CN212867529U - 钻井液出口流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种钻井液出口流量测量装置，属于钻井工程技术领域，包括超声波液位传感器，还包括套设于超声波液位传感器探头外的防干扰管，套设于防干扰管外且与防干扰管固定连接的法兰，以及套设于超声波液位传感器顶部的防水罩，法兰与出口管固定连接,防水罩与法兰固定连接。本实用新型克服了现有非接触式测量装置由于钻井液流动时液面波动影响测量稳定性和精度的技术问题，具有不受钻井液流动时液面波动影响、测量结果精准的特点。

Description

钻井液出口流量测量装置

技术领域

本实用新型属于钻井工程技术领域，尤其涉及一种钻井液出口流量测量装置。

背景技术

在钻井工程中，钻井复杂情况的发生会对钻井工程造成巨大的人力、财力损失，严重时甚至会发生人员伤亡等重大事故，快速、安全钻井是钻井界一直研究的重要课题。井涌、井漏是钻井过程中最常遇到的井下复杂情况，如未及时检测及预报，会造成井喷等严重事故发生。出口流量是井涌、井漏检测中最重要的参数之一，对早期井涌、井漏的检测有着十分重要的意义。

目前，钻井液出口流量的测量方法主要采用钻井液出口管液面高度的方法，测量方式分为接触式、非接触式和测量短节三种。接触式测量方式主要使用挡板流量计，安装于钻井液出口管上，其特征在于装置简单，但测量精度不高，钻井液粘附于挡板后会影响测量精度；非接触式测量方式通常采用超声波液位传感器或雷达传感器，安装于钻井液出口管上或钻井液缓冲罐上，其特征在于测量精度较高，但安装于钻井液出口管上干扰严重，测量稳定性较差，安装于缓冲罐上由于缓冲罐液面面积较大，液面波动会引起较大误差。测短节对现场设备改动较大，一般现场未使用。

上述测量方法中，通过在钻井液出口管中测量钻井液出口流量是最直接、最快速的方法，然而，在非接触式测量方法中，无论是超声波液位传感器还是雷达液位传感器，都存在由于钻井液流动时液面波动产生的反射波发散，并通过管壁反射或多次反射后到达传感器探头的反射波，从而影响测量的稳定性和精度。

发明内容

本实用新型针对上述的非接触式测量装置由于钻井液流动时液面波动影响测量稳定性和精度的技术问题，提出一种具有不受钻井液流动时液面波动影响、测量结果精准的钻井液出口流量测量装置。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型提供一种钻井液出口流量测量装置，包括超声波液位传感器，还包括套设于所述超声波液位传感器探头外的防干扰管，套设于所述防干扰管外且与所述防干扰管固定连接的法兰，以及套设于所述超声波液位传感器顶部的防水罩，所述法兰与出口管固定连接,所述防水罩与所述法兰固定连接。

作为优选，还包括用于安装所述超声波液位传感器的安装杯，所述安装杯与所述法兰固定连接。

作为优选，所述超声波液位传感器与所述安装杯通过螺栓连接，所述超声波液位传感器垂直于钻井液液面。

作为优选，所述超声波液位传感器探头距离所述钻井液液面400mm。

作为优选，所述防干扰管底部位于钻井液液面上方。

作为优选，所述防干扰管底部位于钻井液内。

作为优选，所述防干扰管为圆筒形、方形或者长方形中的任意一种。

作为优选，所述法兰与所述出口管焊接。

作为优选，所述防水罩与所述法兰通过螺栓连接。

作为优选，所述安装杯与所述法兰通过螺栓连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点和有益效果在于：

