固井胶塞定位系统及其定位方法技术方案

本发明专利技术提出了一种固井胶塞定位系统及其定位方法，所述系统包括位于管柱内的胶塞、第一主动声呐和计量装置，其中第一主动声呐向管柱内发送声波以及接收碰到所述胶塞后反射的声波，所述计量装置根据发送和接收的声波时间差以及得到的所述声波在所述管柱内的钻井液中的传播速度从而定位所述胶塞在管柱中的位置。该系统能够更准确地定位胶塞在管柱中的位置。

【技术实现步骤摘要】
固井胶塞定位系统及其定位方法
本专利技术涉及石油钻井和固井
，具体涉及一种固井胶塞定位系统及其定位方法。
技术介绍
固井过程中，使用钻井液顶替泥浆。水泥浆不能出管鞋，否则发生替空，影响固井质量。同时，不能留有过长的水泥塞以免给后续施工带来影响。因此，需要对钻井液的泵入量进行计算和监控，但受到井径不规则、计量精度等的影响，在实际施工过程中，不能保证计量十分精确。目前，常用的钻井液计量方法主要有：1)罐计量。通过计算泥浆罐中页面的高度变化差，乘以泥浆罐的底面积，理论上可以得知泵入井内的钻井液总量。但是，在固井施工中由于多次倒罐，易发生串罐，导致罐计量不准；2)流量计计量。在管线中安装流量计，流量计可以显示实时流速、总的流量。但是固井过程中，现场指挥人员会根据情况调整排量，造成排量高低变化，排量的波动会导致流量计计量不准；3)泵冲计量。通过对泥浆泵的泵冲数量进行累计，乘以一个冲程的泵入量，可以得知总的泵入井内的钻井液总量。但是，泵的上水系数不同，计算同样存在误差；4)胶塞碰压。固井胶塞是固井作业过程中重要的工具附件，在泵送水泥浆后、泵送钻井液前投放胶塞。胶塞的主要作用有三个：一来可以分隔水泥浆和钻井液，防止互串，影响固井质量；二来胶塞上的胶碗起到刮钻杆、管柱内壁水泥浆的作用；三来可以起到钻井液到位的显示作用，在管串的设计位置有胶塞碰压座，当胶塞达到碰压座时，胶塞无法继续下行，胶塞上方形成密封，管柱压力升高。现场指挥人员观察到压力升高后，停止泵入钻井液，此时施工顺利结束。该方法是现场判断胶塞到位的关键依据。但如果固井胶塞发生损坏，与胶塞碰压座密封不严，导致固井胶塞到位后，压力无明显升高，影响现场工程师判断，将带来替空的风险隐患。另外，有时在实际施工过程中，由于胶塞与碰压座的密封问题或施工压力过高，导致胶塞到位后未能显示出明显的压力上升，会导致决策失误，造成替空。
技术实现思路
针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本专利技术提出了一种固井胶塞定位系统及其定位方法，能够更准确地定位胶塞在管柱中的位置。为了实现以上技术目的，本专利技术提供以下技术解决方案。一方面，本专利技术提出了一种固井胶塞定位系统，该系统包括位于管柱内的胶塞，还包括第一主动声呐和计量装置，其中第一主动声呐向管柱内发送声波以及接收碰到所述胶塞后反射的声波，所述计量装置根据发送和接收的声波时间差以及得到的所述声波在所述管柱内的钻井液中的传播速度从而定位所述胶塞在管柱中的位置。在本专利技术的固井胶塞定位系统中，通过第一主动声呐发送声波来测量和实时获得胶塞在管柱中的位置，相比现有通过压力上升等方式，通过声波传送与反射的测量方式不容易受到固井胶塞发生损坏或胶塞碰压座密封不严等情况的影响，能更准确地定位胶塞在管柱中的位置。在实施时，所述计量装置包括第二主动声呐、控制器、标定液罐以及与所述胶塞同材质的胶皮件，所述胶皮件设置在所述标定液罐的底部，所述第二主动声呐设在所述标定液罐上方，所述控制器与所述第二主动声呐电连接。通过第二主动声呐和标定液灌来获得声波在该种钻井液中的传播速度。在实施时，所述计量装置还包括流量计，所述流量计与所述标定液罐的入口以及所述管柱的出口连接，计量流出所述管柱以及流入所述标定液罐的钻井液的流动速度。在实施时，所述第一主动声呐向所述管柱内发送声波，声波碰到胶塞后反射，所述第一主动声呐接收到回波后，计算两个声波的时间差，所述时间差乘以声波在该种钻井液中的传播速度后再除以2，获得所述胶塞距离管柱出口的实时位置。即胶塞在管柱中的实时位置S＝声波在钻井液中的传播速度v*时间差ΔT/2。在实施时，所述第一主动声呐向所述管柱内发送声波，声波碰到胶塞后反射，所述第一主动声呐接收到回波后，将两个声波的时间差发送给控制器，所述控制器计算获得胶塞的实时位置。在实施时，所述第二主动声呐向所述标定液罐发送声波和接收所述胶皮件反射的声波，并将计量的两个声波的时间差传递给所述控制器，所述控制器计算获得声波在所述钻井液中的传播速度，所述标定液罐内的钻井液与所述管柱内的钻井液是同一种。测声波在同一种钻井液中的传播速度，由于标定液灌的高度一般是已知或者能够测量得到，因此，通过控制器容易测得声波在该特定钻井液中的传播速度。另一方面，本专利技术还提出了一种固井胶塞定位方法，该方法包括以下步骤：向管串内泵入设计量的水泥浆，倒换水泥头的阀门，胶塞进入管柱内，泵入钻井液；第一主动声呐通电向管柱内发送声波，接收到从胶塞反射的声波后，计算得到两个声波的时间差；第二主动声呐向标定液罐发送声波，接收到声波后，发送时间差给控制器计算获得所述声波在所述标定液罐内的钻井液中的传播速度；根据所述声波的传播速度以及在管柱内的时间差计算所述胶塞在管柱中的实时位置。在实施时，根据所述声波的传播速度以及在管柱内的时间差计算所述胶塞在管柱中的实时位置包括：所述控制器根据两个声波的时间差乘以声波在该种钻井液中的传播速度后再除以2，获得胶塞的实时位置。在实施时，所述第二主动声呐向所述标定液罐发送声波和接收碰到所述胶皮件后反射的声波，并将计量的时间传递给所述控制器计算所述声波在所述标定液罐内的钻井液中的传播速度。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术可以通过声波测量得知胶塞的实时位置，从而用于校对罐计量、流量计计量、泵冲计量的准确性。为固井施工决策者提供参考，提高固井质量。另外，为提高声波在钻井液中的速度计算准确度，设计有一个标定液罐。流入标定液罐的钻井液与固井时使用的钻井液一样，标定液罐的底部铺设有与固井胶塞同材质的胶皮件。由于标定液罐的高度为标准值，主动声呐向标定液罐内发送声波时，声波碰到标定液罐底部的胶皮件后发射，主动声呐接收到回波后，通过控制器计算两个声波的时间差，可以得到声波在该种钻井液中的传播速度。由于钻井液不一定均质，通过实时计算传播速度，可以获得更准确的胶塞位置。附图说明下面将结合附图来对本专利技术的优选实施例进行详细地描述，在图中：图1显示了根据本专利技术的固井胶塞定位系统的一个实施例。附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。具体实施方式为了使本专利技术的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本专利技术的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。专利技术人在专利技术过程中注意到，现有的罐计量、流量计计量、泵冲计量等计量方式存在计量不准确的问题。而固井作业中采用胶塞碰压方式时，在水泥浆和钻井液中投放胶塞，在管串的设计位置有胶塞碰压座，当胶塞达到碰压座时，胶塞无法继续下行，胶塞上方形成密封，管柱压力升高。胶塞到位后明显的压力上升是判断胶塞到位的依据，但若固井胶塞发生损坏、与胶塞碰压座密封不严时，会带来固井胶塞到位后压力无明显升高的问题，从而影响决策判断，造成替空。针对以上不足，本专利技术的实施例提出了一种固井胶塞定位系统，下面进行说明。图1显示了本专利技术的固井胶塞定位系统的其中一种实施例。在该实施例中，本专利技术的固井胶塞定位系统主要包括位于管柱5内的胶塞2、第一主动声呐1和计量装置。其中，第一主动声呐1安装在井口，位于管柱5上方，第一主动声呐1主要是向管柱5内发送声波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固井胶塞定位系统，包括位于管柱内的胶塞，其特征在于，还包括第一主动声呐和计量装置，其中第一主动声呐向管柱内发送声波以及接收碰到所述胶塞后反射的声波，所述计量装置根据发送和接收的声波时间差以及得到的所述声波在所述管柱内的钻井液中的传播速度从而定位所述胶塞在管柱中的位置。

