集仪、冲击信号收集仪和计算机处理单元，超声波测量组件通过超声信号收集仪与计算机处理单元相连，冲击检测组件通过冲击信号收集仪与计算机处理单元相连。超声波测量组件紧贴在测量管路的外壁上，冲击检测组件通过连接部件与测量管路相连。超声波测量组件位于冲击检测组件的前方，且超声波测量组件与冲击检测组件的中心轴间距为5～10倍管径。本实用新型同时采用了超声波检测组件和冲击检测组件，可以同时得到钻井筒中流体流量和固相颗粒的质量信息，从而实现了钻井筒中返出固相颗粒的质量流量的在线检测，为现场施工提供有利参考。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种固相颗粒计量的检测系统，尤其是钻井筒中返出固相颗粒质量流量的检测系统。
背景技术
随着钻井工艺技术水平的提高和提高单井产能的需要，大斜度定向井及大位移水平井占总钻井工作量的比例越来越高。基于大位移水平井可以最大限度的揭露储层，在老油田的增储上产、稠油储层、低渗储层以及施工环境受限井位等情况下，这种施工工艺已近逐渐成为整个钻井工程不可缺少的组成部分。实践表明，采用大位移井钻井工艺能够有效提高特定储层的开发效率，大幅度降低建井和完井成本。但由于钻井的斜度和位移大，大大增加了岩屑等固相颗粒携带、运移的难度，影响了钻屑等固相颗粒的及时清理，给正常的钻井及完井作业造成钻速低、起下钻摩阻大、加不上钻压等困难，甚至会造成卡钻、卡电缆等故障。如果能有效检测到钻井返出流体中钻屑等固相颗粒的质量流量，将有助于解决钻井过程中及时清理钻屑等固相颗粒的难题。
流体撞击或摩擦固体表面、固相颗粒之间撞击或固相颗粒撞击固体表面时都可以激发弹性波，这个过程中既含有流体撞击产生的连续型声发射源，也有固体颗粒撞击产生的突发型声发射源。固体颗粒的质量信息可以通过冲击振动信号来检测，专利申请号为201020276657.8的专利“一种用于油气井出砂监测的高频信号感受装置”公开了一种用于油气井出砂监测的高频信号感受装置，该装置就是采用固体颗粒的冲击振动信号检测油气井中出砂的质量信息。但是，该装置的喷嘴为喇叭状，仅适用于颗粒较为细小的砂粒，当流体中的固相颗粒尺寸较大时，极易阻塞该喷嘴造成故障。流量的检测目前有两种手段，即采用多普勒流量计和单一利用声发射技术来检测流量，但二者都存在一定的问题：(1)多普勒流量计可以检测含有一定固体颗粒或气泡的流体，但在现场钻井条件下，由于岩屑颗粒的不规则性和钻井液流态的不稳定性，极大影响了流量检测的精度；(2)单一利用声发射技术测量岩屑流量的机理尚不成熟，计量误差大，难以推广使用。
实用新型内容
针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种能精确检测钻井返出固相颗粒的质量流量的检测系统。
本实用新型的技术方案是：用于钻井筒中固相颗粒质量流量的检测系统，包括测量管路、超声波测量组件、冲击检测组件、超声信号收集仪、冲击信号收集仪和计算机处理单元，超声波测量组件通过超声信号收集仪与计算机处理单元相连，冲击检测组件通过冲击信号收集仪与计算机处理单元相连。
优选的是，所述超声波测量组件紧贴在测量管路的外壁上，所述冲击检测组件通过连接部件与测量管路相连。
优选的是，所述超声波测量组件位于冲击检测组件的前方，且超声波测量组件与冲击检测组件的中心轴间距为5～10倍管径。
优选的是，所述超声波测量组件包括超声波传感器，所述测量管路的管轴线上设有组件槽，超声波传感器卡放在组件槽上的槽位内，所述超声波传感器对称分布在测量管路的两侧。
优选的是，所述组件槽上的槽位至少有一组，所述槽位均匀分布在组件槽上。
