一种钻井液体积的监测方法和装置制造方法及图纸

本申请提供了一种钻井液体积的监测方法和装置，其中，该方法包括：获取目标钻井的井筒部分的钻井液体积；获取地面参与循环的地面管汇中的钻井液体积；基于超声波液位监测，对泥浆罐的液位进行监测得到泥浆罐的液位，根据泥浆罐的液位计算得到泥浆罐中的液体体积；基于次声波间接监测，对环空内钻井液液面深度进行测量，根据环空内钻井液液面深度计算得到环空内钻井液体积；根据井筒部分的钻井液体积、地面参与循环的地面管汇中的钻井液体积、泥浆罐中的液体体积和环空内钻井液体积，对目标钻井进行漏失监测，以实现对钻井全过程的流体体积监测。通过上述方案解决了现有的对单一位置进行钻井液体积监测所导致的钻井安全性较低的技术问题。技术问题。技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种钻井液体积的监测方法和装置


[0001]本申请属于油气勘探
，尤其涉及一种钻井液体积的监测方法和装置。

技术介绍

[0002]随着勘探开发技术的不断进步和油气资源开发程度的不断提高，深井超深井乃至万米深井的钻探需求也越来越高。面对更为复杂的工程地质条件，钻井液体积的全面精确监测就变得更为重要。随着井深的不断增加，钻井液用量逐渐增大，钻井液系统总的体积变化对分析判断井下复杂工况非常重要，也会影响井筒的安全性。
[0003]钻井液循环系统是钻井过程中最重要的系统之一，钻井液体积的精确监测与计量对保障井筒安全，避免或降低井下事故的发生起着重要的作用。钻井液循环系统主要包括：井筒和地面两个部分。对上述两大部分的钻井液体积进行精确监测，动态分析钻井液体积的变化，可以及早发现井下溢流、漏失、井涌等复杂情况，确定井下事故可能发生的位置，让地面工作人员提早作出预防措施，从而降低井下事故发生的可能性，提高安全钻井效率。
[0004]然而，目前针对钻井液循环系统的研究主要集中在单个位置的钻井液体积监测，对钻井液系统全局体积变化的精确监测与计量关注度较低，存在较大的安全隐患。
[0005]针对如何实现全局流体的精准监测和计量，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0006]本申请目的在于提供一种钻井液体积的监测方法和装置，可以实现对钻井全过程的流体体积监测，以提升钻井的安全性。
[0007]本申请提供一种钻井液体积的监测方法和装置是这样实现的：
[0008]一种钻井液体积的监测方法，所述方法包括：
[0009]获取目标钻井的井筒部分的钻井液体积；
[0010]获取地面参与循环的地面管汇中的钻井液体积；
[0011]基于超声波液位监测，对泥浆罐的液位进行监测得到泥浆罐的液位，根据泥浆罐的液位计算得到泥浆罐中的液体体积；
[0012]基于次声波间接监测，对环空内钻井液液面深度进行测量，根据环空内钻井液液面深度计算得到环空内钻井液体积；
[0013]根据井筒部分的钻井液体积、地面参与循环的地面管汇中的钻井液体积、泥浆罐中的液体体积和环空内钻井液体积，对目标钻井进行漏失监测，以实现对钻井全过程的流体体积监测。
[0014]在一个实施方式中，获取目标钻井的井筒部分的钻井液体积，包括：
[0015]根据所述目标钻井预定范围内的完钻井的钻井数据；
[0016]根据所述完钻井的钻井数据，估算得到钻井液损失值，其中，钻井液损失值基于如下至少之一导致：形成泥饼、钻井液向地层的渗漏、岩屑的润湿；
[0017]根据地面泥浆罐钻井液减少的体积与所述钻井液损失值，得到所述井筒部分的钻
井液体积。
[0018]在一个实施方式中，基于超声波液位监测，对泥浆罐的液位进行监测得到泥浆罐的液位，根据泥浆罐的液位计算得到泥浆罐中的液体体积，包括：
[0019]控制超声波传感器发出超声脉冲信号，超声脉冲信号在泥浆罐通道中传播，遇到空气与液体界面后被反射，反射波经空气传播后返回至换能器，换能器将返回的声信号转换成电信号；
[0020]在接收到所述电信号时，确定出超声波从发射到接收的传播时间；
[0021]根据所述超声波从发射到接收的传播时间和波速，计算得到传播距离；
[0022]根据所述传感器安装的高度和所述传播距离，计算出泥浆罐的液位高度；
[0023]根据所述泥浆罐的液位高度，计算得到所述泥浆罐中的液体体积。
[0024]在一个实施方式中，在所述超声波传感器中设置有温度补偿模块，相应的，根据所述传感器安装的高度和所述传播距离，计算出泥浆罐的液位高度，包括：
[0025]根据所述温度补偿模块获取当前的绝对温度值；
[0026]根据当前的绝对温度值，计算得到波速校正值；
[0027]根据所述波速校正值，按照如下公式计算得到泥浆罐的液位高度：
[0028]H＝H0
‑
C0*(1+T/273)
1/2
△
t/2
[0029]其中，H表示液位高度，H0表示传感器安装的高度，C0为基本常数，数值为331.5m/s，T表示当前的绝对温度值，单位为K，
△
t表示超声波从发射到接收的传播时间。
[0030]在一个实施方式中，所述泥浆罐的通道中设置有防波动结构，其中，所述防波动结构为筒状结构，所述筒状结构具有包含外壁和内壁的双层壁面结构，其中，外壁和内壁上设置有开孔，且开孔在垂向与周向上相互交叉，在内壁与外壁之间填充有带状阻流物质。
[0031]在一个实施方式中，所述超声波传感器与数据处理装置进行通信，相应的，所述方法还包括：
[0032]所述超声波传感器将计算出的泥浆罐的液位高度传送至所述数据处理装置；
