一种钻井液溢流预警监测系统及预警监测方法

摘要

本发明公开一种钻井液溢流预警监测系统，包括流量控制计算机、泥浆流槽和箱体，所述箱体侧面设有溢流管，所述箱体底部开有小微量泥浆出口，所述泥浆流槽两侧且与小微量泥浆出口对应的位置设有小微量流量传感器，所述箱体侧面设有与其内部连通的主计量管路，所述主计量管路上设有主流量计，所述主计量管路底部设有两端分别与主计量管路和箱体连通的取样计量管路，所述取样计量管路上设有气液两相质量流量计，所述主计量管路远离箱体的一端设有泥浆入管，所述小微量流量传感器、主流量计和气液两相质量流量计均与流量控制计算机通讯连接。本发明能对泥浆流体进行监测且保证监测的精准，同时兼顾预警的功能。

说明书

技术领域

本发明属于工业泥浆流体计量技术领域，具体涉及一种钻井液溢流预警监测系统及预警监测方法。

背景技术

近年来随着石油勘探开发的快速发展，钻井设备的运行安全就变得及其重要。在钻井的过程中，会向井口注入泥浆流体，而泥浆流体在钻井的过程中有着清洁井底及携带岩屑、冷却及润滑钻头、钻柱和平衡井壁岩石侧压力的作用。泥浆流体循环是否平衡直接影响到钻井作业的安全，因此需要对其进行监测。现有技术中也存在一些对泥浆流体进行监测的装置，但是这些装置都只具备简单的监测功能，存在监测不精准、系统误报、系统漏报和不能通过监测到的泥浆流体数据作出预警等缺陷。因此，需要一款设计能对泥浆流体进行监测且保证监测的精准，同时兼顾预警的功能，以满足实际的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题便是针对上述现有技术的不足，提供一种钻井液溢流预警监测系统及预警监测方法，能对泥浆流体进行监测且保证监测的精准，同时兼顾预警的功能。

本发明所采用的技术方案是：一种钻井液溢流预警监测系统，包括流量控制计算机、泥浆流槽和设置于泥浆流槽上方的顶部开有开口的箱体，所述箱体侧面靠近顶部的位置设有与其内部连通的溢流管，所述箱体底部开有小微量泥浆出口，所述溢流管和小微量泥浆出口均位于泥浆流槽上方，所述泥浆流槽两侧且与小微量泥浆出口对应的位置设有小微量流量传感器，所述箱体侧面设有与其内部连通的主计量管路，所述主计量管路上设有主流量计，所述主计量管路底部设有两端分别与主计量管路和箱体连通的取样计量管路，所述取样计量管路上设有气液两相质量流量计，所述主计量管路远离箱体的一端设有泥浆入管，所述小微量流量传感器、主流量计和气液两相质量流量计均与流量控制计算机通讯连接。

其中一个实施例中，所述箱体内侧靠近顶部的位置分别通过支架设有密度计、排气器和电导率测量仪，所述密度计、排气器和电导率测量仪均与流量控制计算机通讯连接。

其中一个实施例中，所述箱体外侧壁分别通过支架设有摄像头和声光报警器，所述摄像头和声光报警器均与流量控制计算机通讯连接。

其中一个实施例中，所述溢流管入口位置高于主计量管路出口位置。

其中一个实施例中，所述溢流管的流通能力大于泥浆入管的流通能力，所述泥浆入管的流通能力大于小微量泥浆出口的流通能力。

其中一个实施例中，所述主计量管路、取样计量管路和泥浆入管与水平面的夹角均≤90°。

本发明还公开了一种钻井液溢流预警监测方法，包括以下步骤：

步骤10、组装钻井液溢流预警监测系统，保证溢流管入口位置高于主计量管路出口位置、溢流管流通能力大于泥浆入管的流通能力且泥浆入管的流通能力大于小微量泥浆出口的流通能力，设定主流量计流量下限值及主流量计流量标准范围值，进入步骤20；

