一种自动灌浆及溢漏监测系统及方法与流程

1.本发明涉及钻井溢漏监测技术领域，具体涉及一种溢漏监测系统及方法。


背景技术：

2.在常规钻井起下钻过程中，按井控规定，每起3-5柱钻杆或1柱钻铤应灌满一次。若不及时灌浆或及时发现溢流采取相应措施，都可能导致更大的溢流或井漏，情况严重时甚至发生井喷，因此，起下钻的井控安全非常重要。但业界目前的技术现状是，现场起下钻仍采用人工控制灌注泵灌浆的方式，要求司钻准确记录起出钻杆数量，要求钻井工人仔细观察导流槽，记录灌浆罐的液面高度。而目前最大问题是对于溢流发现不及时，只能依靠测量灌浆罐的液面高度来进行判别，因此，目前导致常规钻井起下钻的溢流发生率占比仍高达55％，井控风险持续居高不下。
3.为了降低井控风险，国内外研究机构一直对安全起下钻进行研究，也产生了一些成效，例如公开号为cn111636864a，公开日为2020年9月8日的中国专利文献公开了一种连续式起下钻溢漏监测系统，所述监测系统包括第一液位计、第二液位计、摄像头、双路调节阀、流量计和分析控制单元，其中，第一液位计能够检测井口钻井液的液位；第二液位计能够检测灌浆罐内钻井液的液位；双路调节阀能够调节灌入井口中的钻井液流量；流量计能够实时测试灌入井中的钻井液流量；摄像头能够判断返出管中是否有钻井液返出；分析控制单元分别与第一液位计、第二液位计、摄像头、双路调节阀和流量计相连并能够控制双路调节阀的开度，且分析控制单元能够根据第一、第二液位计检测液位以及摄像头的判断结果判定是否存在溢漏并确定溢漏等级。该发明具有能够实现连续式起下钻钻井溢漏自动监测、提高溢漏判断准确性等优点。
4.但以上述专利文献为代表的现有，在实际使用过程中，仍然存在以下技术缺陷：
5.1、不能定量描述溢漏状况，导致监测误差较大。
6.2、cn111636864a专利中，出口主要通过摄像头人为的观察出口是否有钻井液返出，坐岗人员依据返出量的大小，综合考虑灌浆罐的液位高度，判断是否发生溢流，但是不能够定量描述返出钻井液的具体数量，如果遇到溢漏量较小的情况，必须要等到灌浆罐液位高度明显升高，或者明显降低时才能发现，时间滞后，风险较大。


技术实现要素：

7.本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种自动灌浆及溢漏监测系统，本系统能有效解决现有技术中所存在的不能精确定量监测溢漏状况的问题。
8.同时，本发明还提供了一种自动灌浆及溢漏监测方法，本方法能有效解决现有技术所存在的不能定量描述溢漏状况，导致监测误差较大的技术缺陷。
9.本发明是通过采用下述技术方案实现的：
10.一种自动灌浆及溢漏监测系统，其特征在于，包括：
11.循环罐，用于提供灌进钻井内的泥浆和接收带出井外的泥浆，循环罐内设置有液
位计，测量循环罐内的液面高度；
12.撬装装置，用于将多个装置集成为一个整体式装置，所述多个装置包括灌浆泵、双路调节阀和电磁流量计，灌浆泵用于为循环罐中的泥浆灌入钻井内时提供动力，双调节阀用于控制灌入的泥浆的排量，电磁流量计用于监测入口流量；
13.灌浆泵的泵进水口连接循环罐，灌浆泵的泵出水口连接所述双路调节阀的进水口，双路调节阀的一个出水口连接循环罐，双路调节阀的另一个出水口与电磁流量计的测量导管的进水口相连；
14.防溢管，防溢管与电磁流量计的测量导管的出水口连接，防溢管与循环罐通过出口导流槽相连，出口导流槽上安装有出口流量计，出口流量计用于检测出口流量值，所述出口流量计为非接触流量计。
15.进一步地，还包括远程监控中心，远程控制中心分别与液位计、电磁流量计和出口流量计连接，用于监控液位计、电磁流量计和出口流量计测得的数据。
16.进一步地，所述远程控制中心还与双路调节阀连接，用于调节双路调节阀。
17.进一步地，所述多个装置还包括排污阀，排污阀的进水口与电磁流量计的测量导管的出水口相连，排污阀的出水口与排污管相连。
18.进一步地，还包括摄像头，摄像头设置在循环罐与出口导流槽的连接处，用于观测泥浆从出口导流槽中返出至循环罐的情况。
19.一种自动灌浆及溢漏监测方法，其特征在于步骤如下：
20.s1：起钻前停止循环时，调节双路调节阀，以v1的排量进行灌浆；
