一种基于瞬时流量进行早期井涌溢流实时监测的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于瞬时流量进行早期井涌溢流实时监测的方法，运用井口瞬时流量计，泥浆压力传感器，泥浆液位计对井口返出的钻井液进行实时监控，提早发现井涌溢流，解决当前早期井涌溢流实时性和准确性较差的问题。本发明专利技术在钻井现场，利用相关测量装置采集井筒内压力、温度和流体体积，不受井眼尺寸和钻机类型的限制，所以监测方法简单、快速、有效。本发明专利技术由于根据井筒内压力、温度、流体体积以及直井段、水平段的摩阻/扭矩数据一同综合分析，所需参数可通过地面测量数据精确得到，可以更加迅速准确的对早期井涌溢流进行实时监测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钻井施工
，尤其涉及一种基于瞬时流量进行早期井涌溢流实时监测的方法。
技术介绍
井涌溢流是影响钻井施工安全的钻井复杂情况，井涌溢流不仅在一定程度上阻碍钻井作业的正常进行，降低钻井效率，甚至导致井眼报废造成大量人员伤亡。井涌溢流的早期发现将赢得宝贵的井控时间，降低事故排除及二次井控的难度。目前，国内早期井涌溢流实时监测方法主要有地面监测和井下监测两种。其中地面监测经济实用但缺乏及时性和准确性；井下监测方法虽然及时准确，但目前技术不够成熟，而且系统成本也极高，很难实现工业化的推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于瞬时流量进行早期井涌溢流实时监测的方法，旨在提供一种成本较低，较为准确和迅速的实现早期井涌溢流实时监测的方法。本专利技术是这样实现的，一种基于瞬时流量进行早期井涌溢流实时监测的方法，所述基于瞬时流量进行早期井涌溢流实时监测的方法运用井口瞬时流量计，泥浆压力传感器，泥浆液位计对井口返出的钻井液进行实时监控，发现井涌溢
流；利用相关测量装置采集井筒内压力、温度和流体体积；根据井筒内压力、温度、流体体积以及直井段、水平段的摩阻/扭矩数据一同综合分析。通过对相关数据的测量和计算，及时判断是否发生了井涌溢流，达到对早期井涌溢流进行实时监测的技术效果。进一步，所述基于瞬时流量进行早期井涌溢流实时监测的方法通过泥浆压力传感器采集的数据，泥浆液位计液位的变化，实时对泥浆泵的排量进行监测；根据泥浆泵排量计算模型计算出泵排量Q，用Q入和Q出分别表示泥浆泵在指定相同的时间段内泵入的流量和泵出的流量；△Q＝Q出-Q入，△Q表示泵出和泵入的泥浆的差值；根据流体热膨胀模型计算出流体热膨胀量Q热。进一步，所述基于瞬时流量进行早期井涌溢流实时监测的方法当摩阻/扭矩参数发生明显的变化时，井下发生井壁崩落；摩阻/扭矩参数通过地面测量数据精确得到。本专利技术提供的基于瞬时流量进行早期井涌溢流实时监测的方法，运用井口瞬时流量计，泥浆压力传感器，泥浆液位计对井口返出的钻井液进行实时监控，判断是否发生井涌溢流；利用相关测量装置采集井筒内压力、温度和流体体积；根据所建立的数学模型计算泵排量的变化，流体热膨胀量，以及直井段、水平段的摩阻/扭矩；通过对相关数据的实时测量和相关模型的计算，进行综合分析，及时判断是否发生了井涌溢流，达到对早期井涌溢流进行实时和准确的监测的目的。与现有技术相比，本专利技术所述的基于瞬时流量进行早期井涌溢流监测的方法具有以下优点：(1)本专利技术在钻井现场，利用相关测量装置采集井筒内压力、温度和流体体积，其所采集的数据为判断早期井涌溢流的发生提供了三个方面的重要数
据，而且不受井眼尺寸和钻机类型的限制，其中压力和温度可由响应的压力传感器和温度传感器在很短的时间内测得并响应，流体体积可以通过所建立的数学模型计算得到，所以监测方法简单、快速。(2)本专利技术由于根据井筒内压力、温度、流体体积以及直井段、水平段的摩阻/扭矩数据一同综合分析，所需参数可通过地面测量数据精确得到，因此可以更加迅速准确的对早期井涌溢流进行实时监测。(3)本专利技术利用瞬时流量计配合泥浆压力传感器，泥浆液位计。可以准确的对泥浆泵的排量进行计算与实时监测，其中泥浆压力传感器的响应频率≤50HZ，稳定性能为±0.1％FS/年，可实时并可靠地对早期井涌溢流进行监测。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于瞬时流量进行早期井涌溢流实时监测的方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的泥浆泵排量计量结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。