CN214697827U - 一种用于固井作业的固井下套管溢漏监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于固井作业的固井下套管溢漏监测系统，包括井筒、套管、钻井平台游车、钻井平台天车、钻井平台大钩以及绞车，绞车通过钢绳连接钻井平台天车，钻井平台天车通过钢绳连接钻井平台游车，所述钻井平台游车连接钻井平台大钩，钻井平台大钩连接套管；还包括计量罐、液位传感器和死绳固定器；井筒上部与计量罐之间设置排浆管线，排浆管线用于将井筒内的泥浆排入计量罐中；液位传感器布置在计量罐上，液位传感器用于采集计量罐的液位数据；死绳固定器通过钢绳连接所述钻井平台天车。本实用新型克服了传统需要人工收集泥浆、人工计量的缺陷，提高了监测效率和监测精度。通过液位数据获取计量罐内的泥浆体积及泥浆体积的变化量。

Description

一种用于固井作业的固井下套管溢漏监测系统

技术领域

本实用新型属于钻井监测技术领域，具体涉及一种用于固井作业的固井下套管溢漏监测系统。

背景技术

在油气田固井下套管作业中，井喷是具有灾难性的事故之一，而井喷的主要原因在于井筒内的液柱压力不能平衡地层压力，进而导致地层流体进入井内，轻则溢流，重则井喷。所以为了平衡地层压力，井筒内必须保持足够的泥浆液柱压力。为了保持足够的泥浆液柱压力，通常的做法是监测井筒内的液柱变化情况，及时发现溢流或漏失，从而保障钻井作业的安全。

目前，固井下套管常用监测方式是每下一定长度的套管，人工计算理论排浆量，人工计算实际排浆量，计算排浆差值，判断井筒地下工况。但是目前还没有一套下套管溢漏监测系统能够对溢漏泥浆进行收集监测，还是依靠人工采集，使用过程十分不便，监测效率较低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种为了解决现有固井作业过程中所存在的需要人工收集泥浆的技术问题，提供监测效率。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种用于固井作业的固井下套管溢漏监测系统，包括井筒、套管、钻井平台游车、钻井平台天车、钻井平台大钩以及绞车，绞车通过钢绳连接钻井平台天车，钻井平台天车通过钢绳连接钻井平台游车，所述钻井平台游车连接钻井平台大钩，钻井平台大钩连接套管；还包括计量罐、液位传感器和死绳固定器；

井筒上部与计量罐之间设置排浆管线，排浆管线用于将井筒内的泥浆排入计量罐中；液位传感器布置在计量罐上，液位传感器用于采集计量罐的液位数据；死绳固定器通过钢绳连接所述钻井平台天车。

作为优选方式，本实用新型还包括计数器，计数器布置在所述绞车上，计数器用于监测绞车转动圈数。

作为优选方式，计数器为绞车编码器。

作为优选方式，死绳固定器上设置有负载液压池，负载液压池上布置悬重传感器。

作为优选方式，本实用新型还包括PLC可编程逻辑控制器，悬重传感器与PLC可编程逻辑控制器连接。

作为优选方式，本实用新型还包括PLC可编程逻辑控制器，液位传感器与PLC可编程逻辑控制器连接。

作为优选方式，PLC可编程逻辑控制器设置在信号采集控制箱内。

作为优选方式，本实用新型还包括人机交互设备，人机交互设备与PLC可编程逻辑控制器相连。

作为优选方式，人机交互设备包括电脑或者触摸屏。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型井筒上部与计量罐之间设置排浆管线，井筒上升的泥浆直接进入计量罐进行计量，克服了传统需要人工收集泥浆、人工计量的缺陷，提高了监测效率和监测精度。

(2)本实用新型还设置有液位传感器，可以采集计量罐的液位数据，通过液位数据可以很方便获取计量罐内的泥浆体积(体积＝计量罐长*计量罐宽*液位高)，由于计量罐内的泥浆体积与液位高度成正比，可以快速计算出泥浆体积以及泥浆体积的变化量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型提供的固井下套管溢漏监测智能预警系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的排浆管线连接示意图；

图3是本实用新型提供PLC可编程逻辑控制器接口示意图；

图中，1-井筒，2-钻井平台，3-套管，4-大钩，5-游车，6-钢绳，7-天车，8-死绳固定器，9-负载液压池，10-悬重传感器，11-绞车，12-绞车编码器，13-信号采集控制箱，14-人机交互设备，15-液位传感器，16-计量罐，17-排浆管线，18-缓冲室，701-PLC可编程逻辑控制器。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图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设备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。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，如果含有术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，如果存在第一特征在第二特征之上或之下，可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过本实用新型们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。如果存在第一特征在第二特征之下、下方和下面，包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

