井下随钻流体流量测量系统技术方案

本发明专利技术提供了一种井下随钻流体流量测量系统

【技术实现步骤摘要】
井下随钻流体流量测量系统、方法、钻井方法及设备


[0001]本专利技术涉及定向钻井
，具体来讲，涉及一种井下随钻流体流量测量系统
、
一种井下随钻流体流量测量方法
、
钻井方法及钻井设备
。

技术介绍

[0002]井漏是在钻井时钻井液漏失到地层中的一种现象，是钻井过程中常见问题
。
产生井漏的井浪费了有效钻进时间，造成较大的经济损失，并造成安全隐患
。
而监测井下泥浆的漏失量，成为后续堵漏工作重要的技术支持
。
[0003]目前，有较多计算和监测泥浆漏失的方法和装置，但其大多是通过监测地面泥浆流量变化来实现的，有一定的时间延时和漏失流量数据误差的问题
。
[0004]国内外的研究这方面的文献也是比较多，但是总结归类后，可分为以下几类方法：
[0005]一
、
地面钻井液的变化来判断，测量钻井泥浆池的液位
、
体积变化，监测进出口流量变化
,
判定井下漏失流量大小
。
国内在这方面的研究较多，其方法有一定的局限性
。
测的是漏失过后的返回的泥浆量，不是井下漏失量，需要经过计算
。
对于深井
、
超深井测得是漏失流量大小数据信息，有一定时间延迟，且存在误差较大的问题
。
[0006]例如，专利一种井涌井漏监测装置
(CN201520899414.2)
，主要是监测钻井液出入口流量变化来得到漏失流量大小
。
[0007]又例如，专利钻井泥浆出口流量警报器
(CN201220451417.6)
；一种深海钻井溢流和井漏监测方法
(CN201810516779.0)
；一种溢流井漏监测装置
(CN0821943532.9)
；钻井时注入与流出液体流量差值无线传输监测仪
(CN200420072958.3)
[0008]二是
、
通过监测钻井过程中井下环空压力差值变化，推导流量变化与压力的关系，建立压力差值与流量对照表，进而得出井漏流量变化进行监测
。
[0009]如专利油气井井下微流量测量系统及方法
(CN201010559163.5)
和文献
《
精确监测井底溢流的井下微流量装置设计与实验
(
钻采机械
2012.09)》
都是采用这种原理采集流量
。
这种压力差方法，不同密度钻井液时，需要换其他对照表
。
且当两边压差较小时，对于微小流量变化监测精度差，还不能判断泥浆流量变化的方向
。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项
。
例如，本专利技术的目的之一在于准确的监测出井下泥浆漏失流量大小和
/
或方位的方法和系统
。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术的一方面提供了一种井下随钻流体流量的测量系统，所述测量系统包括：多普勒探头，所述多普勒探头包括探头发射芯片和探头接收芯片，分别被配置为发射信号和接收信号；和数据处理芯片，被配置为：收集所述多普勒探头测得的数据；根据所述多普勒探头测得的数据，确定正向流量信号和负向流量信号；以及使用所述正向流量信号和负向流量信号，以获得流体的流速和
/
或方向
。
[0012]可选地，所述确定正向流量信号和负向流量信号可以包括：
[0013]将多普勒探头获得的接收信号
V
i
分别与所述发射信号同频率的一对正交信号解调并滤掉高频信号，得到
V
A
和
V
B
：
[0014]V
i
＝
A
i
cos(f0+f
A
)2
π
t+B
i
cos(f0‑
f
B
)2
π
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0015][0016][0017]其中
A
i
和
B
i
分别表示正向流量和负向流量频移信号的幅度，
f0表示声波探头的发射频率，
f
A
和
f
B
分别表示流经流体产生的正向流量和负向流量的多普勒频移频率；
[0018]将解调信号
V
B
相移
90
°
后得：
[0019][0020]将式
(2)
与式
(4)
相加得到正向流量信号
V
+
，
[0021]V
+
＝
V
A
+V
B
′
＝
‑
A
i
·
sin2
π
f
A
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0022]将式
(2)
与式
(4)
相减得到负向流量信号
V
‑
，
[0023]V
‑
＝
V
A
‑
V
B
′
＝
B
i
·
sin2
π
f
B
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0024]解析所述正向流量信号和所述负向流量信号，计算得到从上往下的正向流量为
S1
，从下往上的负向流量为
S2。
[0025]式
(7)
：
[0026]S1
＝
[Asin(w
+
t)
‑
Bsin(w
‑
t)]×
[
‑
A*w
+
*sin(w
+
t)
‑
B*w
‑
*sin(w
‑
t)][0027]式
(8)
：
