利用大钩载重位移时点差异法计算钻杆长度、起下立柱排代量的方法及溢流监测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种利用大钩载重位移时点差异法计算钻杆长度、起下立柱排代量的方法及溢流监测系统。利用大钩载重位移时点差异法计算钻杆长度、起下立柱排代量的方法，其过程如下：实时监测游车高度H、大钩悬重W；根据获得的大钩悬重信号W实时计算单位时间内大钩悬重的差值Wt

【技术实现步骤摘要】
利用大钩载重位移时点差异法计算钻杆长度、起下立柱排代量的方法及溢流监测系统


[0001]本专利技术属于石油钻井工程
，涉及一种在石油钻井起钻过程中，运用大钩载重位移时点差异法自动计算钻杆长度、自动计算起下立柱的排代量、自动计算灌浆量以及自动判断是否有溢流发生并预警报警的方法和系统。

技术介绍

[0002]在石油钻井中，起钻灌浆与溢流监测是井控的重要一环。起钻作业时，随着钻杆从井筒中被起出，井筒内的泥浆液面会逐渐降低。为了平衡井底压力防止由于液柱压力降低而引发溢流，需要在起出立柱的同时（1个钻杆称为1个单根，3个单根连在一起称为一个立柱，诸多立柱在井筒内构成钻具组合），向井筒内的钻杆与套管之间的环空补充泥浆。目前，国内一般是由泥浆工目视起3
‑
5个立柱后，启动小灌浆泵的开关开始灌浆，当泥浆工看到井筒内的泥浆返流出回流槽则停止灌浆。然后泥浆工用量尺计量一下灌浆罐内泥浆液位下降了多少，计算出实际灌浆量，对照《井控坐岗观察记录表》看一看起出的3
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5个立柱的排代量（应灌浆量）是多少，再将实际灌浆量与应灌浆量对比，判断灌浆量有无异常，是否有溢流或井漏发生。以上方法它的隐患在于把安全性完全建立在人的自觉性上，灌与不灌、什么时候灌、灌多灌少、是否及时计量、是否有异常等等，完全是靠人工计算和判断，安全可靠性差。
[0003]为了解决现有起钻灌浆中存在的问题，申请人之前提出的专利技术专利《起下钻综合性监控操作系统》（专利号：201010614160.7），提出了一种石油钻井起下钻作业中自动判断起出立柱根数、自动灌浆的方法，但该方法只能判断起下立柱的根数。由于每根钻杆的长度不一样，所以每根立柱的长短也不一样。如果不能计算出立柱的具体排代量，就无法确定起钻时的应灌浆量或是下钻时的应返浆量，也就不能准确判断是否有溢流或井漏发生。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术在钻井起钻灌浆作业中存在的种种不足，本专利技术提供了一种利用大钩载重位移时点差异法计算钻杆长度、起下立柱排代量的方法；本专利技术同时提出一种实现前述方法的系统，能够自动计算钻杆长度和起下立柱排代量，并在此基础上进一步判断是否有溢流、井漏的情况发生，并在有溢流井漏发生时提供预警。
[0005]本专利技术所采取的系统及技术方法如下：一种利用大钩载重位移时点差异法计算钻杆长度、起下立柱排代量的方法，其通过控制器执行的过程如下：步骤S1，实时监测游车高度H、大钩悬重W；步骤S2，根据获得的大钩悬重信号W实时计算单位时间内大钩悬重的差值Wt
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Wt
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1：式中：Wt表示当前时刻t的大钩悬重值；Wt
‑
1表示前一时刻t
‑
1的大钩悬重值；
当前时刻t和前一时刻t
‑
1的时间差
△
t≤1000ms；步骤S3，记录起下钻开始和起下钻结束时的游车高度值：当且仅当Wt
‑
Wt
‑
1＞w时，起下钻开始，控制器记录游车高度H=H0；当且仅当Wt
‑
Wt
‑
1<
‑
w时，起下钻结束，控制器记录游车高度H=H1；其中，w为1个钻杆重量的基准悬重值，单位KN；步骤S4，利用位移时点差异计算立柱长度和排代量：步骤S4
‑
1，计算立柱长度：立柱的长度L=H1
‑
H0；如果所计算出的L值＞0，代表是起钻作业，所计算出的L为起出立柱的长度；如果所计算出的L值<0，代表是下钻作业，所计算出的L为下入立柱的长度；步骤S4
‑
2，计算排代量：一种型号的钻杆其单位长度的排代量为d，单位l/m，则一个立柱的排代量D=｜L｜d=｜H1
‑
H0｜d。
[0006]所述的利用大钩载重位移时点差异法计算钻杆长度、起下立柱排代量的方法，包括步骤S5，判断起下钻柱数：设C1为起钻计数器，C2为下钻计数器，h为1根立柱长度的基准值；当L＞h时，起立柱结束，计数器C1加计数1，如此累加，直至清0条件出现；当L<
‑
h时，下立柱结束，计数器C2加计数1，如此累加，直至清0条件出现；所述的利用大钩载重位移时点差异法计算钻杆长度、起下立柱排代量的方法，包括步骤S6，自动灌浆的过程：步骤S6
‑
1，设灌浆量为G，单位l/m；返浆量为F，单位l/m；步骤S6
‑
