一种钻井溢漏判别方法

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，具体涉及一种钻井溢漏判别方法。

背景技术

钻井井口返出流量是溢漏分析的最直接的指标，实现流量的高精度监测，有利于快速发现溢漏。目前，井队普遍使用的是8L03型出口流量计，该装置采用接触式测量，存在测量精度差、波动大等问题，无法给现场人员提供定量分析。

经分析，造成接触式测量误差大的问题主要有以下原因：

1、来流的钻井液密度、粘度、波浪、液面高度都对挡板摆动产生重要的影响，无法准确界定流量的变化，是误差大的主要原因。

2、测量过程中钻井液固相粘附在挡板上，造成挡板的重量改变，进而引起持续测量误差。

3、挡板的安装位置不同，导致与流体接触的面积不同，也会影响测量精度。

针对以上问题，研究人员做出了大量研究分析。

例如西南石油大学公开的专利号为201210156214.9，名称为一种钻井液返出流量检测装置及方法的发明专利，其装置由安装于井筒钻井液返出口(3)与振动筛(4)之间的一个或多个流量测量短节(5)组成，所述的流量测量短节(5)包括矩形截面过流段(6)和位于矩形截面过流段(6)两端的喇叭口缓冲段，矩形截面过流段(6)顶部安装有液位传感器(1)，矩形截面过流段(6)内部液流中安装有流速传感器(2)，液位传感器(1)、流速传感器(2)分别与计算及显示报警单元(8)电连接。

上述检测装置虽然可以实现井口返出流量实时测量，但仍存在以下缺点：1、要对井口防溢管进行改动，工作量大；2、采用接触式方式测量流速，长期使用可靠性低。

又如专利号201811654241.2，名称为“一种钻井液出口流量定量检测装置及钻井方法”的中国发明专利，提供了一种钻井液出口流量定量检测装置及钻井液液位测量方法，包括雷达液位测量探头、雷达流速测量探头、数据采集模块、A/D转换模块、上位机、异常工况判断模型；雷达液位测量和流速测量探头用来测量钻井液架空槽内流动钻井液的液位高度和流体流速，测得数据通过带屏蔽的信号线接入数据采集模块，完成信号的采集、放大、整形、滤波、传送等操作；经过A/D转换模块，提供485总线或4-20mA模拟信号输出模式，接入上位机软件中；上位机对数据进行分析处理，完成数据/曲线的存储、打印、回放等功能，同时通过异常工况模型判断，对异常工况发出报警信号；对井涌、井漏等异常工况预警，对于提高钻井安全有着非常重要的意义。

上述专利主要存在以下缺点：1、不具备液位测量探头的高度校正手段，在安装时必须要求探头与管道测量底面在一条竖直线，造成安装难度大，否则测量液位与实际液位会存在偏差。2、同时在工作环境中，存在振动等影响，探头难免会偏移。3、液位高度和流速采用两个传感器分别测得，无法保证从同一测量点获取液位高度和流速两种变量，因此换算出来的流量与实际流量会存在差异。

发明内容

本发明针对现有井口注入流量和返出流量测量不准确，无法准确预警和发现溢漏复杂状况的问题，提出了一种钻井溢漏判别方法，包含精准校准泥浆泵泵效系数和溢漏特征识别分析，以提高钻井溢漏监测预警时效和准确性，保障钻井作业的安全性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种钻井溢漏判别方法，包括如下步骤：

1)获取井口返出排量Q；

2)获取额定泵冲下的实际排量L

3)根据L

4)对比同一时间采集点下的L

进一步的，所述井口返出排量Q的获取包括如下步骤：

A.在待测管道上开设旁通管并设置信号探头装置，然后进行空管对中，使信号探头装置中位于中间位置的探头找到管道的最低点；

B.采用角度传感器分别获取探头发射线与竖直方向的夹角数据a和管道与竖直方向的夹角数据b，并读取信号探头装置中其余探头到管道底部距离的初始量值H

C.校正探头到管道底部的垂直距离H

H

D.读取各探头对管道内液面高度的实时距离测量值h

E.读取各探头检测到的实时流速测量值V

F.将1S划分为n个采样点，根据管道内平均液位高度h

进一步的，单次采样点的实时微流量q通过以下公式计算：

令

若R-h

若R-h

若R-h

其中，R为管道内径，t代表单次采样时间。

进一步的，空管对中时，位于中间位置的探头水平移动并不断发射信号，通过发射信号和反射信号的时间差测得探头本体到管道底部的距离，当距离达到最大值时，即为管道的最低点。

进一步的，所述信号探头装置安装在与旁通管连接的壳体上，角度传感器包括与信号探头装置在同一安装平面的一号传感器和直接设置在管道上的二号传感器；信号探头装置、一号角度传感器以及二号角度传感器均分别与信号转换器连接，信号转换器又与处理器连接。

