气体钻井返出流体地面连续取样监测系统及其方法

技术领域

本发明涉及本发明涉及气体钻井返出流体监测技术领域，具体来讲，涉及气体钻井返出流体地面连续取样监测系统及其方法。

背景技术

气体钻井技术是硬地层钻井提速提效、复杂地层井漏治理、致密储层油气发现和保护的重要手段，由于气体的密度远低于液体密度，因此在井底形成的气柱压力远远低于液体作为循环介质时常规钻井的井底压力，当钻遇高压、高产气层后，由于环空充填气体介质，井底压力低，返出流体会快速到达井口，一旦发现不及时或控制不当，在返至地面后其混合浓度达到燃爆范围，具备燃爆条件后，将引发井下燃爆，甚至引发井喷失控，造成井下复杂事故，严重影响气体钻井安全。因此气体钻井返出流体的监测尤为重要，实时掌握返出流体的基本情况可以为气体钻井井下风险判断提供有力数据支撑。

公开号为CN205199175U的中国专利文献，公开了一种气体钻井返出流体监测用除尘系统，主要由箱体、过滤网、灰盒、进风口、出风口、密封门、滑轨和布袋固定拉杆组成，所述箱体内部上端设有一块钢板，利用布袋固定拉杆将过滤网固定在钢板上，过滤网与密封门呈平行排列，滑轨安装在箱体内部下端，灰盒放置在滑轨内，出风口安装在密封门一侧的上部，进风口安装在与出风口相对一面的下端。该专利能防止气体钻井过程中干法除尘系统管路堵塞，提高除尘效果，确保安全可靠的监测有毒、有害及可燃气体，能良好地分离气体与粉尘。

公开号为CN206329319U的中国专利文献，公开了一种气体钻井安全保障系统的返出流体监测系统，涉及石油、天然气钻井技术及安全保障领域，所述的返出流体监测系统包括取样短节、干式除尘箱、湿式除尘箱和返出流体监测仪；取样短节一安装在排砂管线上，干式除尘箱和湿式除尘箱进口通过软管与取样短节一并联连接，干式除尘箱和湿式除尘箱出口通过软管与返出流体监测仪连接。能采集气体钻井返出流体的相关数据，并传递给集中监控房并显示，应用于气体钻井安全保障系统中，能形成全方位保障气体钻井安全的合力。

以上公开的专利文献针对气体钻井返出流体实现了气体监测以及除尘设置，专利CN205199175U是在取样短节上方单独接出一根取样软管将返出流体引入地面专用设备进行除尘和气体监测(重点在除尘)，现场应用时，取样软管经常堵塞，且除尘不易操作，人工更换繁琐。专利CN206329319U同样也是在取样短节上方单独接出一根取样软管将返出流体引入地面专用设备进行除尘和气体监测，该专利不能进行压力监测，地面装置较大，不易搬动，取样软管也经常堵塞，而且过滤后的岩屑未处理，监测后的气体组分也是直接排放井场，未进行任何处理。公开的专利文献都未解决除尘后的废水或排出的岩屑问题，此外现有技术中存在取样监测中断、堵塞频繁、人工疏通难等问题。

因此，能够研究出一种连续监测并解决除尘后废水和排出的岩屑问题的气体钻井返出流体监测方法和系统具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于解决气体钻井返出流体除尘后的废水或排除的岩屑问题，本发明的目的之二在于提供一种连续监测并降低人工疏通难度的气体钻井返出流体监测方法，本发明的目的之三在于提供一种气体钻井返出流体地面监测系统。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种气体钻井返出流体地面连续取样监测系统，所述系统包括排砂管线及位于排砂管线单元中的一段取样短节，其特征在于，所述取样短节上设计有取样通道和管线组件；