优选的是，所述组件槽上设有四个槽位，每个槽位中固定一个超声波检测器，所述超声波传感器通过螺纹固定在组件槽的槽位内。
优选的是，所述超声波检测器具备独立的发射电路和接收电路，所有的超声波传感器实现信号的同步发射及接收。
优选的是，所述超声波传感器包括传感器壳体、声楔、匹配元件和压电晶片，传感器壳体内填充有硅胶。
优选的是，所述冲击检测组件包括高压保护罩和固定在高压保护罩内的喷嘴、冲击感受鼓膜以及振动传感器，所述喷嘴的小孔径开口面向冲击感受鼓膜，冲击感受鼓膜背向喷嘴的一侧与振动传感器紧密粘结，所述喷嘴为流线型弧状。
优选的是，所述的计算机处理单元包括流量测量模块、冲击检测模块和数据耦合模块，所述流量测量模块与超声信号采集仪相连，所述冲击检测模块与冲击信号采集仪相连，所述数据耦合模块与流量测量模块、冲击检测模块分别连接。
本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型同时采用了超声波检测组件和冲击检测组件，结合信号采集仪和计算机处理单元，可以同时得到钻井筒中流体流量和固相颗粒的质量信息，从而实现了钻井筒中返出固相颗粒的质量流量的在线检测。
(2)本实用新型所述的超声波测量组件包括多个超声波传感器，可以对在线流量进行大量、反复测量，且这些超声波传感器对称分布在测量管路管轴线的两侧，可以最大限度的消除误差，提高液流流量的测量精度。
(3)本实用新型采用自行研发并改进的冲击检测组件，所述的冲击检测组件采用了流线型弧状的喷嘴，有利于增大钻井液的速度和冲击力，又避免了固相颗粒在喷嘴的小口径处阻塞；冲击检测组件可以有效、准确的提取固相颗粒的质量信息。
(4)本实用新型所述的计算机处理单元包括流量测量模块、冲击检测模块和数据耦合模块，流量测量模块和冲击检测模块处理后的信息将同步传输至数据耦合模块，所述耦合模块能在线检测钻井筒中返出固相颗粒的质量流量，为现场施工提供有利参考。
附图说明
图1是本实用新型的示意图；
图2是超声波测量组件的剖面结构示意图；
图3是冲击检测组件的剖面结构示意图；
图4是超声波传感器的剖面结构示意图；
图5是计算机处理单元的模块组成示意图。
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。
用于钻井筒中返出固相颗粒质量流量的检测系统，包括测量管路3、超声波测量组件2、冲击检测组件5、超声信号收集仪6、冲击信号收集仪8和计算机处理单元10，超声波测量组件2通过超声信号收集仪6与计算机处理单元7相连，冲击检测组件5通过冲击信号收集仪8与计算机处理单元7相连，钻井筒返出流体从所述测量管路3的进口1流入，出口4流出。所述超声波测量组件2紧贴在测量管路3的外壁上，所述冲击检测组件5通过连接部件12与测量管路3相连。所述超声波测量组件2位于冲击检测组件5的前方，且超声波测量组件2与冲击检测组件5的中心轴间距为5～10倍的测量管路3的管径。
所述超声波测量组件2包括四个超声波传感器11，所述超声波传感器11通过螺纹固定在组件槽10的四个槽位9里；所述超声波传感器11对称分布在测量管路3的管轴线的两侧，且分别与测量管路3的管轴线成相等的角度。所述超声波测量组件2的超声波传感器11具备独立的发射电路和接收电路，且所有传感器实现同步发射及接收产生波信号。所述超声波传感器11包括壳体17、声楔19、匹配元件18和压电晶片20，壳体17内填充有硅胶21。加入声楔19后，流体流速与流体中的声速无关，而与声楔19中的声速有关，由于声楔19为固体，声速在固体中的温度系数比在液体中小了一个数量级，从而大大增加了超声波传感器的计量精度。