步骤20、泥浆流体由泥浆入管进入，一部分泥浆流体进入主计量管路，一部分泥浆流体进入取样计量管路，待泥浆流体布满主计量管路，主流量计持续计量泥浆流体流量，将计量到的泥浆流体流量数据实时输出至流量控制计算机，如计量到的泥浆流体流量＞主流量计流量下限值，钻井液溢流预警监测系统进行泥浆流体计量作业，进入步骤30，如计量到的泥浆流体流量≤主流量计流量下限值，监测并判断泥浆流体流量变化趋势，如流量变化趋势正常，主流量计保持持续计量泥浆流体流量状态，如流量变化趋势不正常，钻井液溢流预警监测系统进行泥浆流体溢流预警作业，进入步骤50；

步骤30、气液两相质量流量计持续计量进入取样计量管路的泥浆流体的温度、密度和流量，将计量到的泥浆流体的温度数据、密度数据和流量数据实时输出至流量控制计算机，主流量计和气液两相质量流量计计量到的泥浆流体流量之和为泥浆流体总流量，如主流量计计量到的泥浆流体的流量大于或小于设定的主流量计流量标准范围值，声光报警器报警，进入步骤40；

步骤40、泥浆流体进入箱体，经溢流管和小微量泥浆出口进入泥浆流槽，由泥浆流槽排出；

步骤50、主流量计和气液两相质量流量计持续计量泥浆流体流量，如主流量计或气液两相质量流量计至少其中一个计量到泥浆流体流量数据，将计量到的泥浆流体流量数据输出至流量控制计算机，声光报警器报警，小微量流量传感器持续检测泥浆流体流量信号，如检测到泥浆流体流量信号，将检测到的泥浆流体流量信号输出至流量控制计算机，声光报警器报警。

其中一个实施例中，步骤40中，泥浆流体中的气泡通过排气器排出。

其中一个实施例中，还包括泥浆流体二次计量步骤，具体如下：

密度计和电导率测量仪持续计量进入箱体的泥浆流体的密度和电导率，并将计量到的密度数据和电导率数据输出至流量控制计算机。

其中一个实施例中，还包括视频监测步骤，具体如下：

摄像头持续采集箱体内视频信号，并将采集到的视频信号输出至流量控制计算机。

本发明的有益效果在于：

1、溢流管入口位置高于主计量管路出口位置，可保证主计量管路满管，从而保证后续计量的准确度；

2、溢流管的流通能力大于泥浆入管的流通能力且泥浆入管的流通能力大于小微量泥浆出口的流通能力，可充分保证整个装置的流通能力，防止泥浆流体因流通不及时造成溢流；

3、箱体同时设置小微量泥浆出口和溢流管，保证无流量或生产停止时泥浆可及时排出；

4、泥浆流槽侧面与箱体小微量泥浆出口对应的位置设置小微量流量传感器，主计量管路底部设置取样计量管路且取样计量管路上设有气液两相质量流量计，钻机停机时，可检测微量泥浆溢流并进行报警，保证钻井的安全；

5、通过本装置各部件的合理布置，可节约成本，提高测量的精度。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明箱体结构示意图。

图中：1、泥浆入管；2、主流量计；3、密度计；4、箱体；5、溢流管；6、泥浆流槽；7、小微量流量传感器；8、主计量管路；9、流量控制计算机；10、取样计量管路；11、气液两相质量流量计；12、排气器；13、电导率测量仪；14、摄像头；15、声光报警器；41、小微量泥浆出口。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

如图1和图2所示，一种钻井液溢流预警监测系统，包括流量控制计算机9、泥浆流槽6和设置于泥浆流槽6上方的顶部开有开口的箱体4，所述箱体4侧面靠近顶部的位置设有与其内部连通的溢流管5，所述箱体4底部开有小微量泥浆出口41，所述溢流管5和小微量泥浆出口41均位于泥浆流槽6上方，所述泥浆流槽6两侧且与小微量泥浆出口41对应的位置设有小微量流量传感器7，所述箱体4侧面设有与其内部连通的主计量管路8，所述主计量管路8上设有主流量计2，所述主计量管路8底部设有两端分别与主计量管路8和箱体4连通的取样计量管路10，所述取样计量管路10上设有气液两相质量流量计11，所述主计量管路8远离箱体4的一端设有泥浆入管1，所述小微量流量传感器7、主流量计2和气液两相质量流量计11均与流量控制计算机9通讯连接。