所述取样通道上依次安装有岩屑过滤器、监测单元和气泵；

所述管线组件包括取样主阀和取样侧阀，所述取样主阀位于取样短节与取样通道的连接处。

可选择地，所述监测单元包括温湿度监测仪、硫化氢监测仪、甲烷监测仪、一氧化碳监测仪、二氧化碳监测仪、压力监测仪和氧气监测仪。

可选择地，所述取样侧阀控制进入所述监测单元的气体流量；

连续取样监测返出流体参数变化，通过无线的方式将采集的数据传递给集中监控房。

可选择地，所述监测仪均采用独立电池供电。

可选择地，所述气泵安装在取样通道末端，采用电池供电。

可选择地，所述取样主阀通过调整阀门开关能够控制取样通道中返出流体的流量大小。

可选择地，所述岩屑过滤器分为两级过滤，利用不同级别滤芯两次过滤返出流体中的岩屑颗粒。

可选择地，所述系统还连接一个沉砂池，收集监测后的返出流体。

可选择地，所述取样通道设置于所述取样短节的正上方。

本发明另一方面提供了一种气体钻井返出流体地面监测方法，所述方法采用上述的监测系统完成监测，包括以下步骤：

在取样短节上开孔设置取样通道，依次将岩屑过滤器、监测单元和气泵安装在取样通道上；

使返出流体进入取样通道，先经过岩屑过滤器再进入监测单元接收数据采集；

经过监测单元的返出流体最后汇入排砂管线至沉砂池。

可选择地，所述开孔在取样短节上设置两个，所述取样段节通过所述开孔与所述取样通道连接。

可选择地，所述开孔附近设置取样主阀，控制返出流体在取样通道中的流量大小。

可选择地，所述取样通道上还设置有取样侧阀，控制进入所述监测单元的气体流量。

可选择地，所述排砂管线位于所述取样通道的正下方。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

1)本发明设计的专用取样通道连接至排砂管线，在末端安装气泵以增加通道流动性，避免取样通道堵塞，在取样的同时实现返出流体的连续监测。

2)本发明将取样后的气体及岩屑直接排至排砂管线，由排砂管线排至沉砂池，防止了燃爆、中毒风险。

3)本发明将各监测仪器直接安装在取样短节上，减少了取样管线与监测仪器之间的管线长度，降低管线之间的堵塞风险，避免人工疏通，减轻劳动力。

4)本发明结构简单，易于操作，实现了返出流体连续取样监测，为气体钻井井下风险监测提供数据支撑。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和/或特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明示例1中气体钻井返出流体地面连续取样监测系统整体结构示意图。

主要附图标记说明：

1-温湿度监测仪；2-硫化氢监测仪；3-甲烷监测仪；4-一氧化碳监测仪；5-二氧化碳监测仪；6-压力监测仪；7-氧气监测仪；8-岩屑过滤器；9-气泵；10-取样主阀；11-取样侧阀；12-取样短节；13-取样通道；14-排砂管线；15-沉砂池；16-返出流体；17-井口装置。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的气体钻井返出流体地面连续取样监测系统及其方法。

示例性实施例1

本示例性实施例提供了一种气体钻井返出流体地面连续取样监测系统，包括排砂管线、取样短节、岩屑过滤器、监测单元、气泵和管线组件，所述管线组件包含专门设计的取样通道与排砂管线上的取样短节连接。其中，岩屑过滤器、监测单元和气泵依次安装在所述取样通道上，所述气泵安装在取样通道的末端，采用电池供电；增加气体流动性，保证了取样通道不堵塞，同时将监测后的气样输送到排砂管线。所述气泵气源来自进入取样主阀的返出流体，所述气泵可对取样通道起疏通作用，保证取样通道不堵塞。

所述取样通道通过所述取样短节上设置的开孔与取样短节连通，在所述开孔附近设置有取样主阀，取样主阀控制取样通道中返出流体的流量大小。所述岩屑过滤器可过滤掉所述返出流体中的岩屑颗粒，所述过滤器滤芯是便携式替换的，经现场验证易于操作。

