一种石油钻井在线溢流、井漏监测及自动灌浆系统的制作方法

1.本发明涉及钻井监测技术领域，具体是指一种石油钻井在线溢流、井漏监测及自动灌浆系统。


背景技术：

2.石油钻井过程中，井下会出现溢流和井漏现象，如果溢流和井漏发现不及时或者处理不当，则很可能发展成为井喷。井喷的发生会给石油工业带来巨大的人员和财力损失。目前，常用方法是每起下一定数量的钻杆，人工开动泥浆泵灌浆，这种方法有诸多缺点：(1)要求司钻人员必须记住起下钻杆的数量，人为因素大，容易失误；(2)无法及时测量灌浆量，导致无法对井下情况进行及时、精确地判断，这是最主要的；(3)坐岗人员长期处于疲劳状态，容易出现记错、漏记和不及时等安全隐患。目前只能通过观察泥浆出口处钻井液的返回量，通过人工方式来判断是否发生井涌或井漏。因此，设计一种石油钻井在线溢流、井漏监测及自动灌浆系统是相关领域内技术人员急需解决的问题。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种石油钻井在线溢流、井漏监测及自动灌浆系统，其特征在于，包括钻进监测模块、起钻监测模块、下钻监测模块、空井监测模块、其他泥浆罐泥浆量监测模块以及警告警报模块；
4.所述钻进监测模块包括泥浆罐容量自检测单元、药液自检测单元、新液自检测单元、自动监测计算单元、计算结果记录单元、钻进自动报警显示单元；所述泥浆罐容量自检测单元用于自动监测各泥浆罐的容量vn，所述药液自检测单元用于自动监测药液的容量v
药
，所述新液自检测单元用于自动监测新液的容量v
新
；所述自动监测计算单元用于根据泥浆罐容量自检测单元、药液自检测单元、新液自检测单元的数据对循环液进行动态总量监测，并将计算结果存储至计算结果记录单元内；所述钻进自动报警显示单元用于根据自动监测计算单元的计算结果进行报警；
5.所述起钻监测模块包括司钻起钻立柱数量自动计数单元、高度检测单元、触发单元、钻具容量计算单元、灌浆量计算单元以及起钻自动报警显示单元；所述触发单元用于根据司钻起钻立柱数量自动计数单元、高度检测单元的计数结果、检测结果选择触发方式；所述钻具容量计算单元用于根据起钻深度及当前钻具类型计算出起出钻具容量vn；所述灌浆量计算单元用于根据钻进监测模块的计算结果进行自动监测计算瞬时灌浆量v
t
；所述起钻自动报警显示单元用于根据灌浆量计算单元的计算结果进行报警；
6.所述下钻监测模块包括灌浆信号发出单元、灌浆操作记录单元、灌浆操作报警单元、泥浆量计算单元、误差检测单元、灌浆停止单元、下钻自动报警显示单元；所述灌浆信号发出单元包括系统设置灌浆立柱数量n
x
，当达到灌浆立柱数量n
x
时，发出信号，要求司钻往钻具内灌泥浆；所述灌浆操作记录单元用于记录司钻操作行为；所述灌浆操作报警单元用于根据灌浆操作记录单元记录的司钻操作行为，判断是否及时灌泥浆，司钻强行未灌浆，灌
泥浆系统及时发出信号警报；所述泥浆量计算单元用于根据钻具系统计算出钻具内灌泥浆量vj、下井钻具体积vh、实时灌泥浆量v
jt
以及下钻出口槽排除泥浆量v
hc
；所述误差检测单元用于检测v
j-v
jt
误差；所述灌浆停止单元用于设置灌浆停止方式；所述下钻自动报警显示单元用于根据误差检测单元的检测结果进行报警；
7.所述空井监测模块包括灌浆触停装置、溢流警报单元、井漏警报单元；所述遗留警报单元用于当液面上升触发灌浆触停装置时，发出溢流警报；所述井漏警报单元用于当灌入泥浆vk》0.5m3时发出井漏警报；
8.所述其他泥浆罐泥浆量监测模块包括串泥浆警报单元，用于监测各泥浆罐的变化量δv，当其中一泥浆罐δv的减量约等于另一泥浆罐δv的增量时，表示两罐之间闸门关闭不好，有串泥浆现象；
9.所述警告警报模块包括振动筛等泥浆损耗单元、各设备泥浆损耗单元。
10.本发明与现有技术相比的优点在于：本方案通过钻进监测模块、起钻监测模块、下钻监测模块、空井监测模块、其他泥浆罐泥浆量监测模块以及警告警报模块的配合，能够实现系统在线泥浆动态平衡监测、实现溢流或井漏监测及自动报警、实现司钻起下钻操作记录，灌浆记录以及与该系统的逻辑联动，解决了当前解决了当前在线溢流、井漏监测所存在的计算复杂、慢和不及时等问题，保障钻井施工安全。
附图说明
11.图1是本发明泥浆正常曲线的示意图。