21.s2：记录泵入量；
22.s3：调节双路调节阀，以v2的排量进行灌浆；
23.s4：测得液面高度值h、入口流量值q和出口流量值q；
24.s5：通过出口流量值进行定性判断：测得每相邻两次起柱后的出口流量值为qu和q
u 1
，若qu＝q
u 1
，则没有溢漏；若qu＞q
u 1
，则发生井漏；若qu＜q
u 1
，则发生溢流；其中，u表示测量次数；
25.s6：通过液面高度值进行定量判断：测得每相邻两次起柱后的循环罐液面高度值为hu和h
u 1
，当步骤s5判断为没有溢漏时，循环罐液面只记录hu；当步骤s5判断为发生井漏时，若液面高度值hu＞h
u 1
，则井漏量＝(h
u 1-hu)
×
泥浆罐截面积；当步骤s5判断为发生溢流时，若液面高度值hu＜h
u 1
，则溢流量＝(h
u-h
u 1
)
×
泥浆罐截面积；其中，u表示测量次数。
26.进一步地，步骤s5还包括通过入口流量值进行辅助判断：测得起钻一柱的体积v以及每次起钻后的入口流量值为qu和出后流量值qu，若q
u-q
u-v＝0时，则没有溢漏；若q
u-q
u-v＞0，则发生井漏，若q
u-q
u-v＜0，则发生溢流；其中，u表示测量次数。
27.进一步地，液面高度值h通过液位计测得。
28.进一步地，入口流量值q通过电磁流量计测得。
29.进一步地，出口流量值q通过出口流量计测得。
30.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：
31.1、本发明采用“循环罐、液位计、灌浆泵、双路调节阀、电磁流量计、防溢管、出口流量计、远程监控中心”等形成的自动灌浆及溢漏监测系统，首先，灌浆泵、双路调节阀和电磁流量计等集成为一个整体式的装置，相对于现有技术，其便于安装、运输和维修；其次，这样
的技术方案能在判断是否出现溢漏的基础上定量计算溢流量或井漏量，为可能发生的溢流或井漏提供及时的预警以及精确地判断，以便及早采取相应的措施，大幅减小监测的误差。
32.2、本发明创造性的提出在“出口导流槽上安装有出口流量计，出口流量计用于检测出口流量值，所述出口流量计为非接触流量计”，由于出口导流槽上返出的钻井液量较小，主要是非满管和微小流量，现场的挡板流量计无法监测，cn111636864a中的方法通过摄像头观察返出量，只能定性不能定量监测，本发明通过特定地选择在出口导流槽的上方安装了非接触式的流量计，该流量计能够在导流槽的上方测量非满管的微小流量，避免接触式的挡板流量计计量不精确的问题。并依据导流槽上计算的钻井液的返出量，与泵入量做对比，就可以计算出井筒内返出的液体是否增加或者降低，如果增大，则发生了溢流，降低就发生了井漏，该方法比cn111636864a的判断溢漏判断要及时，测量精度更高。
33.3、本发明中，采用“远程控制中心分别与液位计、电磁流量计和出口流量计连接”的技术方案，远程控制中心分别监控液位计、电磁流量计和出口流量计测得的数据，通过电磁流量计计量灌入量，通过出口流量计计量返出量，两者的比较数据，判断是否发生溢流或者漏失，该方法能够实现了钻井起下钻溢漏预警的数字化和自动化。而cn111636864a中的方法摄像头和液位判断溢流、漏失，需要坐岗人员观察摄像头监测的结果，结合液位判断是否发生溢漏，在监测方式未实现自动化，需要人工判断，精度上只能定性无法定量判断，精度无法保证。
34.4、本发明中，远程控制中心还与双路调节阀连接，能通过远程控制双路调节阀，控制灌入量的大小，保证每次灌入的体积与钻柱取出的体积一致，通过远程控制和精确控制灌入量避免灌入量过大，导致水眼压不住的情况，灌入量过小，无法平衡地层压力，发生溢漏复杂情况。
35.5、本发明中，多个装置还包括排污阀，排污阀的进水口与电磁流量计的测量导管的出水口相连，排污阀的出水口与排污管相连，这样的结构形式，在灌浆结束以后，通过打开排污阀将装置内的多余的钻井液排出，能保持装置管线的清洁，避免长时间保留钻井液在管线内，堵塞管线内部流程。