2，依据设定的灌浆条件如起n个立柱灌浆一次，则当C1=n时，系统启动灌浆泵自动灌浆，当灌浆至井口液位传感器见信号灌浆泵停止灌浆，同时计数器C1复位清0，n为大于等于1的自然数；步骤S6
‑
3，计算应灌浆量与实际灌浆量：应灌浆量=起出立柱的排代量=D；实际灌浆量G=灌浆罐内泥浆液位的降幅*灌浆罐单位体积；其中，灌浆罐内泥浆液位的降幅单位m；灌浆罐单位体积单位l/m。
[0007]所述的利用大钩载重位移时点差异法计算钻杆长度、起下立柱排代量的方法，包括步骤S7，溢流或井漏预警及报警过程：确定报警条件，当G
‑
D≧设定报警值时，发出井漏报警；G
‑
D≦设定报警值时，发出溢流报警。
[0008]所述的利用大钩载重位移时点差异法计算钻杆长度、起下立柱排代量的方法，包括步骤S8，计算应返浆量与实际返浆量：应返浆量=下入立柱的排代量=D；实际返浆量F=灌浆罐内泥浆液位的升幅*灌浆罐单位体积；灌浆罐内泥浆液位的升幅，单位m；灌浆罐单位体积单位l/m。
[0009]所述的利用大钩载重位移时点差异法计算钻杆长度、起下立柱排代量的方法，包括步骤S9，溢流或井漏预警及报警过程：确定报警条件，当F
‑
D≧设定报警值时，发出溢流报警；F
‑
D≦设定报警值时，发出井漏报警。
[0010]一种实现前述方法的溢流监测系统，包括信号采集单元、运算处理和控制单元以
及执行单元，所述信号采集单元统包括游车高度/绞车传感器、悬重传感器、以及井口液位传感器、灌浆罐液位传感器；所述运算处理和控制单元包括PLC、工控机、PLC+工控机或微控制器；所述执行单元包括灌浆泵、灌浆控制柜及报警器；所述运算处理和控制单元执行权利要求1所述的方法，实时采集游车高度传感器/绞车传感器、悬重传感器以及井口液位传感器以及灌浆罐液位传感器的信号，并依据设定参数分析判断是否在起钻，起钻柱数是多少，何时灌浆，应灌浆多少，并判断是否有溢流或井漏发生，若有异常及时报警。
[0011]所述的溢流监测系统，游车高度/绞车传感器安装在钻机上，采集游车高度信号；悬重传感器安装在钻机指重液压回路上，采集悬重信号；井口液位传感器装在在井筒溢流口处，采集井口液位信号；灌浆罐液位传感器安装于灌浆罐上，检测灌浆罐液位；所述各传感器输出信号接入运算处理和控制单元，运算处理和控制单元根据设定程序进行灌浆控制，并在检测到有溢流或井漏情况发生时，发出报警信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用大钩载重位移时点差异法计算钻杆长度、起下立柱排代量的方法，其特征在于：通过控制器执行的过程如下：步骤S1，实时监测游车高度信号H、大钩悬重信号W；步骤S2，根据获得的大钩悬重信号W实时计算单位时间内大钩悬重的差值Wt
‑
Wt
‑
1：式中：Wt表示当前时刻t的大钩悬重值；Wt
‑
1表示前一时刻t
‑
1的大钩悬重值；当前时刻t和前一时刻t
‑
1的时间差
△
t≤1000ms；步骤S3，记录起下钻开始和起下钻结束时的游车高度值：当且仅当Wt
‑
Wt
‑
1＞w时，起下钻开始，控制器记录游车高度H=H0；当且仅当Wt
‑
Wt
‑
1<
‑
w时，起下钻结束，控制器记录游车高度H=H1；其中，w为1个钻杆重量的基准悬重值，单位KN；步骤S4，利用位移时点差异计算立柱长度和排代量：步骤S4
‑
1，计算立柱长度：立柱的长度L=H1
‑
H0；如果所计算出的L值＞0，代表是起钻作业，所计算出的L为起出立柱的长度；如果所计算出的L值<0，代表是下钻作业，所计算出的L为下入立柱的长度；步骤S4
‑
2，计算排代量：一种型号的钻杆其单位长度的排代量为d，单位l/m，则一个立柱的排代量D=｜L｜d=｜H1
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H0｜d。2.根据权利要求1所述的利用大钩载重位移时点差异法计算钻杆长度、起下立柱排代量的方法，其特征在于：包括步骤S5，判断起下钻柱数：设C1为起钻计数器，C2为下钻计数器，h为1根立柱长度的基准值；当L＞h时，起立柱结束，计数器C1加计数1，如此累加，直至清0条件出现；当L<
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h时，下立柱结束，计数器C2加计数1，如此累加，直至清0条件出现。3.根据权利要求2所述的利用大钩载重位移时点差异法计算钻杆长度、起下立柱排代量的方法，其特征在于：包括步骤S6，自动灌浆的过程：步骤S6
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1，设灌浆量为G，单位l/m；返浆量为F，单位l/m；步骤S6
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2，依据设定的灌浆条件如起n个立柱灌浆一次，则当C1=n时，系统启动灌浆泵自动灌浆，当...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵刚，孙志刚，夏玉龙，张英栋，
申请(专利权)人：濮阳市百福瑞德石油科技有限公司，
类型：发明
国别省市：