12.图2是本发明疑似溢流曲线示意图。
13.图3是本发明疑似井漏曲线的示意图。
14.图4是本发明钻进监测模块的系统示意图。
15.图5是本发明起钻监测模块的系统示意图。
16.图6是本发明下钻监测模块的系统示意图。
17.图7是本发明空井监测模块的系统示意图。
具体实施方式
18.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
19.实施例：
20.结合附图1-4，本实施例公开了一种石油钻井在线溢流、井漏监测及自动灌浆系统，包括钻进监测模块、起钻监测模块、下钻监测模块、空井监测模块、其他泥浆罐泥浆量监测模块以及警告警报模块；
21.所述钻进监测模块包括泥浆罐容量自检测单元、药液自检测单元、新液自检测单元、自动监测计算单元、计算结果记录单元、钻进自动报警显示单元；所述泥浆罐容量自检测单元用于自动监测各泥浆罐的容量vn，所述药液自检测单元用于自动监测药液的容量v
药
，所述新液自检测单元用于自动监测新液的容量v
新
；所述自动监测计算单元用于根据泥
浆罐容量自检测单元、药液自检测单元、新液自检测单元的数据对循环液进行动态总量监测，并将计算结果存储至计算结果记录单元内；所述钻进自动报警显示单元用于根据自动监测计算单元的计算结果进行报警；
22.所述起钻监测模块包括司钻起钻立柱数量自动计数单元、高度检测单元、触发单元、钻具容量计算单元、灌浆量计算单元以及起钻自动报警显示单元；所述触发单元用于根据司钻起钻立柱数量自动计数单元、高度检测单元的计数结果、检测结果选择触发方式；所述钻具容量计算单元用于根据起钻深度及当前钻具类型计算出起出钻具容量vn；所述灌浆量计算单元用于根据钻进监测模块的计算结果进行自动监测计算瞬时灌浆量v
t
；所述起钻自动报警显示单元用于根据灌浆量计算单元的计算结果进行报警；
23.所述下钻监测模块包括灌浆信号发出单元、灌浆操作记录单元、灌浆操作报警单元、泥浆量计算单元、误差检测单元、灌浆停止单元、下钻自动报警显示单元；所述灌浆信号发出单元包括系统设置灌浆立柱数量n
x
，当达到灌浆立柱数量n
x
时，发出信号，要求司钻往钻具内灌泥浆；所述灌浆操作记录单元用于记录司钻操作行为；所述灌浆操作报警单元用于根据灌浆操作记录单元记录的司钻操作行为，判断是否及时灌泥浆，司钻强行未灌浆，灌泥浆系统及时发出信号警报；所述泥浆量计算单元用于根据钻具系统计算出钻具内灌泥浆量vj、下井钻具体积vh、实时灌泥浆量v
jt
以及下钻出口槽排除泥浆量v
hc
；所述误差检测单元用于检测v
j-v
jt
误差；所述灌浆停止单元用于设置灌浆停止方式；所述下钻自动报警显示单元用于根据误差检测单元的检测结果进行报警；
24.所述空井监测模块包括灌浆触停装置、溢流警报单元、井漏警报单元；所述遗留警报单元用于当液面上升触发灌浆触停装置时，发出溢流警报；所述井漏警报单元用于当灌入泥浆vk》0.5m3时发出井漏警报；
25.所述其他泥浆罐泥浆量监测模块包括串泥浆警报单元，用于监测各泥浆罐的变化量δv，当其中一泥浆罐δv的减量约等于另一泥浆罐δv的增量时，表示两罐之间闸门关闭不好，有串泥浆现象；
26.所述警告警报模块包括振动筛等泥浆损耗单元、各设备泥浆损耗单元。
27.在具体实施时，主要包括以下步骤：
28.一、钻进模式下
29.首先，切断除循环系统外的其他泥浆罐，确保闸门良好，罐间无串浆前提下；自检测泥浆罐1的容量v1、泥浆罐2的容量v2、泥浆罐n的容量vn，以及药液v
药
或新液v
新
。
30.自动监测计算：v
总
＝v1+v2+
…
+vn+v
药
+v
新
；对循环液进行动态总量监测，在钻进均匀且无异常的情况下，在体积时间记录表中，v
总
是一个以井深增加而数据减小的近试平滑直线，如图1。
31.当v
总
偏离平滑曲线增加时自动报警显示：循环液总量增加疑似溢流或气浸。
32.溢流情况：当v
总
增加，向上偏离正常曲线时。自动报警显示：循环液总量增加疑似溢流或气浸。如图2。根据溢流速度或气浸速度的不同，曲线曲率不同；
33.当v
总
偏离平滑曲线减少时自动报警显示：循环液总量减少疑似井漏。
34.井漏情况：当v
总
减少，向下偏离正常曲线时。自动报警显示：循环液总量减少疑似井漏，如图3；根据井漏速度的不同，曲线曲率不同
