【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石油天然气监测，更具体的是涉及一种石油天然气钻井用溢漏监测预警装置、系统及方法。
技术介绍
1、随着石油天然气钻井技术的发展，深井、超深井在勘探开发中的占比越来越大，钻遇窄安全钻井液密度窗口地层的风险加大，溢流和漏失的问题时常发生，大大增加了实现安全钻井的井控难度，而钻井液出口流量实时准确测量是实现早期发现溢漏，达到安全钻井目标的一项重要技术。
2、目前，国内外常规钻井主要采用挡板流量计定性测量出口流量(百分比)，不能定量测得出口流量值，且长时间工作过程中钻井液会粘附于挡板，造成挡板重量改变，引起较大的测量误差，无法作为溢漏判断的有效依据，现场仍然只能采用钻井液罐液面监测法进行溢漏的识别和报警，依靠人工读数计算总池体积变化，这种方式存在溢漏识别时间较为滞后，容易出现误报和漏报的弊端。控压钻井采用质量流量计在地面流程中(满管状态)测量出口流量，虽然精度较高，但不适用于测量导流槽非满管状态的钻井液出口流量，且在受到岩屑的冲刷时容易损坏。除此之外，现有技术中还存在一种基于质量流量计的导流槽非满管转”u”型满管的出口流量监测装置，但在此装置在使用过程中，出现了管道堵塞严重、清理不便，影响全时段溢漏识别的问题，且应用该装置进行监测的方法对现场设备改动大、成本高，因此未能推广应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：为了解决现有不能定量监测出口流量且成本高的技术问题，本专利技术提供一种石油天然气钻井用溢漏监测预警装置、系统及方法。
2、本专利技术为了
3、一种石油天然气钻井用溢漏监测预警装置，包括与导流槽外壁连通的底座，底座上连接有壳体，壳体的内部设置有超声波传感器，超声波传感器与壳体的内壁连接，超声波传感器下方设置有与壳体内壁连接的滤波筒；
4、溢漏监测预警装置还包括刮泥器组件，刮泥器组件包括与滤波筒内壁相接触的刮刀、用于驱动刮刀作上下运动的驱动组件和控制器。
5、进一步地，驱动组件包括驱动电机和驱动杆件，壳体的顶部设置有固定座，驱动电机与固定座的内壁连接，驱动杆件的数量为两个且对称设置在刮刀的顶部两侧，两个驱动杆件的顶端均与驱动电机的输出端连接、另一端均与刮刀连接。
6、进一步地，壳体上连接有注水接口，注水接口的一端伸入滤波筒、另一端穿过壳体并延伸至壳体的外部。
7、进一步地，壳体靠近滤波筒的外壁开设有压力平衡接口，压力平衡接口连通有压力平衡管线，压力平衡管线与缓冲罐连通。
8、另外，本专利技术还提供一种石油天然气钻井用溢漏监测预警系统，包括数据采集箱、非满管溢漏监测预警软件及上述的石油天然气钻井用溢漏监测预警装置；
9、石油天然气钻井用溢漏监测预警装置用于测量导流槽中的钻井液液面高度数据；
10、数据采集箱用于采集溢漏监测预警装置测量得到的钻井液液面高度数据并将其发送至非满管溢漏监测预警软件，同时还能进行电源变换、为溢漏监测预警装置供电；
11、非满管溢漏监测预警软件用于读取录井数据并进行工况判断，结合数学模型和采集到的钻井液液面高度数据，计算得到非满管导流槽出口流量值，并根据出口流量值进行溢漏状态识别和预警。
12、进一步地，石油天然气钻井用溢漏监测预警装置的数量为两个、且通过冗余的方式进行安装。
13、另外，本专利技术还提供一种石油天然气钻井用溢漏监测预警方法，采用了上述的石油天然气钻井用溢漏监测预警系统，方法包括以下步骤：
14、在不同排量下稳定循环，进行钻井液液面高度与入口流量关系标定；
15、非满管溢漏监测预警软件读取录井数据并进行以下工况判断，
16、当识别到入口流量变化＜3l/s且在两分钟内基本恒定时，继续执行以下溢漏预警算法；
17、非满管溢漏监测预警软件根据出口流量波动情况生成出口流量变化趋势线，每隔三秒采集一次出口流量值，若后续采集到的出口流量值均在趋势线附近波动，则判断钻井正常；若后续存在连续五次出口流量值呈连续上涨或下降的趋势，则判断钻井异常，存在溢漏情况，并发出声光报警且在非满管溢漏监测预警软件的界面上弹出溢漏风险确认按钮；
18、核实风险提示信息是否正确，若点击否，则判断为误报、并更新趋势线范围；若点击是，则说明预警成功；
19、当识别到入口流量变化≥3l/s时，会重新生成出口流量变化趋势线，并重新执行溢漏预警算法。
20、进一步地，进行钻井液液面高度与入口流量关系标定包括如下步骤：
21、获取多个不同的入口流量qin和钻井液液面高度h，通过计算公式qin＝ea*h+b得到a和b的值；
22、在入口流量变化＜3l/s的条件下，计算得到非满管导流槽经验出口流量q1；
23、非满管导流槽经验出口流量的计算公式为：
24、q1＝ea*h+b；
25、其中，qin为入口流量；q1为非满管导流槽经验出口流量；e为自然底数；a为斜率系数；h为钻井液液面高度；b为截距系数。
26、进一步地，出口流量值的计算公式为：
27、q＝k0*q0+k1*q1；
28、其中q为非满管导流槽出口流量，q0为非满管导流槽理论出口流量，q1为非满管导流槽经验出口流量，k0和k1为经验修正系数。
29、进一步地，入口流量变化的计算公式为：
30、入口流量变化＝|当前入口流量–前一入口流量|。
31、本专利技术的有益效果如下：