本钻井液溢流预警监测系统设置主计量管路8和取样计量管路10，主计量管路8主要负责大流量泥浆流体流量的计量。取样计量管路10用于泥浆流体的取样计量，除计量泥浆流体的流量之外，还计量泥浆流体的温度数据和密度数据，计量到的温度数据和密度数据可用于对设备运行状态的调试参考。这样的方式，由于有取样计量，保证计量的精度的同时，也不影响泥浆流体流量的正常计量。

实施例2：

如图1和图2所示，在上述实施例的基础上，所述箱体4内侧靠近顶部的位置分别通过支架设有密度计3、排气器12和电导率测量仪13，所述密度计3、排气器12和电导率测量仪13均与流量控制计算机9通讯连接。

密度计3、排气器12和电导率测量仪13的设置用于对泥浆流体的二次计量。密度计3计量到的泥浆流体的密度和电导率测量仪13计量到的泥浆流体的电导率，用于与气液两相质量流量计11计量到的密度数据以及泥浆流体实际的电导率进行比对。通过对比，充分可保证计量的准确性。

实施例3：

如图1和图2所示，在上述实施例的基础上，所述箱体4外侧壁分别通过支架设有摄像头14和声光报警器15，所述摄像头14和声光报警器15均与流量控制计算机9通讯连接。

摄像头14的设置，用于在小微量流量传感器7报警时，对箱体4内的情况进行监测，防止因小微量流量传感器7、主流量计2和气液两相质量流量计11出现故障而造成误报。

实施例4：

如图1和图2所示，在上述实施例的基础上，所述溢流管5入口位置高于主计量管路8出口位置。

上述设置可保证主计量管路8满管，从而保证后续计量的准确度。

实施例5：

如图1和图2所示，在上述实施例的基础上，所述溢流管5的流通能力大于泥浆入管1的流通能力，所述泥浆入管1的流通能力大于小微量泥浆出口41的流通能力。

上述设置旨在保证各部件的流通能力，这样可保证箱体4内的泥浆流体顺利的排出，防止泥浆流体由箱体4顶部的开口溢流。

实施例6：

如图1和图2所示，在上述实施例的基础上，所述主计量管路8、取样计量管路10和泥浆入管1与水平面的夹角均≤90°。

设置一定的角度，保证泥浆流体顺利的流通，同时也可保证泥浆流体顺利的满管，保证计量的精准。

实施例7：

本发明还公开了一种钻井液溢流预警监测方法，包括以下步骤：

步骤10、组装钻井液溢流预警监测系统，保证溢流管5入口位置高于主计量管路8出口位置、溢流管5流通能力大于泥浆入管1的流通能力且泥浆入管1的流通能力大于小微量泥浆出口41的流通能力，设定主流量计2流量下限值及主流量计2流量标准范围值，进入步骤20；本步骤中，主流量计2流量标准范围值可调取存储的流量数据进行确定，也可人工进行设置。

步骤20、泥浆流体由泥浆入管1进入，一部分泥浆流体进入主计量管路8，一部分泥浆流体进入取样计量管路10，待泥浆流体布满主计量管路8，主流量计2持续计量泥浆流体流量，将计量到的泥浆流体流量数据实时输出至流量控制计算机9，如计量到的泥浆流体流量＞主流量计2流量下限值，钻井液溢流预警监测系统进行泥浆流体计量作业，进入步骤30，如计量到的泥浆流体流量≤主流量计2流量下限值，监测并判断泥浆流体流量变化趋势，如流量变化趋势正常，主流量计2保持持续计量泥浆流体流量状态，如流量变化趋势不正常，钻井液溢流预警监测系统进行泥浆流体溢流预警作业，进入步骤50；