本实用新型提供一种钻井液出口流量测量装置，具有不受钻井液流动时液面波动影响、测量结果精准的特点。

附图说明

图1为本实用新型钻井液出口流量测量装置的结构示意图；

图2为本实用新型钻井液出口流量测量装置的安装结构示意图；

图3为本实用新型钻井液出口流量测量装置测量原理图；

图4为现有将传感器直接安装于出口管的钻井液出口流量测量装置测量原理图；

图5为现有将传感器安装于缓冲罐的钻井液出口流量测量装置测量原理图；

图6为液面在出口管内下半部分示意图；

图7为液面在出口管内上半部分示意图；

以上各图中：1、超声波液位传感器；2、防干扰管；3、法兰；4、安装杯；5、螺栓；6、出口管；7、防水罩。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例：如图1、2所示，本实施例列举了一种钻井液出口流量测量装置，包括超声波液位传感器1，还包括套设于超声波液位传感器1探头外的防干扰管2，套设于防干扰管2外且与防干扰管2固定连接的法兰3，以及套设于超声波液位传感器1顶部的防水罩7，法兰3与出口管6固定连接，防水罩7与法兰3固定连接。本钻井液出口流量测量装置通过测量钻井液流动液面高度而计算出口流量，具体的，超声波液位传感器1安装于上部，在电子原件控制下，超声波液位传感器1探头向被测液面发射一束超声波脉冲，声波被液面反射，部分反射回波被探头接收并转换为电信号，从超声波发射到被重新接收，其时间与探头至被测液面的距离成正比，根据时间与超声波速度可计算出距离。本实施例限定了在超声波液位传感器1探头外套设防干扰管2，如图3所示，超声波液位传感器1发送的超声波到达液面后，会向不同方向反射，通过出口管6管壁折射后的超声波会被防干扰管2隔离，避免其到达超声波液位传感器1，从而不会被超声波液位传感器1接收到；而从液面垂直反射的超声波可以从出口管6内到达超声波液位传感器1而被超声波液位传感器1接收，通过超声波发射到接收所用的时间及超声波速度可计算出液面高度，这是正确的反射信号，从而屏蔽了反射到出口管6内壁又折射到超声波液位传感器1的错误信号，达到准确测量钻井液液位高度的目的；如图4所示，现有将传感器直接安装于出口管6的钻井液出口流量测量装置测量在测量时，由于钻井液在出口管6内快速流动，液面会形成波浪，反射波会向不同方向反射，有些反射波可能会垂直反射直接到达传感器，由传感器接收，得到正确的液位信号；有的会向其它方向反射，经过出口管6管壁折射后到达传感器，这样就会得到错误的液位信号，从而造成测得的液位高度产生较大的波动，使得测量结果不准；如图5所示，现有将传感器安装于缓冲罐的钻井液出口流量测量装置测量时，缓冲罐不存在干扰的问题，勿需加防干扰管2，具体的，缓冲罐由于液面较大，顶部也未密闭，在液面波动的情况下，同样传感器发射到液面的超声波亦会向不同方向反射，但由于反射到其它方向的超声波没有固体界面的阻挡，不会折射到传感器，只有垂直反射的超声波能够到达传感器，因此可以准确地测量到液位高度。然而，在缓冲罐上测量尽管能准确测量液位高度，但无法准确换算成钻井液出口流量，原因如下：一方面，缓冲罐面积较大，液面的波动会造成较大误差，而缓冲罐的面积是不能改变的；另一方面，缓冲罐液面是相对平稳的，一端接钻井液出口管6，一端通过管道流出到振动筛，其出口流量和入口流量基本平衡，对于流量变化较大会有所反应，对于较小的流量变化基本无反应或反应不明显，而在钻井过程中，对出口流量的监测主要目的就是要监测较小的流量变化才有意义，可以及早地发现溢流或井漏，为现场处理争取到更多的时间，以免造成严重的后果，因此，将传感器安装于缓冲罐的钻井液出口流量测量装置无法及早地发现溢流或井漏。进一步的，对于钻井液出口流量的测量，钻井液出口管6的结构是不能改变的，钻井液流到所产生的波动也无法消除，本实施例列举的钻井液出口流量测量装置在不改变原有结构的基础上实现了钻井液出口流量的准确测量，对于较小的流量变化也能迅速进行反应，可以及早地发现溢流或井漏，为现场处理争取到更多的时间，以免造成严重的后果。需要说明的是，防干扰管2的尺寸须大于传感器的直径，小于安装法兰3的内径。一般防干扰管2的尺寸为75-100mm，不能低于75mm。

为了保证超声波液位传感器1安装的稳固性，还包括用于安装超声波液位传感器1的安装杯4，安装杯4与法兰3固定连接。

为了保证测量的准确性，超声波液位传感器1与安装杯4通过螺栓5连接，超声波液位传感器1垂直于钻井液液面。本实施例限定了超声波液位传感器1与安装杯4通过螺栓5连接，可以通过螺栓5调整超声波液位传感器1的角度，保证超声波液位传感器1垂直于钻井液液面。

