一种非侵入式气体钻井随钻返出岩屑量定量检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种非侵入式气体钻井随钻返出岩屑量定量检测系统，包括所述检测系统包括岩屑流量传感器、变送器、气体质量流量计、岩屑检测现场服务器、通信以太网络和录井数据(立压、悬重、扭矩、转速)等传感器接口组成。系统通过安装在排沙管道上的岩屑流量传感器采集信号，该信号经由过变送器将岩屑流量转化为4～20mA电流信号，送给岩屑检测现场服务器，同时通过通用以太网络将工程参数从其他计算机传送到中控计算机，实现数据的采集与处理；中控系统(7)通过对数据的分析，判断气体钻井携岩及井下复杂情况。本发明专利技术通过对岩屑实时流量及累计流量的分析，结合工程参数综合监测，可以满足现场施工的实际需要，预防气体钻井过程中井下突发问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气体钻井安全保障系统，涉及一种通过实时检测空气钻井返出岩屑量对井下安全进行评估的方法及设备。
技术介绍
气体钻井是利用空气或氮气作为循环介质的低压气相欠平衡钻井技术，以其经济、环保，高效等优势已逐步成为加快胜利西部新区勘探开发的重要手段。但由于地质不确定性、地层的不均质性及出水等原因，薄弱层出现坍塌掉块及岩屑吸水凝结无法返出的现象时有发生，如处理不当极易导致卡钻事故的发生，这严重威胁着气体钻井的井下安全。作为一项判断井筒内情况的重要参数，返出岩屑量一方面可以直接判断井壁的坍塌掉块情况，另一方面，它可以间接判断地层出水情况。马晓伟等人在《气体钻井返出岩屑监测方法研究》中提出了在排砂管线上安装冲刷力传感器,通过监测环空返出含砂气体对排砂管线内壁冲刷力变化来判断井下返砂情况的方法，但该方法只能够定性判断返砂情况，另外该方法属于侵入式测量，传感器要置入管道内部，在携砂气体的高速冲刷下，寿命难以保障，而且传感器精度较低，无法满足现场的需求。随钻岩屑返出情况是对井眼环空情况的直接反应和重要依据。因此，研究气体携岩机理，研发能够应用于现场的随钻岩屑检测设备十分有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术发展的需要，提供一种非侵入式气体钻井随钻返出岩屑量定量检测系统，在气体钻井过程中对返出岩屑量实时监控，对井底复杂情况及时预警、提高气体钻井的安全性。本专利技术的技术路线是通过在空气钻井中对返出岩屑量进行定量检测，通过返出岩屑量实时值和累计值，并综合其它工程参数进行计算来判断井下情况。该岩屑量数据通过岩屑流量传感器10采集。为实现上述目的，本专利技术给出如下技术方案：一种非侵入式气体钻井随钻返出岩屑量定量检测系统，该系统以岩屑检测现场服务器8为数据采集中心，通过传输总线送给中控计算机7进行计算和分析；岩屑检测现场服务器8主要由电源适配器17、本安栅模块18、数字量采集模块19和模拟量采集模块21组成；岩屑检测现场服务器8外部连接有气体质量流量计16、岩屑流量传感器变送器9、立压传感器2、悬重传感器3、扭矩传感器4、泵冲传感器5和通用以太网络总线6，其中气体质量流量计16设置在空压机组14与井口连接的供气管线15上，岩屑流量传感器变送器9与设置在排沙管道12上的岩屑流量传感器10连接，同时岩屑检测现场服务器8通过通用以太网络总线6与综合录井仪1和中控计算机7建立连接。上述方案进一步包括：所述岩屑流量传感器10采用MF3000微波固体流量传感器；所述立压传感器2采用霍尼韦尔高精度；所述泵冲传感器5为接近传感器。所述模拟量采集模块21为Remo8017模块电路；所述数字量采集模块19为Remo8052模块电路；所述本安栅模块18为D1010D模块电路；所述中控系统计算机7系统软件采用labview编写，包括数据采集、数据处理以及数据显示及保存部分。本专利技术的有益效果主要体现在：(一)可以实现气体钻井返出岩屑量的实时测量，实时监控井下返砂情况；(二)具有精度高，速度快的优点，测量不需要与介质接触，大大提高了设备使用寿命，更具实用性；(三)可有效避免多种卡钻事故的发生，保证气体钻进的井下安全；(四)配有多种信号接口，扩展性好；(五)软件采用模块化设计，便于升级维护；(六)采用高精度微波固体流量传感器以克服排沙管道中岩屑是稀相流动的特点，采用非接触测量方式，最大程度减小磨损；采用高精度压力传感器以解决泥浆钻井用压力传感器量程大但精度不高的问题。附图说明图1是本专利技术的一种非侵入式气体钻井随钻返出岩屑量定量检测系统的示意图。图1中：1.综合录井仪，2.立压传感器，3.悬重传感器，4.扭矩传感器，5.泵冲传感器，6.通用以太网络总线，7.中控系统计算机，8.岩屑检测现场服务器，9.