本实施例中，所述监测单元包括温湿度监测仪、硫化氢监测仪、甲烷监测仪、一氧化碳监测仪、二氧化碳监测仪、压力监测仪和氧气监测仪。所述管线组件包括取样通道、取样主阀和取样侧阀。所述取样侧阀可控制进入温湿度监测仪、硫化氢监测仪、甲烷监测仪、一氧化碳监测仪、二氧化碳监测仪、压力监测仪和氧气监测仪的气体流量；连续取样监测返出流体参数变化，通过无线的方式将采集的数据传递给集中监控房；所述监测仪均采用独立电池供电。所述取样主阀可通过调整阀门开关以控制取样通道的流量大小；取样通道可由前后两个取样主阀控制通道开关。

本实施例中，所述温湿度监测仪，对井下返出气体温度和湿度进行在线监测；所述硫化氢监测仪，对井下返出气体硫化氢进行在线监测；所述甲烷监测仪，对井下返出气体甲烷进行在线监测；所述一氧化碳监测仪，对井下返出气体一氧化碳进行在线监测；所述二氧化碳监测仪，对井下返出气体二氧化碳进行在线监测；所述压力监测仪，对井下返出气体压力进行在线监测；所述氧气监测仪，对井下返出气体氧气进行在线监测。

本实施例中，所述岩屑过滤器可分为两级过滤，利用不同级别滤芯两次过滤返出流体中的岩屑颗粒，使过滤后返出流体达到取样监测标准。所述系统还可连接一个沉砂池，收集监测后的返出流体。

本发明没有地面设备，也没有单独用取样软管进行获取返出流体，而是直接在取样短节上方设计专用取样通道，将各监测仪器直接安装在取样通道上，与现有技术相比可减少取样管线与监测仪器之间的管线长度，可减低管线之间的堵塞风险，避免人工疏通，减轻了劳动力。可以实现对气体钻井返出流体在地面进行连续取样监测，当钻遇高压、高产气层后，由于环空充填气体介质，井底压力低，返出流体快速到达井口时，可实时掌握返出流体的基本情况为气体钻井井下复杂判断提供有力数据支撑。本监测系统可扩展，根据工作需要上述监测仪可更换成其他监测仪，例如岩屑浓度仪等以获取其他参数，扩大应用范围。

示例性实施例2

本示例性实施例提供了一种气体钻井返出流体地面监测方法，所述方法采用示例性实施例1中所述的监测系统完成对气井返出流体在地面连续取样监测，包括以下步骤：

S01：在取样短节上开孔设置取样通道，依次将岩屑过滤器、监测单元和气泵安装在取样通道上。

本实施例中，在排砂管线中先设计一段取样短节，在取样短节正上方设计专用取样通道，通过取样短节上的两个开孔与所述取样通道连接。在取样通道上依次安装岩屑过滤器、监测单元和气泵。所述监测单元包括温湿度监测仪、硫化氢监测仪、甲烷监测仪、一氧化碳监测仪、二氧化碳监测仪、压力监测仪和氧气监测仪。所述气泵安装在取样通道末端，采用电池供电，增加气体流动性，可保证取样通道不堵塞。

可通过人工操作调整取样短节与取样通道连接处附近的取样主阀门开关，来控制取样通道中返出流体的流量大小。

S02：使返出流体进入取样通道，先经过岩屑过滤器再进入监测单元接收数据采集。

本实施例中，气体钻井的返出流体在排砂管线中经过取样主阀进入到取样通道，首先经过岩屑过滤器处理过滤岩屑颗粒再进入监测单元中，各监测仪器对返出流体进行相应数据采集。取样侧阀可控制进入温湿度监测仪、硫化氢监测仪、甲烷监测仪、一氧化碳监测仪、二氧化碳监测仪、压力监测仪和氧气监测仪的气体流量；连续取样监测返出流体参数变化，通过无线的方式将采集的数据传递给集中监控房。

