钻井液漏失位置测定装置及测定方法

技术领域

本发明涉及钻井检测技术领域，尤其涉及一种钻井液漏失位置测定装置及测定方法。

背景技术

钻井液漏失是油气勘探开发进程中一种普遍的井下复杂情况，井漏产生的额外费用占井下复杂事故经济损失的比例已经高达50％～60％。漏失发生后，要尽快准确地确定漏点位置，以便针对性地采取有效的堵漏措施，保证后续施工正常进行，降低综合成本。但到目前为止，综合考虑成本、精确性以及现场操作的简易程度，漏点位置的测定还没有一种普适的方法。

20世纪70年代我国研制的漏层测量仪器大多是根据流体动力学的原理，借助于流体流动转化成膜片位移或者涡轮发电的方式进行流速测定，但是在漏速非常小，钻井液黏度较大的情况下，测定的精确度难以保证。近年来形成的采用多种方法互补测量漏点位置的技术，精确性有了较大提高。如公开号为101446194A的专利公开了一种电磁式测漏装置，采用超声波传感器测量钻井液流速，同时采用电磁法测量地层特性，测量精度高，操作方便，但是利用接收时间存在时差原理的超声波法在钻井液固相含量较高的情况下，声波在传输介质中会产生折射导致误差较大；公开号为102383784A的专利公开了一种储存式漏层位置综合测量仪，该仪器采用井温、噪声及声波等综合测量方法，测量采用井下储存方式，利用钻杆推进或电缆下放，但这种方法存在一些隐患，井漏后采用电缆或者钻杆推进的方式进行测量，在井壁失稳井段易造成遇阻甚至卡钻等复杂情况；公开号为106640050A的专利公开了一种钻井液漏失位置测量装置，该装置以短节形式安装于近钻头位置，发生漏失后采用压力、流速和温度三种方式直接进行测量，但是该装置内部设计为测控电子等组件部分，仅靠导流管提供钻井液循环通道，势必造成较大压降。此外，压力、温度及测控组件与环空流体无法直接接触，只有当外筒短节上的旁通阀开启后，环空流体才能进入腔体内部，旁通工具开启存在隐患，施工起来也极为复杂。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种钻井液漏失位置测定装置，能够准确判断钻井液漏失位置且操作简单。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

钻井液漏失位置测定装置，包括钻铤和测试机构，所述钻铤的侧壁上开设有感应仓和信号处理仓，所述感应仓开设有与外部环空连通的过流孔；所述测试机构包括感应组件、信号处理系统和信号线，所述信号线连接所述感应组件和所述信号处理系统，所述感应组件位于所述感应仓内，被配置为获取环空钻井液的参数，所述信号处理系统位于所述信号处理仓内，被配置为接收、处理和存储所述感应组件所获取的信号。

可选地，所述测试机构分为压力测试机构、温度测试机构以及流速测试机构，所述压力测试机构、所述温度测试机构以及所述流速测试机构沿所述钻铤的周向阵列分布。

可选地，所述流速测试机构中的所述感应组件包括电极和线圈，所述线圈通电，所述电极通过所述过流孔与所述环空钻井液接触。

可选地，所述感应仓由从内向外同轴设置的内套筒和外套筒围合而成，所述线圈位于所述内套筒和所述外套筒之间，所述过流孔开设在所述外套筒上，所述电极插设于所述过流孔内。

可选地，所述钻铤包括上钻铤部和下钻铤部，所述上钻铤部和所述下钻铤部螺接且连接处的外径小于所述钻铤的外径，所述内套筒套设在所述上钻铤部和所述下钻铤部的连接处，所述外套筒的外径与所述钻铤的外径相同，所述外套筒的轴向两端分别与所述上钻铤部和所述下钻铤部可拆卸连接。

可选地，所述压力测试机构的所述感应组件包括压力传感器，所述温度测试机构的所述感应组件包括温度传感器。

可选地，所述感应仓内设置有过滤板。

可选地，所述信号处理系统包括电路板和电池组，所述电路板上安装有信号接收单元、信号处理单元以及信号存储单元，所述电池组用于为所述电路板以及所述感应组件供电。

可选地，所述电路板外包覆有减震套。

本发明的另一目的在于提供一种钻井液漏失位置测定方法，其特征在于，利用上述钻井液漏失位置测定装置，井漏发生后，向环空注入钻井液，保持环空钻井液的液面与井口相平，同时起钻，钻具出井后，将所述信号处理系统与终端相连得到处理过的信号。

本发明的有益效果为：本发明中的钻井液漏失位置测定装置将测试机构安装在钻铤上，能够替换同尺寸的钻铤，用于钻完井施工，井漏发生后，无需重新组装钻具，只需要使井内的钻井液保持在同一高度，然后向井口外起钻即可测定漏点位置，而且测试的参数均为环空钻井液的参数，数据直接可靠，操作简单。