岩屑流量传感器变送器，10.岩屑流量传感器，11.排沙管道特制短节。12.排沙管道，13.旋转控制头，14.空压机组，15.供气管线，16.气体质量流量计。图2是图1中岩屑检测现场服务器的电路连接图。图2中：17.AC220V/DC24V电源适配器，18.D1010D本安栅模块，19.Remo8052数字量采集模块，9.岩屑流量传感器变送器，21.Remo8017模拟量采集模块。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述：在图1中，空压机组14通过供气管线15将气体送入钻具内，经钻头环空，携砂气体从旋转控制头13处返出，通过排沙管道12，最终在排沙管末端经降尘泵排放到泥沙池。岩屑流量传感器10安装于从旋转控制头与降尘泵之间的直管段上，由加装了岩屑流量传感器接头的排沙管短节11接入管道。当气体携砂通过管道时，岩屑流量传感器10将读取到的岩屑流量信号通过四线芯电缆线送给岩屑流量传感器变送器9，变送器9将该信号转换为4-20mA的电流信号，经由RS485串口送给岩屑检测现场服务器8，与此同时，安装在供气管线15上的气体质量流量计16获取气体的实时流量，并将数据送达岩屑检测现场服务器8，来自其它传感器的数据一并送入岩屑检测现场服务器8。岩屑检测现场服务器8在收到信号后，由模拟量采集模块对信号进行初步处理打包，之后经由工业485总线6送达中控系统计算机7。综合录井仪1及其它计算机通过以太网与中控计算机连接。各工程参数监测单元的信号传送至中控系统计算机7后，通过对数据的汇总，图形比对，判断趋势以及对返出岩屑进行累计等技术手段可较早的发现和监测地层出水、掉块情况。所述中控系统计算机7安装有Labview编写的上位机串口通信程序，对现场服务器8发送来的ASCII协议的信号进行处理，获取从各传感器发送来的工程参数。参照附图2，所述岩屑检测现场服务器8用来接收并汇总各个传感器发来的模拟量信号，并将这些模拟量信号转换成为符合modbus/ASCII协议的信号发送给中控系统计算机7。岩屑检测现场服务器8由电源适配器17、Remo8017模拟量采集模块21、Remo8052数字量采集模块19、D1010D本安栅模块18以及岩屑流量传感器变送器20组成。电源适配器17将220V交流电转换为24V直流电，为服务器内的各模块及远端传感器使用；Remo8017模拟量采集模块21将各传感器送来的模拟量汇总并转换为符合modbus/ASCII协议的信号；Remo8052数字量采集模块19用来采集汇总数字量信号并转换为符合modbus的ASCII协议的信号。D1010本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非侵入式气体钻井随钻返出岩屑量定量检测系统，其特征在于：该系统以岩屑检测现场服务器(8)为数据采集中心，通过传输总线送给中控计算机(7)进行计算和分析；岩屑检测现场服务器(8)主要由电源适配器(17)、本安栅模块(18)、数字量采集模块(19)和模拟量采集模块(21)组成；岩屑检测现场服务器(8)外部连接有气体质量流量计(16)、岩屑流量传感器变送器(9)、立压传感器(2)、悬重传感器(3)、扭矩传感器(4)、泵冲传感器(5)和通用以太网络总线(6)，其中气体质量流量计(16)设置在空压机组(14)与井口连接的供气管线(15)上，岩屑流量传感器变送器(9)与设置在排沙管道(12)上的岩屑流量传感器(10)连接，同时岩屑检测现场服务器(8)通过通用以太网络总线(6)与综合录井仪(1)和中控计算机(7)建立连接。

【技术特征摘要】
1.一种非侵入式气体钻井随钻返出岩屑量定量检测系统，其特征在于：该
系统以岩屑检测现场服务器(8)为数据采集中心，通过传输总线送给中控计算
机(7)进行计算和分析；岩屑检测现场服务器(8)主要由电源适配器(17)、
本安栅模块(18)、数字量采集模块(19)和模拟量采集模块(21)组成；岩屑
检测现场服务器(8)外部连接有气体质量流量计(16)、岩屑流量传感器变送
器(9)、立压传感器(2)、悬重传感器(3)、扭矩传感器(4)、泵冲传感器(5)
和通用以太网络总线(6)，其中气体质量流量计(16)设置在空压机组(14)
与井口连接的供气管线(15)上，岩屑流量传感器变送器(9)与设置在排沙管
道(12)上的岩屑流量传感器(10)连接，同时岩屑检测现场服务器...

【专利技术属性】
技术研发人员：康波，孙宇，王树江，朱焕刚，王长军，朱晓明，荣海波，冯建生，苗智瑜，赵绪龙，李建新，
申请(专利权)人：中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，
类型：发明
国别省市：山东;37