32、1.本专利技术通过溢漏监测预警装置直接在钻井液出口的导流槽上测量钻井液的液面高度，通过非满管溢漏监测预警软件计算得到非满管导流槽出口流量值，再根据识别入口流量变化、生成出口流量波动趋势线、分时段多次采集出口流量值和观察连续多次出口流量值的变化情况判断是否存在溢漏情况，及时提醒相关人员确认，能够实现定量监测出口流量的目的，同时本专利技术的溢漏识别精度和灵敏度更高，连续监测的稳定性和可靠性更强，在确保溢漏准确监测的基础上，达到降低成本的目的，具有在深井、超深井钻井中全面推广应用的技术优势。
33、2.本专利技术通过设置滤波筒，一方面能够降低钻井液面的扰动幅度，另一方面还能过滤无效声波信号，提高液面高度测量的准确性。
34、3.本专利技术通过设置注水接口，能够通过与外部高压水箱连接，对滤波筒和超声波传感器的探头进行喷淋清洗；设置了刮泥器组件，能够远程遥控清洁滤波筒内壁粘附的钻井液，避免钻井液粘附过多而阻挡超声波的传播，保证超声波传感器测量的准确性。
35、4.本专利技术通过设置压力平衡接口和压力平衡管线，将传感器底部和缓冲罐连通，可平衡超声波传感器上下部的压力，避免维护时因圈闭压力导致超声波传感器无法安装到位。
36、5.本专利技术的石油天然气钻井用溢漏监测预警系统包括两个石油天然气钻井用溢漏监测预警装置，且通过冗余的方式进行安装，可确保全时段连续监测的可靠性。
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1.一种石油天然气钻井用溢漏监测预警装置，其特征在于，包括与导流槽(22)外壁连通的底座(1)，所述底座(1)上连接有壳体(15)，所述壳体(15)的内部设置有超声波传感器(6)，所述超声波传感器(6)与壳体(15)的内壁连接，超声波传感器(6)下方设置有与壳体(15)内壁连接的滤波筒(3)；
2.根据权利要求1所述的一种石油天然气钻井用溢漏监测预警装置，其特征在于，所述驱动组件(16)包括驱动电机(8)和驱动杆件(7)，所述壳体(15)的顶部设置有固定座(9)，所述驱动电机(8)与所述固定座(9)的内壁连接，所述驱动杆件(7)的数量为两个且对称设置在所述刮刀(2)的顶部两侧，两个驱动杆件(7)的顶端均与所述驱动电机(8)的输出端连接、另一端均与刮刀(2)连接。
3.根据权利要求1所述的一种石油天然气钻井用溢漏监测预警装置，其特征在于，所述壳体(15)上连接有注水接口(12)，所述注水接口(12)的一端伸入所述滤波筒(3)、另一端穿过壳体(15)并延伸至壳体(15)的外部。
4.根据权利要求1所述的一种石油天然气钻井用溢漏监测预警装置，其特征在
5.一种石油天然气钻井用溢漏监测预警系统，其特征在于，包括数据采集箱(21)、非满管溢漏监测预警软件及权利要求1-4任一所述的石油天然气钻井用溢漏监测预警装置；
6.根据权利要求5所述的一种石油天然气钻井用溢漏监测预警系统，其特征在于，所述石油天然气钻井用溢漏监测预警装置的数量为两个、且通过冗余的方式进行安装。
7.一种石油天然气钻井用溢漏监测预警方法，其特征在于，采用了权利要求5-6任一所述的石油天然气钻井用溢漏监测预警系统，所述方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种石油天然气钻井用溢漏监测预警方法，其特征在于，所述进行钻井液液面高度与入口流量关系标定包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种石油天然气钻井用溢漏监测预警方法，其特征在于，所述出口流量值的计算公式为：
10.根据权利要求7所述的一种石油天然气钻井用溢漏监测预警方法，其特征在于，所述入口流量变化的计算公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种石油天然气钻井用溢漏监测预警装置，其特征在于，包括与导流槽(22)外壁连通的底座(1)，所述底座(1)上连接有壳体(15)，所述壳体(15)的内部设置有超声波传感器(6)，所述超声波传感器(6)与壳体(15)的内壁连接，超声波传感器(6)下方设置有与壳体(15)内壁连接的滤波筒(3)；
2.根据权利要求1所述的一种石油天然气钻井用溢漏监测预警装置，其特征在于，所述驱动组件(16)包括驱动电机(8)和驱动杆件(7)，所述壳体(15)的顶部设置有固定座(9)，所述驱动电机(8)与所述固定座(9)的内壁连接，所述驱动杆件(7)的数量为两个且对称设置在所述刮刀(2)的顶部两侧，两个驱动杆件(7)的顶端均与所述驱动电机(8)的输出端连接、另一端均与刮刀(2)连接。
3.根据权利要求1所述的一种石油天然气钻井用溢漏监测预警装置，其特征在于，所述壳体(15)上连接有注水接口(12)，所述注水接口(12)的一端伸入所述滤波筒(3)、另一端穿过壳体(15)并延伸至壳体(15)的外部。
4.根据权利要求1所述的一种石油天然气钻井用溢漏监测预警装置，其特征在于，所述壳体(15)靠近...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓虎，薛秋来，魏强，段慕白，何弦桀，郑会雯，许期聪，谭宾，李枝林，徐勇军，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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