如图1所示，本专利技术实施例的基于瞬时流量进行早期井涌溢流实时监测的方法包括以下步骤：(A)在井口安装一个钻井液返出瞬时流量计，将泥浆循环池连接一泥浆泵，泥浆泵配套安装一泥浆压力传感器、一泥浆液位计，用来实时计量泥浆泵排量的变化。(B)启动泥浆泵，使泥浆开始循环，在循环过程中，通过泥浆压力传感器采集的数据和泥浆液位计液位的变化，实时对泥浆泵的排量进行监测。开泵工作时，由于泥浆内或者泵缸中可能含有气体，影响泵的吸入充满程度；排出阀和吸入阀都未能及时关闭，活塞、泵阀及其它密闭效果不良，可能引起高压液体漏失等因素都有可能使泵的实际排量发生变化，使得泵入井内泥浆流量发生变化，结果导致井底压力激动，进而由于井筒环空的活塞效应，使得出口泥浆流量也会随着泵的排量变化而发生波动。因此排除泥浆泵排量变化因素有利于准确监测出口泥浆瞬时流量。本专利技术通过泥浆泵冲数、泵容积和泵排量系数等参数建立模型，得到泥浆泵排量。由于泥浆泵在工作时，受到诸如泵缸含气、密封不严等因素的影响，泵在单位时间内实际排液量要小于理论排液量。在现场实际应用中，泥浆泵分为单作用泵和双作用泵，设实际平均排量为Q，则根据现场实际情况，选择合适的泵排量计算模型：单作用泵的实际平均排量为：Q＝βmnLS1；双作用泵的实际平均排量为： Q = β m n L ( 2 S 1 - S 2 ) = 1 4 π β m n L ( 2 D 2 - d 2 ) ; ]]>式中：S1─泵活塞横断面积，S1＝πD2/4,分米2；S2─拉杆横断面积，S2＝πd2/4,分米2；L─活塞冲程，分米；n─活塞冲次数，冲/分；m─泥浆泵缸数；β─泥浆泵排量系数，一般β＝0.8～0.96；Q─泥浆泵排量，升/分；D─泵活塞宽度，m；d─拉杆宽度，m。用Q入和Q出分别表示泥浆泵在指定相同的时间段内泵入的流量和泵出的流量。△Q＝Q出-Q入，△Q表示泵出和泵入的泥浆的差值。(C)根据本专利技术提出的流体热膨胀模型计算出流体热膨胀量Q热，一般情况下，流体体积随温度改变而变化的性质称为流体的热膨胀性，任何流体都具有热膨胀性。本专利技术钻井液的该特性对于提高出口泥浆瞬时流量的监测精度具有重要意义。Q热定义为在压强不变的条件下温度升高一个单位时流体体积的相对增加量。地层温度梯度即地温梯度，指地层单位深度下的地层温度的增高量。本专利技术建立的由于钻井液热膨胀效应引发的流体体积变化量为：式中：表征温度影响因素的被称为等压热膨胀系数，℃-1，表示流体在所受压强一定的情况下，温度每升高1℃，流体体积的相对膨胀率；Q热─流体热膨胀量，m3；V─流体初始体积，m3；ΔT─泥浆温度变化量，℃；t0─泥浆地面温度，℃，本专利技术假设为入口温度；t2─地层温度，℃；c─泥浆比热容，J/(kg·℃)；m─环空泥浆质量，kg；r2─井内环空外径，m；r1─井内环空内径，m；λ─物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于瞬时流量进行早期井涌溢流实时监测的方法，其特征在于，所述基于瞬时流量进行早期井涌溢流实时监测的方法运用井口瞬时流量计，泥浆压力传感器，泥浆液位计对井口返出的钻井液进行实时监控，发现井涌溢流；利用相关测量装置采集井筒内压力、温度和流体体积；根据井筒内压力、温度、流体体积以及直井段、水平段的摩阻/扭矩数据一同综合分析；通过对相关数据的测量和计算，及时判断是否发生了井涌溢流，达到对早期井涌溢流进行实时监测。

【技术特征摘要】
1.一种基于瞬时流量进行早期井涌溢流实时监测的方法，其特征在于，所述基于瞬时流量进行早期井涌溢流实时监测的方法运用井口瞬时流量计，泥浆压力传感器，泥浆液位计对井口返出的钻井液进行实时监控，发现井涌溢流；利用相关测量装置采集井筒内压力、温度和流体体积；根据井筒内压力、温度、流体体积以及直井段、水平段的摩阻/扭矩数据一同综合分析；通过对相关数据的测量和计算，及时判断是否发生了井涌溢流，达到对早期井涌溢流进行实时监测。2.如权利要求1所述的基于瞬时流量进行早期井涌溢流实时监测的方法，其特征在于，所述基于瞬时流量进行早期...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁海波，张弓，郭智勇，张禾，王智，孙语岐，杨明嵛，邹佳玲，徐少枫，赵浩良，万永胜，邓中强，谭芸，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51