36.6、本发明中，还包括摄像头，摄像头设置在循环罐与出口导流槽的连接处，用于观测泥浆从出口导流槽中返出至循环罐的情况。用于避免出口流量计出现异常时使用，起到双保险的作用，如果出口流量计发生异常，起下钻过程中又无法更换，这时可以通过摄像头观察出口返出情况，提高作业效率，避免停工更换出口流量计。
37.7、本发明中，采用s1-s6的步骤形成的监测方法，能在定性判断是否出现溢漏的基础上定量计算溢流量或井漏量，能为可能发生的溢流或井漏提供及时的预警以及精确地判断，以便及早采取相应的措施，解决不能定量描述溢漏状况的问题，大幅减小监测的误差。
38.8、本发明中，步骤s5还包括通过入口流量值进行辅助判断，通过辅助判断来进一步验证首次定性判断的准确性，通过首次定性判断加辅助判断，进一步提高对溢流判断的准确性。
39.9、综上所述，本发明代替以往通过人工判断是否溢漏时存在的较大的误差以及判断不及时的方法，在降低工作人员的劳动强度的同时提高自动化程度，使对溢流的监测趋于自动化。
附图说明
40.下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：
41.图1为本发明监测系统的模块示意图；
42.图2为本发明监测方法的流程示意图。
具体实施方式
43.实施例1
44.作为本发明系统的一较佳实施方式，参见附图1，本发明公开了一种自动灌浆及溢漏监测系统，包括：
45.循环罐，用于提供灌进钻井内的泥浆和接收带出井外的泥浆，循环罐内设置有液位计，测量循环罐内的液面高度；
46.撬装装置，用于将多个装置集成为一个整体式装置，所述多个装置包括灌浆泵、双路调节阀和电磁流量计，灌浆泵用于为循环罐中的泥浆灌入钻井内时提供动力，双调节阀用于控制灌入的泥浆的排量，电磁流量计用于监测入口流量；
47.灌浆泵的泵进水口连接循环罐，灌浆泵的泵出水口连接所述双路调节阀的进水口，双路调节阀的一个出水口连接循环罐，双路调节阀的另一个出水口与电磁流量计的测量导管的进水口相连；
48.防溢管，防溢管与电磁流量计的测量导管的出水口连接，防溢管与循环罐通过出口导流槽相连，出口导流槽上安装有出口流量计，出口流量计用于检测出口流量值，所述出口流量计为非接触流量计。
49.本实施例为最基本的实施例，能有效解决现有技术中所存在的不能精确定量监测溢漏状况的问题。
50.实施例2
51.作为本发明系统的另一较佳实施方式，参见图1，其公开了一种自动灌浆及溢漏监测系统，包括：
52.循环罐，用于提供灌进钻井内的泥浆和接收带出井外的泥浆，循环罐内设置有液位计，测量循环罐内的液面高度；
53.撬装装置，用于将多个装置集成为一个整体式装置，所述多个装置包括灌浆泵、双路调节阀和电磁流量计，灌浆泵用于为循环罐中的泥浆灌入钻井内时提供动力，双调节阀用于控制灌入的泥浆的排量，电磁流量计用于监测入口流量；
54.灌浆泵的泵进水口连接循环罐，灌浆泵的泵出水口连接所述双路调节阀的进水口，双路调节阀的一个出水口连接循环罐，双路调节阀的另一个出水口与电磁流量计的测量导管的进水口相连；
55.防溢管，防溢管与电磁流量计的测量导管的出水口连接，防溢管与循环罐通过出口导流槽相连，出口导流槽上安装有出口流量计，出口流量计用于检测出口流量值，所述出口流量计为非接触流量计。
56.还包括远程监控中心，远程控制中心分别与液位计、电磁流量计和出口流量计连接，用于监控液位计、电磁流量计和出口流量计测得的数据。
57.实施例3
58.作为本发明系统的最佳实施方式，参见图1，其公开了一种自动灌浆及溢漏监测系统，
59.主要包括循环罐、撬装装置、防溢管和摄像头等。其中，循环罐既可充当灌浆罐，又可充当回收罐，即需要进行灌浆时，循环罐可充当为灌浆泵，将循环罐中的泥浆灌入井内；当起钻时，循环罐又可充当回收罐，起钻带出的泥浆进入循环罐内。循环罐中还安装有液位计，液位计的主要作用是采集循环罐内的液面高度的数据。
60.另外，撬装装置又主要由灌浆泵、双路调节阀、电磁流量计和排污阀组成，撬装装置的作用主要是将多个装置集成于一个整体式的装置。具体的连接方式是，灌浆泵的泵进水口连接循环罐，灌浆泵的泵出水口连接双路调节阀的进水口，双路调节阀的一个出水口连接循环罐，双路调节阀的另一个出水口分别与电磁流量计的测量导管的进水口和排污阀的进水口相连，排污阀的出水口和排污管相连。其中，灌浆泵选用现有的定频泵，双路调节阀的作用主要是控制灌入泥浆的排量，电磁流量计主要用于监测入口流量值的数据，排污阀主要是在整个系统结束使用后排掉管内剩余的钻井液。