如图1所示，一种用于固井作业的固井下套管3溢漏监测系统，包括井筒1、套管3、钻井平台2游车5、钻井平台2天车7、钻井平台2大钩4以及绞车11，绞车11通过钢绳6连接钻井平台2天车7，钻井平台2天车7通过钢绳6连接钻井平台2游车5，所述钻井平台2游车5连接钻井平台2大钩4，钻井平台2大钩4连接套管3；还包括计量罐16、液位传感器15和死绳固定器8；

井筒1上部与计量罐16之间设置排浆管线17，排浆管线17用于将井筒1内的泥浆排入计量罐16中；液位传感器15布置在计量罐16上，液位传感器15用于实时采集计量罐16的液位数据；死绳固定器8通过钢绳6连接所述钻井平台2天车7。

本实施例提供了一种用于固井作业的固井下套管3溢漏监测系统，通过该系统，可以快速实现泥浆的收集和计量，监测效率高。死绳固定器8是用于石油钻井过程中的常见拉力测试器件，本实施例采用死绳固定器8给拉力测试留下了空间，以便工程人员了解拉力情况。

实施例二

目前，固井下套管3常用监测方法是每下一定长度的套管3，人工计算理论排浆量，人工计算实际排浆量，计算排浆差值，判断井筒1地下工况。这种方法还有诸多缺点：(1)要求泥浆坐岗人员必须记住下套管3的数量，人为因素大，容易失误；(2)不能实时计算理论排浆量、实际排浆量、排浆差值，导致不能对井下工况进行及时、精确地判断；(3)泥浆坐岗人员长期处于疲劳状态，容易出现计算出错、不及时等安全隐患。

为了克服需要人工值守、人工计算和不能实时判断井下工况等弊端，本实施例提供一种用于固井作业的固井下套管3溢漏监测系统。

本实施例还包括计数器，计数器布置在所述绞车11上，计数器用于监测绞车11转动圈数。计数器为绞车编码器12，通过绞车编码器12计算出所下每一根套管3的长度(通过转动圈数可以计算所下套管3长度，比如绞车11盘的周长为50mm，转动1圈，表示所下套管3长度为500mm。即所下套管3长度＝转动圈数*绞车11盘周长)，计算出每一根套管3的理论排浆量。通过排浆管线17将固井下套管3时井筒1内挤出的泥浆排至泥浆计量罐16，用于计算固井下每一根套管3的实际排浆量。

死绳固定器8上设置有负载液压池9，负载液压池9上布置悬重传感器10。在本实施例中，悬重传感器10设置在死绳固定器8的负载液压池9的压力传递管路上。死绳一端固定连接并缠绕在死绳固定器8的鼓轮上，死绳固定器8上的鼓轮通过杠杆臂与负载液压池9连接。死绳受到钻具拉力作用后带动鼓轮及杠杆臂转动，进而拉动负载液压池9，在负载液压池9内产生作用力，该作用力经悬重传感器10检测采集(惯用技术，具体参见CN201554444U)。

本实施例还包括PLC可编程逻辑控制器701，悬重传感器10与PLC可编程逻辑控制器701连接。液位传感器15与PLC可编程逻辑控制器701连接。所述液位传感器15电连接所述PLC可编程逻辑控制器701的第一输入端(图3中的X-1)，所述悬重传感器10电连接所述PLC可编程逻辑控制器701的第二输入端(图3中的X-2)，所述绞车编码器12电连接所述PLC可编程逻辑控制器701的第三输入端(图3中的X-3)。

PLC可编程逻辑控制器701设置在信号采集控制箱13内。信号采集控制箱13可以对PLC可编程逻辑控制器701起到保护作用，避免PLC可编程逻辑控制器701受到风吹雨打，保证系统的可靠运行，延长PLC可编程逻辑控制器701使用寿命。

本实施例还包括人机交互设备14，人机交互设备14与PLC可编程逻辑控制器701相连。人机交互设备14用于提供人机交互界面，例如HIM界面(即一种由西门子公司开发的人机界面)，以便实现各种监测数据的输出展示，其包括但不限于电脑或触摸屏等电子设备。

具体的，所述绞车编码器12采用型号为DHYJT-JC的绞车编码器12。

具体的，所述悬重传感器10采用型号为CS20D-S的悬重变送器。

具体的，所述液位传感器15采用型号为JC-1900-5的液位传感器15。

具体的，所述PLC可编程逻辑控制器701采用型号为DVP01HC的PLC器件。

在本实施例提供系统的具体结构中，所述套管3下放过程中，井筒1内的泥浆通过排浆管线17排入计量罐16。其中液位传感器15用于实时采集计量罐16的液位数据，液位传感器15可以但不限于采用型号为JC-1900-5的液位传感器15。计量罐16内的泥浆体积(体积＝计量罐长*计量罐宽*液位高)与其液位高度成比，通过监测液位数据就能计算出其泥浆体积，以及泥浆体积的变化量。