[0033]所述数据处理装置确定当前的液位高度是否超出预设的液位上限，或，是否低于预设的液位下限；
[0034]在超出预设的液位上限或低于预设的液位下限的情况下，生成警报信息。
[0035]在一个实施方式中，基于次声波间接监测，对环空内钻井液液面深度进行测量，包括：
[0036]次声波发生装置由井口发射次声波，所述次声波经钻杆与井筒环空向井底传播，在次声波传播到液面处进行反射回传，经井口装置接收；
[0037]通过次声波的传播速度和传播的时间，按照如下公式计算得到环空内钻井液液面深度：
[0038]L＝Vt/2
[0039]其中，L表示环空内钻井液液面深度，V表示次声波的传播速度，t表示次声波从发射到接收的时间。
[0040]在一个实施方式中，基于次声波间接监测，对环空内钻井液液面深度进行测量，包括：
[0041]通过环空液面监测装置对环空内钻井液液面深度进行测量，其中，环空液面监测
装置包括：
[0042]气瓶，气瓶的第一输出端通过第一压力传感器与增压气泵相连，第二输出端与三通电动球阀的第一端相连，三通电动球阀的第二端通过第二压力传感器与外部过滤装置相连，三通电动球阀的第三端，通过电磁阀和高压单向阀与微音器的第一端相连，微音器的第二端通过第三压力传感器、电磁阀和消音器与外部过滤装置相连，其中，所述微型气泵在气瓶气压低于预设值的情况下，自动为气瓶充气，在所述微型气泵上设置有外部气源接口，在外部气源条件允许的情况下，使用过滤后的外部气源保障供气。
[0043]在一个实施方式中，根据环空内钻井液体积，对目标钻井进行漏失监测，包括：
[0044]根据环空内钻井液体积，与预设的体积阈值范围进行比对；
[0045]如果超出所述预设的体积阈值范围，则确定目标钻井存在漏失或溢流事故。
[0046]一种钻井液体积的监测装置，包括：
[0047]第一获取模块，用于获取目标钻井的井筒部分的钻井液体积；
[0048]第二获取模块，用于获取地面参与循环的地面管汇中的钻井液体积；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻井液体积的监测方法，其特征在于，所述方法包括：获取目标钻井的井筒部分的钻井液体积；获取地面参与循环的地面管汇中的钻井液体积；基于超声波液位监测，对泥浆罐的液位进行监测得到泥浆罐的液位，根据泥浆罐的液位计算得到泥浆罐中的液体体积；基于次声波间接监测，对环空内钻井液液面深度进行测量，根据环空内钻井液液面深度计算得到环空内钻井液体积；根据井筒部分的钻井液体积、地面参与循环的地面管汇中的钻井液体积、泥浆罐中的液体体积和环空内钻井液体积，对目标钻井进行漏失监测，以实现对钻井全过程的流体体积监测。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取目标钻井的井筒部分的钻井液体积，包括：根据所述目标钻井预定范围内的完钻井的钻井数据；根据所述完钻井的钻井数据，估算得到钻井液损失值，其中，钻井液损失值基于如下至少之一导致：形成泥饼、钻井液向地层的渗漏、岩屑的润湿；根据地面泥浆罐钻井液减少的体积与所述钻井液损失值，得到所述井筒部分的钻井液体积。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于超声波液位监测，对泥浆罐的液位进行监测得到泥浆罐的液位，根据泥浆罐的液位计算得到泥浆罐中的液体体积，包括：控制超声波传感器发出超声脉冲信号，超声脉冲信号在泥浆罐通道中传播，遇到空气与液体界面后被反射，反射波经空气传播后返回至换能器，换能器将返回的声信号转换成电信号；在接收到所述电信号时，确定出超声波从发射到接收的传播时间；根据所述超声波从发射到接收的传播时间和波速，计算得到传播距离；根据所述传感器安装的高度和所述传播距离，计算出泥浆罐的液位高度；根据所述泥浆罐的液位高度，计算得到所述泥浆罐中的液体体积。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述超声波传感器中设置有温度补偿模块，相应的，根据所述传感器安装的高度和所述传播距离，计算出泥浆罐的液位高度，包括：根据所述温度补偿模块获取当前的绝对温度值；根据当前的绝对温度值，计算得到波速校正值；根据所述波速校正值，按照如下公式计算得到泥浆罐的液位高度：H＝H0
‑
C0*(1+T/273)
1/2
△
t/2其中，H表示液位高度，H0表示传感器安装的高度，C0为基本常数，数值为331.5m/s，T表示当前的绝对温度值，单位为K，
△
t表示超声波从发射到接收的传播时间。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述泥浆罐的通道中设置有防波动结构，其中，所述防波动结构为筒状结构，所述筒状结构具有包含外壁和内壁的双层壁面结构，其中，外壁和内壁上设置有开孔，且开孔在垂向与周向上相互交叉，在内壁与外壁之间填充有带状阻流物质。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述超声波传感器与数据处理装置进行通
信，相应的，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鹏鹏，刘伟，郝围围，李牧，王昊，李雅飞，邹易，付加胜，翟小强，郭晨，
申请(专利权)人：中国石油集团工程技术研究院有限公司北京石油机械有限公司，
类型：发明
国别省市：