一种井下气液固三相流超声波气侵监测系统及实施方法技术方案

技术编号:28613639 阅读:20 留言:0更新日期:2021-05-28 16:08
本发明专利技术涉及一种井下气液固三相流超声波气侵监测系统及实施方法,属于油气钻井的技术领域,所述监测系统包括分散相体积分数监测模块和分散相速度监测模块,所述分散相体积分数监测模块用于监测环空钻井液中分散相的体积分数;所述分散相速度监测模块用于监测环空钻井液中分散相的上返速度。通过监测水平截面内分散相的体积分数,结合监控环空中的分散相速度,即可准确判别井下的气侵是否发生并精确计算出气液固三相流中气体的体积分数,不需要将气体和固体分离,有效解决了超声波对气液固三相流中岩屑和气泡分辨率低的难题,并适用于井下近钻头和深水隔水管,具有较大的推广价值。

【技术实现步骤摘要】
一种井下气液固三相流超声波气侵监测系统及实施方法
本专利技术属于油气钻井领域,具体地,涉及一种井下气液固三相流超声波气侵监测系统及实施方法。
技术介绍
井下气侵监测将传感器安装于隔水管底部或井底的近钻头附近,较常规地面监测方法具有显著的时效性优势,是气侵早期监测技术的发展方向。其中,超声波监测气侵的有效性已得到了一系列理论、实验和现场试验的验证,且超声波具有高聚焦、无需破坏管柱结构等优点,具有较大的发展潜力。随着井下超声波监测气侵研究的不断深入,超声波对气液两相流中的含气率监测问题已初步得到解决,但目前的研究也表明,超声波对气液固三相流中的岩屑和气泡的分辨能力较低,而实际钻井过程中,岩屑是客观存在的,较大程度影响了超声波监测气侵结果的准确性和可靠性。为此,中国专利文献CN111364979A公开了一种基于超声波的井下气侵监测系统,该监测系统包括固定于钻杆上的超声波气侵监测装置,还包括位于超声波气侵监测装置下方的环空气固分离装置,该环空气固分离装置包括自上而下依次固定于钻杆上的涡轮和气固预分离装置。该系统不但可以有效分离井下气侵气体和岩屑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井下气液固三相流超声波气侵监测系统,其特征在于:包括附着管道(1)、密封保护壳(2)、分散相体积分数监测模块(3)和分散相速度监测模块(4),所述密封保护壳(2)固定设置在附着管道(1)侧壁上,所述分散相体积分数监测模块(3)和分散相速度监测模块(4)自上而下依次设置在密封保护壳(2)内;/n所述分散相体积分数监测模块(3)用于监测环空钻井液中分散相的体积分数;/n所述分散相速度监测模块(4)用于监测环空钻井液中分散相的上返速度。/n

【技术特征摘要】
1.一种井下气液固三相流超声波气侵监测系统,其特征在于:包括附着管道(1)、密封保护壳(2)、分散相体积分数监测模块(3)和分散相速度监测模块(4),所述密封保护壳(2)固定设置在附着管道(1)侧壁上,所述分散相体积分数监测模块(3)和分散相速度监测模块(4)自上而下依次设置在密封保护壳(2)内;
所述分散相体积分数监测模块(3)用于监测环空钻井液中分散相的体积分数;
所述分散相速度监测模块(4)用于监测环空钻井液中分散相的上返速度。


2.如权利要求1所述的井下气液固三相流超声波气侵监测系统,其特征在于:所述分散相体积分数监测模块(3)包括超声波体积分数监测装置(5),所述超声波体积分数监测装置(5)用于向环空内水平发射超声波,并接收经分散相反射、散射、衍射而产生的超声波。


3.如权利要求2所述的井下气液固三相流超声波气侵监测系统,其特征在于:所述超声波体积分数监测装置(5)包括超声波双晶探头T1(6)、超声波单晶接收探头T2(7)和超声波单晶接收探头T3(8),所述超声波双晶探头T1(6)、超声波单晶接收探头T2(7)和超声波单晶接收探头T3(8)沿附着管道(1)圆周方向均匀排布固定设置在附着管道(1)侧壁上,即相邻夹角为120°并位于同一水平截面,所述截面设为A1截面;
所述附着管道(1)为隔水管道(13),所述密封保护壳(2)设置在所述隔水管道(13)外部。


4.如权利要求2所述的井下气液固三相流超声波气侵监测系统,其特征在于:所述超声波体积分数监测装置(5)包括N个超声波双晶探头Yi,N个所述超声波双晶探头Yi沿附着管道(1)圆周方向均匀排布固定设置在附着管道(1)侧壁上,即相邻夹角为360°/N并位于同一水平截面,所述截面设为A2截面,其中i=1,2,3,...,N,N为自然数并且大于等于3;
所述附着管道(1)为工具短节(9),所述密封保护壳(2)设置在工具短节(9)内部。


5.如权利要求3或4所述的井下气液固三相流超声波气侵监测系统,其特征在于:所述分散相速度监测模块(4)包括超声波速度监测装置(14),所述超声波速度监测装置(14)包括超声波发射模块(15)和超声波接收模块(16),所述超声波发射模块(15)设置在超声波接收模块(16)上方,所述超声波发射模块(15)用于向环空斜下方发射超声波;所述超声波接收模块(16)用于接收所述超声波发射模块(15)发出的超声波和经分散相反射、散射、衍射而产生的超声波。


6.如权利要求5所述的井下气液固三相流超声波气侵监测系统,其特征在于:所述超声波发射模块(15)包括超声波单晶发射探头H1(17)、超声波单晶发射探头H2(18)和超声波单晶发射探头H3(19),所述超声波单晶发射探头H1(17)、超声波单晶发射探头H2(18)和超声波单晶发射探头H3(19)沿附着管道(1)圆周方向均匀排布固定设置在附着管道(1)侧壁上,即相邻夹角为120°并位于同一水平截面,所述截面设为B截面;
所述超声波接收模块(16)包括超声波单晶接收探头h1(20)、超声波单晶接收探头h2(21)和超声波单晶接收探头h3(22),超声波单晶发射探头H1(17)和超声波单晶接收探头h1(20)、超声波单晶发射探头H2(18)和超声波单晶接收探头h2(21)、超...

【专利技术属性】
技术研发人员:许玉强李兵硕管志川李雅婷廖华林史玉才刘永旺
申请(专利权)人:中国石油大学华东
类型:发明
国别省市:山东;37

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