为了保证超声波液位传感器1不被钻井液淹没而造成传感器失效，超声波液位传感器1探头距离钻井液液面400mm。

为了保证不影响出口管6内钻井液的流动状态，防干扰管2底部位于钻井液液面上方。

为了保证防干扰效果，防干扰管2底部位于钻井液内。

进一步的，防干扰管2为圆筒形、方形或者长方形中的任意一种。优选的，为利于加工方便，防干扰管2设计成圆筒形，直径设计为89mm，不锈钢材质。

为了保证连接的紧固性，法兰3与出口管6焊接。

为了保证连接的灵活性，防水罩7与法兰3通过螺栓5连接。

进一步的，安装杯4与法兰3通过螺栓5连接。

以上钻井液出口流量测量装置测量流量的过程为：

超声波液位传感器1发送的超声波到达液面后，会向不同方向反射，通过出口管6管壁折射后的超声波会被防干扰管2隔离，避免其到达超声波液位传感器1，从而不会被超声波液位传感器1接收到；而从液面垂直反射的超声波可以从出口管6内到达超声波液位传感器1而被超声波液位传感器1接收，通过超声波发射到接收所用的时间及超声波速度可计算出液面高度，这是正确的反射信号，从而屏蔽了反射到出口管6内壁又折射到超声波液位传感器1的错误信号，达到准确测量钻井液液位高度的目的。

测量到出口管内液位高度h后，根据钻井液出口管半径R，由平面几何关系，可计算出钻井液出口管内钻井液横截面面积S：

计算横截面积S分两种情况：

1)液面在出口管内下半部分(如图6所示)：

其中

单位为弧度

2)液面在出口管内上半部分(如图7所示)：

其中

单位为弧度

式中：

S-出口管内钻井液横截面积，m²

R-钻井液出口管内径，可测量获得,m

h-出口管内钻井液液面高度,m

π-圆周率

根据出口管内钻井液截面积S和出口管内钻井液流速V，可计算出出口管内钻井液流量Q：

Q＝S×V

式中：

Q-出口钻井液流量，m³/s

S-出口管内钻井液黄截面积，m²

V-出口管内钻井液流速,m/s

其中，出口管内钻井液流速V可有两种方式获得，一种是用流速仪测量，另一种是用入口钻井液流量进行标定。由于钻井液出口为多相流，且有腐蚀性和较大粘度，用流速仪测量会有较大误差，本案采用入口流量标定的方法确定流速，效果较好。

Claims (10)

1.一种钻井液出口流量测量装置，包括超声波液位传感器(1)，其特征在于：还包括套设于所述超声波液位传感器(1)探头外的防干扰管(2)，套设于所述防干扰管(2)外且与所述防干扰管(2)固定连接的法兰(3)，以及套设于所述超声波液位传感器(1)顶部的防水罩(7)，所述法兰(3)与出口管(6)固定连接,所述防水罩(7)与所述法兰(3)固定连接。

2.根据权利要求1所述的钻井液出口流量测量装置，其特征在于：还包括用于安装所述超声波液位传感器(1)的安装杯(4)，所述安装杯(4)与所述法兰(3)固定连接。

3.根据权利要求2所述的钻井液出口流量测量装置，其特征在于：所述超声波液位传感器(1)与所述安装杯(4)通过螺栓(5)连接，所述超声波液位传感器(1)垂直于钻井液液面。

4.根据权利要求3所述的钻井液出口流量测量装置，其特征在于：所述超声波液位传感器(1)探头距离所述钻井液液面400mm。

5.根据权利要求1所述的钻井液出口流量测量装置，其特征在于：所述防干扰管(2)底部位于钻井液液面上方。

6.根据权利要求1所述的钻井液出口流量测量装置，其特征在于：所述防干扰管(2)底部位于钻井液内。

7.根据权利要求1所述的钻井液出口流量测量装置，其特征在于：所述防干扰管(2)为圆筒形、方形或者长方形中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的钻井液出口流量测量装置，其特征在于：所述法兰(3)与所述出口管(6)焊接。

9.根据权利要求3所述的钻井液出口流量测量装置，其特征在于：所述防水罩(7)与所述法兰(3)通过螺栓(5)连接。

10.根据权利要求3所述的钻井液出口流量测量装置，其特征在于：所述安装杯(4)与所述法兰(3)通过螺栓(5)连接。

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