本步骤中，以主流量计2计量到的泥浆流体流量作为切换钻井液溢流预警监测系统模式的条件，可实现钻井液溢流预警监测系统模式的自动切换。为保证泥浆流体满管，可在主计量管路8和取样计量管路10靠近箱体4的一端设置阀门并将其关闭，以保证满管的效率。同时，所述的泥浆流体流量变化趋势是否正常的判断可通过人工判断，也可通过设定变化趋势进行判断。如泥浆流体流量变化趋势正常，说明钻井系统进入停机模式，钻井液溢流预警监测系统处在排空泥浆流体的状态；如泥浆流体流量变化趋势不正常，说明井底产生异常，钻井液溢流预警监测系统进入泥浆流体溢流预警作业。

步骤30、气液两相质量流量计11持续计量进入取样计量管路10的泥浆流体的温度、密度和流量，将计量到的泥浆流体的温度数据、密度数据和流量数据实时输出至流量控制计算机9，主流量计2和气液两相质量流量计11计量到的泥浆流体流量之和为泥浆流体总流量，如主流量计2计量到的泥浆流体的流量大于或小于设定的主流量计2流量标准范围值，小微量流量传感器7报警，进入步骤40；本步骤中，以主流量计2流量标准范围值作为参考，当数据发生异常，系统及时作出报警。此时的报警存在两个可能，其一井底及钻井系统故障，其二钻井液溢流预警监测系统出现故障，无论出现上述哪一种情况，都可及时预警，方便进行处理。

步骤40、泥浆流体进入箱体4，经溢流管5和小微量泥浆出口41进入泥浆流槽6，由泥浆流槽6排出；

步骤50、主流量计2和气液两相质量流量计11持续计量泥浆流体流量，如主流量计2或气液两相质量流量计11至少其中一个计量到泥浆流体流量数据，将计量到的泥浆流体流量数据输出至流量控制计算机9，小微量流量传感器7报警，小微量流量传感器7持续检测泥浆流体流量信号，如检测到泥浆流体流量信号，将检测到的泥浆流体流量信号输出至流量控制计算机9，小微量流量传感器7报警。本步骤主要用于泥浆流体溢流预警作业，小微量流量传感器7、主流量计2和气液两相质量流量计11三者协同工作，只要其中一个部件检测到泥浆流体相关数据，系统作出报警，提醒工作人员及时对钻井系统进行监测，以保证钻井系统的安全。

本实施例中，步骤40中，泥浆流体中的气泡通过排气器12排出。

实施例8：

在上述实施例的基础上，所述的一种钻井液溢流预警监测方法还包括泥浆流体二次计量步骤，具体如下：

密度计3和电导率测量仪13持续计量进入箱体4的泥浆流体的密度和电导率，并将计量到的密度数据和电导率数据输出至流量控制计算机9。

泥浆流体二次计量步骤的设置，增加了泥浆流体计量的准确度，防止因钻井液溢流预警监测系统部件损坏或异常造成的计量偏差，从侧面保证钻井系统的安全。

实施例9：

在上述实施例的基础上，所述的一种钻井液溢流预警监测方法还包括视频监测步骤，具体如下：

摄像头14持续采集箱体4内视频信号，并将采集到的视频信号输出至流量控制计算机9。此步骤的设置，用于最终的确认，防止因钻井液溢流预警监测系统部件损坏或异常造成的误报。

本发明溢流管5入口位置高于主计量管路8出口位置，可保证主计量管路8满管，从而保证后续计量的准确度；溢流管5的流通能力大于泥浆入管1的流通能力且泥浆入管1的流通能力大于小微量泥浆出口41的流通能力，可充分保证整个装置的流通能力，防止泥浆流体因流通不及时造成溢流；箱体4同时设置小微量泥浆出口41和溢流管5，保证无流量或生产停止时泥浆可及时排出；泥浆流槽6侧面与箱体4小微量泥浆出口41对应的位置设置小微量流量传感器7，主计量管路8底部设置取样计量管路10且取样计量管路10上设有气液两相质量流量计11，钻机停机时，可检测微量泥浆溢流并进行报警，保证钻井的安全；通过本装置各部件的合理布置，可节约成本，提高测量的精度。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。