一种井口返出流量测量方法技术

本申请涉及石油工程钻井技术领域，公开了一种井口返出流量测量方法，利用在线监测系统实现了管道内液位高度和流体流速的测量，同时还配套有高度自动校正模块，因此不仅成本更低，测量流量也更加精确，同时整个在线监测系统对现场的安装要求更低，安装更加方便，最后通过积分的方法将管道内的流量测量数据实现了离散化处理，抗干扰能力有了进一步的提高。抗干扰能力有了进一步的提高。抗干扰能力有了进一步的提高。

【技术实现步骤摘要】
一种井口返出流量测量方法


[0001]本申请涉及石油工程钻井
，更具体的说，涉及一种井口返出流量测量方法。

技术介绍

[0002]钻井井口返出流量是溢漏分析的最直接的指标，因此，实现流量的高精度监测，有利于快速发现管道溢漏。目前，井队普遍使用的是8L03型出口流量计，该装置采用接触式测量，存在测量精度差、测量数据波动大等问题，无法给现场人员提供定量分析。
[0003]经分析，造成接触式测量误差大的问题主要有以下原因：
[0004]1、来流的钻井液密度、粘度、波浪、液面高度都对挡板摆动产生重要的影响，无法准确界定流量的变化，是误差大的主要原因。
[0005]2、测量过程中钻井液固相粘附在挡板上，造成挡板的重量改变，进而引起持续测量误差。
[0006]3、挡板的安装位置不同，导致与流体接触的面积不同，也会影响测量精度。
[0007]针对以上问题，研究人员做出了大量研究分析。例如在现有技术中，公开号为：CN102704874A，公开日为：2012年10月03日，专利技术名称为“一种钻井液返出流量检测装置及方法”的专利公开文本，其技术方案为：装置由安装于井筒钻井液返出口(3)与振动筛(4)之间的一个或多个流量测量短节(5)组成，所述的流量测量短节(5)包括矩形截面过流段(6)和位于矩形截面过流段(6)两端的喇叭口缓冲段，矩形截面过流段(6)顶部安装有液位传感器(1)，矩形截面过流段(6)内部液流中安装有流速传感器(2)，液位传感器(1)、流速传感器(2)分别与计算及显示报警单元(8)电连接。
[0008]上述现有技术虽然能够实现井口返出流量的实时测量，但是由于其采用接触式方式测量流速，因此长期使用可靠性低，并且上述装置在安装使用时，需要对井口防溢管进行改动，还存在工作量大的问题。