附图说明

图1是本发明实施例中提出的钻井液漏失位置测定装置其中一个角度的结构示意图；

图2是图1中A处的径向剖面图；

图3是本发明实施例中提出的压力测试机构的结构示意图；

图4是图3中Ⅰ处的放大示意图；

图5是本发明实施例中提出的温度测试机构的结构示意图；

图6是图5中Ⅱ处的放大示意图；

图7是本发明实施例中提出的流速测试机构的结构示意图；

图8是图7中Ⅲ处的放大示意图；

图9是图7的径向剖视图。

图中：1、钻铤；11、上钻铤部；111、第一连接部；12、下钻铤部；121、第二连接部；13、防磨带；2、测试机构；21、感应组件；211、压力传感器；212、温度传感器；213、电极；214、线圈；22、信号处理系统；221、电路板；222、电池组；23、信号线；3、感应仓；31、感应仓体；32、感应仓盖；33、过滤板；34、支撑板；35、外套筒；36、内套筒；37、固定环；38、定位螺钉；39、过流孔；4、信号处理仓；41、信号处理仓盖；42、信号处理仓体；43、减震套。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，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它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。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。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本实施例提出一种随钻式的钻井液漏失位置测定装置，能够将测试机构安装在短节上，该短节可以安装在钻具上，随钻具起钻时测量环空流体参数，从而获取钻井液漏失位置。

如图1所示，本实施例中的钻进液漏失位置测定装置包括钻铤1和测试机构2，其中钻铤1为无磁钻铤1，整体为光滑的厚壁圆管，钻铤1内部设置有供钻井液流过的通孔，钻铤1能够与钻具连接，测试机构2包括感应组件21、信号处理系统22以及信号线23，感应组件21和信号处理系统22分别位于钻铤1侧壁上开设的感应仓3和信号处理仓4内，其中感应组件21用于获取环空中钻井液的参数，信号处理系统22用于接收、处理和存储感应组件21所获取的信号，信号线23的两端分别连接感应组件21和信号处理系统22，感应仓3开设有供环空中钻井液进入的过流孔39，处于环空的钻井液能够经过流孔39与感应组件21接触，传递环空内钻井液系数。

上述钻井液漏失位置测定装置将测试机构2安装在钻铤1上，而钻铤1可以直接安装在钻具上，正常钻完井施工时不改变常规钻具组合方式，不增加循环压耗，而采用无磁钻铤1能够为测试机构2提供无磁环境，从而得到正确的测量信息，感应仓3始终与环空连通，压降小，感应仓3内充满从环空进入的钻井液，而且感应仓3与钻铤1内部的通孔完全隔绝，获取的数据直接可靠，感应组件21测得的信号通过信号线23传递给信号处理系统22，信号处理系统22对所获取的信号进行处理和存储，并将结果反馈给终端，终端将以直接数据和曲线的形式呈现，从而获取钻井液漏失位置。

具体参考图1所示，钻铤1包括上钻铤部11、下钻铤部12以及防磨带13，上钻铤部11和下钻铤部12之间螺接且连接处的外径小于整个钻铤1的外径，具体的，下钻铤部12与上钻铤部11连接的一端设置有第二连接部121，第二连接部121设置为管状结构，其内周设置有内螺纹，上钻铤部11与下钻铤部12连接的一端设置有第一连接部111，第二连接部111外周设置有与第二连接部121上的内螺纹契合的外螺纹，第一连接部111能够插入第二连接部121内与第二连接部121螺接，第二连接部121的外径小于钻铤1整体的外径；防磨带13设置有两条，分别固接(具体可以是焊接)在上钻铤部11和下钻铤部12上，测试机构2位于两条防磨带13之间，防磨带13起到保护测试机构2的作用。具体的，防磨带13为环绕钻铤1设置的不连续带状凸起结构，两条防磨带13的结构相同。示例性的，每条防磨带13沿钻铤1周向均分为三块。

能够获取钻进液漏失位置的参数包括压力、温度以及流速中的一种或多种，本实施例中为了提高测量精度，测试机构2分为压力测试机构、温度测试机构以及流速测试机构三种，三种测试机构2沿钻铤1的周向阵列分布，能够减少整个钻铤的长度，同时可以测量环空同一高度钻井液的压力、温度以及流速，能够减少其他外界因素对压力、温度以及流速检测的干涉。

其中，压力测试机构中的感应组件21包括压力传感器211，用于获取环空钻井液的压力，温度测试机构中的感应组件21包括温度传感器212，用于获取环空钻井液的温度，温度传感器212的核心组件为Pt1000铂金电阻，其电阻值随温度变化而变化，进而导致温度传感器212两端的电压随之变化，流速测试机构2中的感应组件21包括线圈214和电极213，线圈214通电能够产生磁场，钻井液流动时切割磁感线会产生感应电流，电极213能够测得感应电压大小后，将信号传递给信号处理系统22后能够根据感应电压的大小计算出环空钻井液的速度。