61.防溢管又是设置在井口防喷器的上方，与电磁流量计的测量导管的出水口连接，同时还通过出口导流槽与循环罐连接。另外，在出口导流槽上安装有出口流量计，出口流量计是用来采集出口流量值的数据。
62.还有，摄像头安装在出口导流槽与循环罐连接的地方，以便于远程监控出口导流槽中是否有液体持续返出到循环罐内。
63.在上述方案，还可以设置远程监控中心，远程控制中心分别与液位计、电磁流量计和出口流量计连接，用于监控液位计、电磁流量计和出口流量计测得的数据；远程控制中心还与双路调节阀连接，用于调节双路调节阀。
64.实施例4
65.作为本发明方法的一较佳实施方式，参见图1和图2，其公开了一种自动灌浆及溢漏监测方法，其步骤如下：
66.s1：起钻前停止循环时，调节双路调节阀，以v1的排量进行灌浆；
67.s2：记录泵入量；
68.s3：调节双路调节阀，以v2的排量进行灌浆；
69.s4：测得液面高度值h、入口流量值q和出口流量值q；
70.s5：通过出口流量值进行定性判断：测得每相邻两次起柱后的出口流量值为qu和q
u 1
，若qu＝q
u 1
，则没有溢漏；若qu＞q
u 1
，则发生井漏；若qu＜q
u 1
，则发生溢流；其中，u表示测量次数；
71.s6：通过液面高度值进行定量判断：测得每相邻两次起柱后的循环罐液面高度值为hu和h
u 1
，当步骤s5判断为没有溢漏时，循环罐液面只记录hu；当步骤s5判断为发生井漏时，若液面高度值hu＞h
u 1
，则井漏量＝(h
u 1-hu)
×
泥浆罐截面积；当步骤s5判断为发生溢流时，若液面高度值hu＜h
u 1
，则溢流量＝(h
u-h
u 1
)
×
泥浆罐截面积；其中，u表示测量次数。
72.实施例5
73.作为本发明方法的最佳实施方式，参见图1和图2，其公开了一种自动灌浆及溢漏监测方法，其步骤如下：
74.首先在起钻前停止循环时，调节双路调节阀，以v1的排量进行灌浆；在通过摄像头
观察到有液体从出口导流槽持续返出到循环罐内时开始记录泵入量，其中，泵入量通过电磁流量计来检测计算；再调节双路调节阀，以v2的排量进行灌浆，此时主要用于使循环罐内液面高度波动稳定。
75.之后开始测得液面高度值h、入口流量值q和出口流量值q；其中液面高度值h通过安装在循环罐内的液位计测得，入口流量值q通过撬装装置中的电磁流量计测得，出口流量值q通过安装在出口导流槽上的出口流量计测得。
76.然后便可以通过测得出口流量值进行定性判断，具体是，测得每相邻两次起柱所对应的出口流量值为qu和q
u 1
，若qu＝q
u 1
，则判断没有发生溢漏；若qu＞q
u 1
，则判断发生井漏；若qu＜q
u 1
，则判断发生溢流；其中，u表示测量次数。
77.还可通过测得入口流量值进行辅助定性判断，具体是，测得起钻一柱的体积v以及每次起钻后测得的入口流量值为qu和出后流量值qu，若q
u-q
u-v＝0时，则判断没有溢漏；若q
u-q
u-v＞0，则判断发生井漏，若q
u-q
u-v＜0，则判断发生溢流；同上，u表示测量次数。
78.最后通过循环罐中的液面高度值进行定量判断，具体是，测得每相邻两次起柱后的循环罐液面高度值为hu和h
u 1
，当定性判断为没有溢漏时，循环罐液面只记录hu；当定性判断为发生井漏时，若液面高度值hu＞h
u 1
，则井漏量＝(h
u 1-hu)
×
泥浆罐截面积；当定性判断为发生溢流时，若液面高度值hu＜h
u 1
，则溢流量＝(h
u-h
u 1
)
×
泥浆罐截面积；同上，u表示测量次数。
79.本方法代替了以往通过人工判断是否溢漏时存在的较大的误差以及判断不及时的方式，通过二次定性判断加定量判断的方法，能在判断是否出现溢漏的基础上定量计算溢流量或井漏量，为可能发生的溢流或井漏提供及时的预警以及精确地判断，以便及早采取相应的措施，解决不能定量描述溢漏状况的问题，大幅减小监测的误差；同时也能降低工作人员的劳动强度并提高自动化监测程度。