技术实现思路

[0009]针对上述现有技术中存在的问题和缺陷，本申请提供了一种井口返出流量测量方法，在线监测系统实现了管道内液位高度和流体流速的测量，并且还能自动校正管道内的真实液位高度，不仅成本更低，同时测量流量也更加精确，最后将流量测量通过积分的方法实现了离散化处理，抗干扰能力进一步提高。
[0010]为了实现上述专利技术目的，本申请的技术方案如下：
[0011]一种井口返出流量测量方法，所述方法包括以下步骤：
[0012]a、空管对中，将信号探头装置中位于中间位置的信号发生探头水平移动找到管道的最低点，所述信号探头装置安装在管道外表面；
[0013]b、分别读取管道上两个角度传感器的测量数据a和b以及信号探头装置中其余信号发生探头的初始测量值H
n
，两个角度传感器均安装在管道外表面，其中，a表示信号发生
探头信号发射线与竖直方向的夹角，b表示管道与竖直方向的夹角，H
n
表示各信号发生探头到空管管道底部内壁的距离；
[0014]c、校正真实高度，根据步骤b得到信号发生探头到管道底部内壁的垂直距离H
真
；
[0015]H
真
＝H
n
×
sin(a+b)
ꢀꢀ
(式1)；
[0016]d、计量时，获取各信号发生探头的发射信号与反射信号的时间差，计算得到信号发生探头到管道内液面的直线距离h
n
并采用步骤c中的公式1进行校正从而得到各信号发生探头到管道内液面的垂直距离h
真
，分别计算各信号发生探头测得的管道内液位高度h，利用最小二乘法换算出管道内的平均液位高度h
液
；
[0017]e、计算各信号发生探头的发射信号与反射信号的频率差，得到管道内液体的实时流速测量值V
n
，并根据最小二乘法拟合液体流速V
液
；
[0018]f、将1S划分为n个采样点，根据管道内平均液位高度h
液
以及平均液体流速V
液
计算单个采样点的实时微流量q，叠加n个采样点的实时微流量得到最终的每秒实时输出流量Q；其中，单次采样点的实时微流量q通过以下公式计算：
[0019]令
[0020]若R-h
液
＞0，则
[0021]若R-h
液
＝0，则q＝0.5πR2×
V
液
×
t；
[0022]若R-h
液
＜0，则
[0023]其中，R为管道内径，t为单次采样时间。
[0024]优选地，所述步骤a中，位于中间位置的信号发生探头水平移动并不断发射信号，通过发射信号和反射信号的时间差计算得到信号发生探头到管道底部内壁的距离，当找到信号发生探头到管道底部内壁的最大距离时，此时即为管道的最低点。
[0025]优选地，所述步骤b中，根据各信号发生探头的发射信号与反射信号的时间差，计算得到信号发生探头到空管管道底部内壁的距离H
n
。
[0026]优选地，所述步骤d中，根据式2计算信号发生探头测得的管道内液位高度h；
[0027]h＝max(H
真
)-h
真
ꢀꢀ
(式2)。
[0028]优选地，所述步骤d中，根据各信号发生探头测得的管道内液位高度h，取其算术平均值作为管道内液体的平均液位高度h
液
。
[0029]优选地，所述步骤e中，根据各信号发生探头测得的液体实时流速测量值V
n
，取其算术平均值作为管道内液体的实测流速V
液
。
[0030]优选地，所述测量方法还包括：在得到管道内流体实时流量后，根据每个时刻的实时流量绘制流量曲线图。
[0031]优选地，所述两个角度传感器中，其中一个角度传感器与信号探头装置安装在同一安装平面的两侧。
[0032]优选地，所述信号探头装置以及一号角度传感器均设置在安装壳体内，安装壳体通过连接法兰与管道连接，连接法兰上设置有局部镂空的套筒。
[0033]本申请的有益效果：
[0034](1)本申请利用在线监测系统实现了管道内液位高度和流体流速的测量，同时还配套有高度自动校正模块，因此不仅成本更低，测量流量也更加精确，同时整个在线监测系统对现场的安装要求更低，安装更加方便，最后通过积分的方法将管道内的流量测量数据实现了离散化处理，抗干扰能力有了进一步的提高。
[0035](2)由于本申请采用非接触式的方法测量流体流速，因此整个监测系统的寿命也更长，长期使用可靠性高。
[0036](3)本申请中，连接法兰上设置的套筒采用局部镂空结构设计，因此能够方便高温钻井液蒸汽排出。
附图说明
[0037]本申请的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：
[0038]图1为本申请方法流程图；
[0039]图2为本申请原理图；
[0040]图3为本申请本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种井口返出流量测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：a、空管对中，将信号探头装置(1)中位于中间位置的信号发生探头(11)水平移动找到管道的最低点，所述信号探头装置(1)安装在管道外表面；b、分别读取管道上两个角度传感器的测量数据a和b以及信号探头装置(1)中其余信号发生探头(11)的初始测量值H
n
，两个角度传感器均安装在管道外表面，其中，a表示信号发生探头(11)信号发射线与竖直方向的夹角，b表示管道与竖直方向的夹角，H
n
表示各信号发生探头(11)到空管管道底部内壁的距离；c、校正真实高度，根据步骤b得到信号发生探头(11)到管道底部内壁的垂直距离H
真
；H
真
＝H
n
×
sin(a+b)
ꢀꢀ
(式1)；d、计量时，获取各信号发生探头(11)的发射信号与反射信号的时间差，计算得到信号发生探头到管道内液面的直线距离h
n
并采用步骤c中的公式1进行校正从而得到各信号发生探头(11)到管道内液面的垂直距离h
真
，分别计算各信号发生探头(11)测得的管道内液位高度h，利用最小二乘法换算出管道内的平均液位高度h
液
；e、计算各信号发生探头(11)的发射信号与反射信号的频率差，得到管道内液体的实时流速测量值V
n
，并根据最小二乘法拟合液体流速V
液
；f、将1S划分为n个采样点，根据管道内平均液位高度h
液
以及平均液体流速V
液
计算单个采样点的实时微流量q，叠加n个采样点的实时微流量得到最终的每秒实时输出流量Q；其中，单次采样点的实时微流量q通过以下公式计算：令若R-h
液
＞0，则若R-h
液
＝0，则q＝0.5πR2×
V
液
×
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雷，魏强，段慕白，范黎明，万夫磊，何弦桀，李伟成，唐贵，张继川，黄崇君，刘殿琛，姚建林，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：