S03：经过监测单元的返出流体最后汇入排砂管线至沉砂池。

本实施例中，经监测单元各仪器数据采集后的返出流体通过另一个取样主阀离开取样通道，最后汇入排砂管线到沉砂池中。所述取样短节位于排砂管线上，所述取样通道位于取样短节的正上方，因为返出流体从正上方进入取样通道的粉尘最少，这样设计可以减轻过滤负担。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。

示例1

本示例提供了一种气体钻井返出流体地面连续取样监测系统，其整体结构如图1所示，包括排砂管线14、取样短节12、岩屑过滤器8、监测单元、气泵9和管线组件，所述管线组件包含专门设计的取样通道13与排砂管线14上的取样短节12连接。其中，岩屑过滤器8、监测单元和气泵9依次安装在所述取样通道13上，所述气泵9安装在取样通道13的末端，采用电池供电；增加气体流动性，保证了取样通道13不堵塞，同时将监测后的返出流体输送到排砂管线14至沉砂池15中。其中，所述监测单元包括温湿度监测仪1、硫化氢监测仪2、甲烷监测仪3、一氧化碳监测仪4、二氧化碳监测仪5、压力监测仪6和氧气监测仪7。

所述管线组件包括取样通道13、取样主阀10和取样侧阀11。所述取样侧阀11可控制进入温湿度监测仪1、硫化氢监测仪2、甲烷监测仪3、一氧化碳监测仪4、二氧化碳监测仪5、压力监测仪6和氧气监测仪7的气体流量；连续取样监测返出流体参数变化，通过无线的方式将采集的数据传递给集中监控房；所述监测仪均采用独立电池供电。所述取样主阀10可通过调整阀门开关可以控制取样通道13中返出流体的流量大小；取样通道13可包括前后两个取样主阀10控制通道开关。

取样短节12是与现场排砂管线14通径一致的短管，在取样短节12上开孔连接设计有一个取样通道13，取样通道13位于取样短节12的正上方。从井口装置17排出的返出流体16进入排砂管线14，到取样短节12经过取样主阀10进入取样通道，利用前后取样主阀10控制进入取样通道13内部的返出流体16的流量大小；进入取样通道13的返出流体先进入岩屑过滤器8，分别经过一级过滤和二级过滤后，打开取样侧阀11并开启温湿度监测仪1、硫化氢监测仪2、甲烷监测仪3、一氧化碳监测仪4、二氧化碳监测仪5、压力监测仪6和氧气监测仪7，利用气泵9增加取样通道13内部气体流动性，返出流体16沿取样短节12最后汇入排砂管线14至沉砂池15。

井口装置17出口与排砂管线14螺栓连接，取样短节12与取样通道13采用焊接，温湿度监测仪1、硫化氢监测仪2、甲烷监测仪3、一氧化碳监测仪4、二氧化碳监测仪5、压力监测仪6和氧气监测仪7均通过取样侧阀11连接后与取样通道13采用丝扣连接，气泵9安装在取样通道13末端位置丝扣连接。

所述温湿度监测仪1，对井下返出气体温度和湿度进行在线监测；所述硫化氢监测仪2，对井下返出气体硫化氢进行在线监测；所述甲烷监测仪3，对井下返出气体甲烷进行在线监测；所述一氧化碳监测仪4，对井下返出气体一氧化碳进行在线监测；所述二氧化碳监测仪5，对井下返出气体二氧化碳进行在线监测；所述压力监测仪6，对井下返出气体压力进行在线监测；所述氧气监测仪7，对井下返出气体氧气进行在线监测。

所述气泵9可增加取样通道13的流动性，同时将监测后的气样输送到排砂管线14。所述取样主阀10调整开关来控制取样通道13的流量。取样侧阀11调整开关来控制通过监测仪器的流量。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。