【技术特征摘要】
1.一种固井胶塞定位系统，包括位于管柱内的胶塞，其特征在于，还包括第一主动声呐和计量装置，其中第一主动声呐向管柱内发送声波以及接收碰到所述胶塞后反射的声波，所述计量装置根据发送和接收的声波时间差以及得到的所述声波在所述管柱内的钻井液中的传播速度从而定位所述胶塞在管柱中的位置。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计量装置包括第二主动声呐、控制器、标定液罐以及与所述胶塞同材质的胶皮件，所述胶皮件设置在所述标定液罐的底部，所述第二主动声呐设在所述标定液罐上方，所述控制器与所述第二主动声呐电连接。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述计量装置还包括流量计，所述流量计与所述标定液罐的入口以及所述管柱的出口连接，计量流出所述管柱以及流入所述标定液罐的钻井液的流动速度。4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述第一主动声呐向所述管柱内发送声波，声波碰到胶塞后反射，所述第一主动声呐接收到回波后，计算两个声波的时间差，所述时间差乘以声波在该种钻井液中的传播速度后再除以2，获得所述胶塞距离管柱出口的实时位置。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一主动声呐向所述管柱内发送声波，声波碰到胶塞后反射，所述第一主动声呐接收到回波后，将两个声波的时间差发送给控制器，所述控制器计算获得胶塞的实时位置。6.根据权利要求2至5...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晨熙，戴文潮，张奎林，程光明，尹慧博，崔晓杰，朱玉杰，侯乃贺，薛占峰，张瑞，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11