而压力测试机构、温度测试机构以及流速测试机构中的信息处理系统结构相同，都包括电路板221以及电池组222，电路板221上安装有信号接收单元、信号处理单元以及信号存储单元，电池组222用于为电路板221以及感应组件21供电。

为此，不同测试机构2的信号处理仓4也相同，信号处理仓4包括信号处理仓体42、信号处理仓盖41，信号处理仓体42开设在钻铤1的侧壁上且不与钻铤1内部的通孔连通，信号处理系统22位于信号处理仓盖41与信号处理仓体42围合的封闭空间内，信号处理仓盖41与信号处理仓体42可拆卸密封连接。示例性的，信号处理仓体42设置为敞口的槽体，其槽口处设置有台阶，台阶上开设有用于安装密封圈的密封槽，信号处理仓盖41抵压在台阶上并与信号处理仓体42螺接，同时信号处理仓盖41与密封圈过盈配合以保证信号处理仓4整体的密封性。

除此之外，电路板221外还包裹有减震套，用于减轻振动，起到保护电路板221的作用。

感应仓3则分别设置于相对的信号处理仓4下方，其中用于安装压力测试机构中的感应组件21的感应仓3与用于安装温度测试机构中的感应组件21的感应仓3结构相同，包括感应仓体31、感应仓盖32，感应仓体31同样为敞口槽体，感应仓盖32与感应仓体31可拆卸密封连接，过流孔39开设在感应仓盖32上，感应仓盖32与传感器之间还设置有过滤板33，能够过滤钻井液，避免除钻井液以外的成分进入感应仓3内，对传感器造成破坏。示例性的，过流孔39的数量设置有多个，在感应仓盖32上均匀分布，感应仓体31内同样设置有台阶，台阶上设置有支撑板34，过滤板33设置于支撑板34与感应仓盖32之间，感应仓盖32通过依次贯穿感应仓盖32、过滤板33以及支撑板34的螺栓实现与感应仓体31的固接；同时，传感器与感应仓体31之间设置有密封圈以及卡簧，用于防止钻进液从感应仓体31流动至信号处理仓4内，对信号处理仓4内的信号处理系统22造成破坏。

参考图3所示，用于安装流速测试机构中的感应组件21的感应仓3由从内向外同轴设置的内套筒36和外套筒35围合而成，其中线圈214套设在内套筒36上，过流孔39开设在外套筒35上，电极213插设在过流孔39内以实现与环空钻井液的接触，电极213和线圈214均通过信号线23与信号处理系统22连接。实施例性的，电极213设置有四个，沿钻铤1的周向均匀间隔分布。

参考图4所示，外套筒35的长度两端分别与上钻铤部11和下钻铤部12密封可拆卸连接，具体地，上钻铤部11和下钻铤部12上均设置内凹的环形台阶，外套筒35的长度两端套设在环形台阶上并与上钻铤部11以及下钻铤部12组合成外表光滑的管状结构，为了保证密封性，外套筒35与环形台阶之间还设有密封圈，内套筒36则套设在第二连接部121外，线圈214套设在内套筒36上，内套筒36通过定位螺钉38与外套筒35固接，定位螺钉38穿过外套筒35与内套筒36抵接，为了保证定位螺钉38穿入外套筒35位置的密封性，定位螺钉38与外套筒35之间设置有密封圈；过流孔39内设置有台阶，电极213通过固定环37固定在过流孔39的台阶处，固定环37与过流孔39的台阶之间还设置有密封圈，用于密封电极213穿入感应仓3时产生的缝隙，避免钻井液进入感应仓3内。

本实施例还包括一种钻井液漏失位置测定方法，利用上述钻井液漏失位置测定装置替换钻具上同尺寸的钻铤1，井漏发生后，需要起钻更换堵漏钻具组合，此时利用灌注泵向环空注入钻井液，保持环空中钻井液的液面高度不变(具体可以设置为与井口高度保持一致，避免漏掉漏点)钻井液漏失位置测定装置随着钻具起钻过程中，能够不断测量周围环空中钻井液的压力、温度以及流速，而漏点上下由于环空钻进液在漏点顺着漏失通道流向地层深度，环空钻井液的流速、温度以及压力均有所差异，通过测定不同井深位置环空钻进液的参数压力、温度和流速中的一种或多种，就可以判断出漏点位置，当然，可以理解的是，压力、温度和流速共同测量，测量更精确。待钻具出井后，将信号处理系统22与终端(电脑)相连得到处理过的信号，终端上的软件程序将以直接数据和/或曲线的形式显示测试的参数。

上述钻进液漏失位置测定方法通过一次起钻即可测定漏点位置，操作简单方便。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。