[0028]S2
＝
[Acos(w
+
t)+Bcos(w
‑
t)]×
[
‑
A*w
+
*cos(w
+
t)+B*w
‑
*cos(w
‑
t)][0029]式中符号含义：
[0030]V本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种井下随钻流体流量的测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：多普勒探头，所述多普勒探头包括探头发射芯片和探头接收芯片，分别被配置为发射信号和接收信号；和数据处理芯片，被配置为：收集所述多普勒探头测得的数据；根据所述多普勒探头测得的数据，确定正向流量信号和负向流量信号；以及使用所述正向流量信号和负向流量信号，以获得流体的流速和
/
或方向
。2.
根据权利要求1所述的井下随钻流体流量测量系统，其特征在于，所述确定正向流量信号和负向流量信号包括：将多普勒探头获得的接收信号
V
i
分别与所述发射信号同频率的一对正交信号解调并滤掉高频信号，得到
V
A
和
V
B
：
V
i
＝
A
i
cos(f0+f
A
)2
π
t+B
i
cos(f0‑
f
B
)2
π
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)(1)
其中
A
i
和
B
i
分别表示正向流量和负向流量频移信号的幅度，
f0表示声波探头的发射频率，
f
A
和
f
B
分别表示流经流体产生的正向流量和负向流量的多普勒频移频率；将解调信号
V
B
相移
90
°
后得：将式
(2)
与式
(4)
相加得到正向流量信号
V
+
，
V
+
＝
V
A
+V
B
′
＝
‑
A
i
·
sin2
π
f
A
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
将式
(2)
与式
(4)
相减得到负向流量信号
V
‑
，
V
‑
＝
V
A
‑
V
B
′
＝
B
i
·
sin2
π
f
B
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
解析所述正向流量信号和所述负向流量信号，计算得到从上往下的正向流量为
S1
，从下往上的负向流量为
S2
，式
(7)
：
S1
＝
[Asin(w
+
t)
‑
Bsin(w
‑
t)]
×
[
‑
A*w
+
*sin(w
+
t)
‑
B*w
‑
*sin(w
‑
t)]
式
(8)
：
S2
＝
[Acos(w
+
t)+Bcos(w
‑
t)]
×
[
‑
A*w
+
*cos(w
+
t)+B*w
‑
*cos(w
‑
t)]
式中符号含义：
V
+
为解调信号1；
V
‑
为解调信号2；
A
为正向流量信号幅度；
B
为负向流量信号幅度；
w
+
为正向流量信号角频率；
w
‑
为负向流量信号角频率
。3.
根据权利要求2所述的井下随钻流体流量测量系统，其特征在于，所述获得流体的流速包括：
将式
(5)
和式
(6)
获得的流量信号做傅里叶变换，得到信号中心频率后，使用下面的流体流速与多普勒频移关系式
(9)
，计算获得流体流速
V
：式
(9)
中：
V
为流体流速，
C
为传播声波进入固体的声速，
θ
为探头与流体之间的夹角，
Δ
f
为多普勒频移频率，所述
Δ
f
为所述
f
A
或
f
b
。4.
根据权利要求1所述的井下随钻流体流量测量系统，其特征在于，所述探头发射芯片和探头接收芯片与流体流动方向之间具有夹角
。5.
根据权利要求4所述的井下随钻流体流量测量系统，其特征在于，所述夹角为
30
～
60
°
。6.
根据权利要求1所述的井下随钻流体流量测量系统，其特征在于，所述探头发射芯片和所述探头接收芯片为半圆形，所述探头发射芯片和所述探头接收芯片的直线段部分彼此面对并具有间隔
。7.
根据权利要求1所述的井下随钻流体流量测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：装置本体，所述装置本体的井下端用于与井下稳定器连接在一起，所述装置本体沿高度方向具有供流体流过的通道，所述装置本体的侧壁上形成有用于安装所述多普勒探头和数据处理芯片的安装孔；所述多普勒探头为多个，多个所述多普勒探头沿所述装置本体的周向间隔布置；所述数据处理芯片位于所述多普勒探头的上游
。8.
根据权利要求1所述的井下随钻流体流量测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：无线天线，被配置为将所述数据处理芯片的数据传输至
MWD
系统
。9.
一种钻井设备，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洋，刘伟，张斌，蔡强，岳砚华，冯思恒，张德军，陈东，连太炜，曾敏偲，
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：