悬重传感器10用于实时监测负载液压池9的压力数据，负载液压池9的压力与天车7大钩4(死绳固定器8通过钢绳6与天车7连接，天车7通过钢绳6与游车5连接，游车5与大钩直接连接)负荷的负载成正比，通过监测压力数据就能计算出大钩4负载。

绞车编码器12用于实时监测绞车11转动圈数，套管3下放高度与绞车11转动圈数成正比，通过监测绞车11转动圈数就能计算出套管3的下放高度(高度＝转动圈数*高度/圈)。本实施例实现下套管3作业时的套管3根数自动计数目的，套管3的下放高度除以每根套管3的高度，即可得到下放套管3根数。

在下套管3的同时，根据所述计量罐16的尺寸参数、来自所述液位传感器15的泥浆液位数据、来自所述悬重传感器10的压力数据(拉力数据)和/或来自所述绞车编码器12的脉冲信号等，对下的每一根套管3的理论排浆量(理论排浆量＝3.14*套管3半径*套管3半径*高度)(套管底有止回阀计算的是圆柱体积)进行计算以及对实际排浆量(实际排浆量＝下套管3前计量罐16体积-下套管3后计量罐16体积)进行计量。

根据实时排浆量(实际排浆量)和套管3的理论灌浆量计算实时排浆差值，然后将该实时排浆差值送至所述人机交互设备14进行输出展示。本实施例能够反应井筒1地下工况，避免出现溢流或井喷现象，保障固井作业施工安全。

实施例三

施工时，难免出现泥浆上流过快的情况，对于这种情况，泥浆有可能直接排除井筒1，造成测量误差。为了解决这一技术问题，本实施例提供了一种改进方案。

如图2所示，在井筒1的顶部设置缓冲室18，缓冲室18是一个容器，可以起到存储和/或缓冲泥浆的作用，排浆管线17设置在缓冲室18的底部，过快冒出的泥浆将直接进入缓冲室18，进而从排浆管线17排出。这一改进避免了排浆管线17不能及时将泥浆排除的问题，使得泥浆能够顺利排入计量罐16，提高了测量的精度。

为了使得本领域技术人员能够更清楚理解本实用新型，本实施例体统了一种系统的工作流程，但本领域技术人员应该知晓，本实用新型不限于以下实施流程。

系统启动后，开始监测绞车11方向和悬重变化，悬重由轻载变为重载时，解卡完成，准备下放，这时的计量罐16液位高度为初始高度。绞车11下行，套管3下放，同时计算下行高度。悬重由重载变成轻载，绞车11上行，座卡完成。通过下行高度计算出套管3的理论排浆量，下一次解卡时(套管3长度一般在10米左右，下完一根后，再连套管3后，再下一根)，计算出实际排浆量，并通过实际排浆量和理论排浆量计算出排浆差值，将排浆差值结果展示在人机交互界面，或者，通过排浆差值判断出井下工况是正常、溢流、漏失，将工况结果展示在人机交互界面。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，应当指出的是，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于固井作业的固井下套管溢漏监测系统，包括井筒、套管、钻井平台游车、钻井平台天车、钻井平台大钩以及绞车，绞车通过钢绳连接钻井平台天车，钻井平台天车通过钢绳连接钻井平台游车，所述钻井平台游车连接钻井平台大钩，钻井平台大钩连接套管；其特征在于：还包括计量罐、液位传感器和死绳固定器；

井筒上部与计量罐之间设置排浆管线，排浆管线用于将井筒内的泥浆排入计量罐中；液位传感器布置在计量罐上，液位传感器用于采集计量罐的液位数据；死绳固定器通过钢绳连接所述钻井平台天车。

2.根据权利要求1所述的一种用于固井作业的固井下套管溢漏监测系统，其特征在于：它还包括计数器，计数器布置在所述绞车上，计数器用于监测绞车转动圈数。

3.根据权利要求2所述的一种用于固井作业的固井下套管溢漏监测系统，其特征在于：计数器为绞车编码器。

4.根据权利要求1所述的一种用于固井作业的固井下套管溢漏监测系统，其特征在于：死绳固定器上设置有负载液压池，负载液压池上布置悬重传感器。

5.根据权利要求4所述的一种用于固井作业的固井下套管溢漏监测系统，其特征在于：它还包括PLC可编程逻辑控制器，悬重传感器与PLC可编程逻辑控制器连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于固井作业的固井下套管溢漏监测系统，其特征在于：它还包括PLC可编程逻辑控制器，液位传感器与PLC可编程逻辑控制器连接。

7.根据权利要求5或6所述的一种用于固井作业的固井下套管溢漏监测系统，其特征在于：PLC可编程逻辑控制器设置在信号采集控制箱内。

8.根据权利要求7所述的一种用于固井作业的固井下套管溢漏监测系统，其特征在于：它还包括人机交互设备，人机交互设备与PLC可编程逻辑控制器相连。

9.根据权利要求8所述的一种用于固井作业的固井下套管溢漏监测系统，其特征在于：人机交互设备包括电脑或者触摸屏。

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