进一步的，所述壳体通过法兰与旁通管连接，壳体位于法兰上部套筒位置设有局部镂空。

本技术方案的有益效果如下：

1、本发明中，借助非接触式流量测量方式，通过泥浆泵泵效精确校准方法，结合泥浆泵出口流量与井口返出流量的在线测量和实时对比，实现钻井溢漏的精确判别；可显著提前溢漏发现时间，有利于现场及时发现溢漏状况并采取处置措施，提升工程作业安全性，且适用于各钻井条件，具有广阔的应用前景；

2、本发明中，采用信号探头装置同时测量到液面高度和流速信号，成本更低，测量流量更加精确；

3、本发明中，采用角度传感器自动检测探头与待测管道的角度，自动校正真实液位高度，极大地降低了安装要求，现场安装更加方便；

4、本发明中，将流量测量通过积分方法，实现了离散化处理，抗干扰能力进一步提高，进一步精确了检测结果。

附图说明

本发明的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：

图1为钻井液漏判断流程图；

图2为井口返出流量的测量流程图；

图3为液体流量离散化处理过程示意图；

图4为井口返出流量测量的具体实施示意图；

图5为信号探头装置与管道的位置关系示意图；

图6为探头高度校正原理；

图中：

1、管道，2、介质流体，3、一号角度传感器，4、二号角度传感器，5、信号探头装置，6、法兰，7、镂空套筒，8、线缆，9、探头，10、壳体，11、滑轨。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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。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发明中的具体含义。

本实施例公开了一种钻井溢漏判别方法，借助非接触式流量测量方式，通过泥浆泵泵效精确校准方法，结合泥浆泵出口流量与井口返出流量的在线测量和实时对比，实现钻井溢漏的精确判别。

如图4所示，在待测管道上开设一个旁通管，在旁通管的顶部通过法兰安装一个壳体，壳体位于法兰上部套筒位置设有局部镂空，方便高温钻井液的蒸汽排出，在壳体内设置信号探头装置和一号角度传感器，在管道上设置二号传感器。

所述信号探头装置用于检测探头到液面高度以及液体流速信号，可采用如超声波、雷达、激光等实施方式。其中，液面高度通过发射信号和反射信号的时间差可获得，流速通过发射信号和反射信号的频率差(多普勒效应)可以测得，将测得的液面高度和流速信号进行积分处理，以求得1s内的体积流量，以此可得到高精度的实时流量。

信号探头装置可包含一个或多个探头，如图5所示，其中中间的探头具备水平滑动的功能，通过调整探头位置完成与管道最低面的对中。

所述一号角度传感器用于检测探头发射线与竖直方向的夹角a，二号角度传感器用于检测管道与竖直方向的夹角b。

所述信号探头装置安装在与旁通管连接的壳体上，角度传感器包括与信号探头装置在同一安装平面的一号传感器和直接设置在管道上的二号传感器；信号探头装置、一号角度传感器以及二号角度传感器均分别与信号转换器连接，信号转换器又与处理器连接。所述信号转换器用于将信号探头装置以及角度传感器输出的信号转换成处理器可以识别的输入信号；如4～20Ma，0～10V，485串口等形式。为提高测量精度，可以在管道上多分布几个信号探头装置，通过交叉对比更能修正测量误差。

在进行钻井漏液的判别时，需要分别获取井口返出排量Q和在不同工作状态下泥浆泵的实际排量L

如图2所示，井口返出排量Q的获取方式如下：

步骤一、首先进行空管对中，使信号探头装置中位于中间位置的探头水平移动并不断发射信号，通过发射信号和反射信号的时间差测得探头本体到管道底部的距离，当距离达到最大值时，即为管道的最低点；

步骤二、采用一号角度传感器和二号传感器分别获取信号探头装置中探头发射线与竖直方向的夹角数据a和管道与竖直方向的夹角数据b，并读取信号探头装置中其余探头到管道底部距离的初始量值H

步骤三、根据下述公式校正探头到管道底部的垂直距离H

H

步骤四、读取各探头对管道内液面高度的实时距离测量值h

步骤五、读取各探头检测到的实时流速测量值V

步骤六、在1s内划分n次采样点，根据管道内的平均液位高度h

令

若R-h

若R-h

若R-h

其中，R为管道内径，t代表单次采样时间。

如图3所示展示了流量测量的离散化过程，其中s代表液体截面积，d代表采样周期内液体流过的距离。S通过液位高度计算，d则通过液体流速V

如图1所示，泥浆泵的实时排量获取方式如下：

步骤一、获取额定泵冲下的实际排量L

步骤二、根据L

步骤三、将同一时刻点采集到的L