所述冲击检测组件5包括高压保护罩13和固定在高压保护罩13内的喷嘴16、冲击感受鼓膜15以及振动传感器14。所述喷嘴16的小孔径开口面向冲击感受鼓膜15，有利于增大钻井液的速度和冲击力。所述冲击感受鼓膜15是一块圆形不锈钢波纹片，增强了其对岩屑冲击的感受效果。振动传感器14与冲击感受鼓膜15背向喷嘴16的一侧紧密粘结，以感受钻井液中固相颗粒对冲击感受鼓膜15的冲击信号，并将信号通过信号电缆将信号传输给冲击信号收集仪8。所述喷嘴16为流线型弧状，有利于增大钻井液的速度和冲击力，又避免了固相颗粒在喷嘴的小口径处阻塞。高压保护罩13可以防止管路内流体高压击穿冲击感受鼓膜15而造成的安全隐患。
所述计算机处理单元7包括初始化模块、功能选择模块、参数设置模块、数据采集模块、数据筛查模块、数据耦合模块、存储模块和显示模块。所述数据采集模块包括流量测量模块和冲击检测模块，所述流量检测模块分为控制模块、分析模块和计时模块，所述冲击检测模块分为滤波模块、分析模块和计算模块。所述流量测量模块与超声信号采集仪6相连，所述冲击检测模块与冲击信号采集仪8相连，所述数据耦合模块通过数据筛查模块与流量测量模块、冲击检测模块分别连接。
上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
Claims (7)
1.用于钻井筒中返出固相颗粒质量流量的检测系统，其特征在于：包括测量管路(3)、位于测量管路(3)上的超声波测量组件(2)和冲击检测组件(5)、超声信号收集仪(6)、冲击信号收集仪(8)以及计算机处理单元(7)，超声波测量组件(2)通过超声信号收集仪(6)与计算机处理单元(7)相连，冲击检测组件(5)通过冲击信号收集仪(8)与计算机处理单元(7)相连。
2.根据权利要求1所述的用于钻井筒中返出固相颗粒质量流量的检测系统，其特征在于：所述超声波测量组件(2)紧贴在测量管路(3)的外壁上，所述冲击检测组件(5)通过连接部件(12)与测量管路(3)相连。
3.根据权利要求1所述的用于钻井筒中返出固相颗粒质量流量的检测系统，其特征在于：所述超声波测量组件(2)位于冲击检测组件(5)的前方，且超声波测量组件(2)与冲击检测组件(5)的中心轴间距为5～10倍管径。
4.根据权利要求1所述的用于钻井筒中返出固相颗粒质量流量的检测系统，其特征在于：所述超声波测量组件(2)包括超声波传感器(11)，所述测量管路(3)的管轴线上设置有组件槽(10)，超声波传感器(11)卡放在组件槽(10)上的槽位(9)内，所述超声波传感器(11)对称分布在测量管路(3)的两侧。
5.根据权利要求4所述的用于钻井筒中返出固相颗粒质量流量的检测系统，其特征在于：所述组件槽(10)上的槽位(9)至少有一组，所述槽位(9)均匀分布在组件槽(10)上，每个槽位(9)中固定一个超声波检测器(11)，所述超声波传感器(11)通过螺纹固定在组件槽的槽位(9)内。
6.根据权利要求1所述的用于钻井筒中返出固相颗粒质量流量的检测系统，其特征在于：所述冲击检测组件(5)包括高压保护罩(13)和固定在高压保护罩(13)内的喷嘴(16)、冲击感受鼓膜(15)以及振动传感器(14)，所述喷嘴(16)的小孔径开口面向冲击感受鼓膜(15)，冲击感受鼓膜(15)背向喷嘴(16)的一侧与振动传感器(14)紧密粘结，所述喷嘴(16)为流线型弧状。
7.根据权利要求1所述的用于钻井筒中返出固相颗粒质量流量的检测系统，其特征在于：所述的计算机处理单元(7)包括流量测量模块、冲击检测模块和数据耦合模块，所述流量测量模块与超声信号采集仪相连，所述冲击检测模块与冲击信号采集仪相连，所述数据耦合模块与流量测量模块、冲击检测模块分别连接。
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