35.在作业过程中出现跑泥浆，总体积减小时，通过人工填写体积减少原因，消除警
报。
36.二、起钻模式下
37.(1)首先，系统自动计数司钻起钻立柱数量；设置当起钻立柱数量等于n时自动触发灌浆装置，环空自动罐浆，系统根据起钻深度及当前钻具类型计算出起出钻具容量vn与瞬时灌浆量v
t
；起钻井口钻具内泥浆损耗v
耗
，因大部分泥浆通过挡泥伞回到环空，v
耗
≈0忽略不计。
38.此时自动监测计算：v
t
＝δv
总
＝v
总(灌浆前)-v
总(灌浆后)
39.当δv
tn
＝v
t-vn误差小于0.5m3时，系统不发出警报。
40.当δv
tn
＝v
t-vn》0.5m3时，系统发出警报疑式井漏警报。
41.当δv
tn
＝v
t-vn《0.5m3时，系统发出警报疑式溢流活气侵警报。
42.(2)触发方式
43.a、灌浆启动：当系统检测到，起钻立柱达到设置起钻立柱数量n时自动触发灌浆装置。
44.b、灌浆停止：超声波检查设置检查高度，当泥浆灌入量到达超声波设置高度，自动停止。
45.三、下钻模式下
46.(1)系统设置灌浆立柱数量n
x
，当达到灌浆立柱数量n
x
时，发出信号，要求司钻往钻具内灌泥浆；通过系统记录司钻操作行为，是否及时灌泥浆，司钻强行未灌浆，灌泥浆系统及时发出信号警报；
47.根据钻具系统计算出钻具内灌泥浆量vj、下井钻具体积vh、实时灌泥浆量v
jt
以及下钻出口槽排除泥浆量v
hc
；检测v
j-v
jt
误差，下钻时钻具配套单流阀数据较准确些；当v
j-v
jt
差值较大时说明钻具内未灌满。
48.(2)停止方式：
49.1、通过灌入钻具泥浆量数值来触停钻具内灌浆操作，即为设定特定灌入值来实现停止，这种方式不一定会灌满到井口。
50.2、在灌入口设置一个防落井的浮力触发装置，带泄流管，泥浆到达井口，通过浮力作用或泄流灌大小调节压力推动触发器停止灌浆；这种方式能保证一定灌满。
51.(3)当v
hc-vh＞0.5m3时发出警报，疑是溢流或气侵。
52.当下钻时v
hc-vh＝0时(即出口槽未返出泥浆)发出警报，疑是井漏。此时司钻可以通过人工按钮方式向环空灌入泥浆vi，来判断漏失量，从而开展下步工作。
53.四、空井模式下
54.当在空井状态下时，灌浆触停装置起到液面监控的作用；
55.a、当液面上升触发灌浆触停装置时，发出溢流警报。
56.b、开启单位时间灌浆装置自启动模式，当灌入泥浆vk》0.5m3时。发出井漏警报。
57.五、其他泥浆罐泥浆量监测
58.当泥浆罐δv监测变化时，当其中一泥浆罐δv的减量约等于另一泥浆罐δv的增量时，表示两罐之间闸门关闭不好，有串泥浆现象。
59.六、非正常损耗警告、其它泥浆损失警报。振动筛等泥浆损耗，各设备泥浆损耗，填写损耗原因，消除警告。
60.以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种石油钻井在线溢流、井漏监测及自动灌浆系统，其特征在于，包括钻进监测模块、起钻监测模块、下钻监测模块、空井监测模块、其他泥浆罐泥浆量监测模块以及警告警报模块；所述钻进监测模块包括泥浆罐容量自检测单元、药液自检测单元、新液自检测单元、自动监测计算单元、计算结果记录单元、钻进自动报警显示单元；所述泥浆罐容量自检测单元用于自动监测各泥浆罐的容量v
n
，所述药液自检测单元用于自动监测药液的容量v
药
，所述新液自检测单元用于自动监测新液的容量v
新
；所述自动监测计算单元用于根据泥浆罐容量自检测单元、药液自检测单元、新液自检测单元的数据对循环液进行动态总量监测，并将计算结果存储至计算结果记录单元内；所述钻进自动报警显示单元用于根据自动监测计算单元的计算结果进行报警；所述起钻监测模块包括司钻起钻立柱数量自动计数单元、高度检测单元、触发单元、钻具容量计算单元、灌浆量计算单元以及起钻自动报警显示单元；所述触发单元用于根据司钻起钻立柱数量自动计数单元、高度检测单元的计数结果、检测结果选择触发方式；所述钻具容量计算单元用于根据起钻深度及当前钻具类型计算出起出钻具容量v
n
；所述灌浆量计算单元用于根据钻进监测模块的计算结果进行自动监测计算瞬时灌浆量v
t
；所述起钻自动报警显示单元用于根据灌浆量计算单元的计算结果进行报警；所述下钻监测模块包括灌浆信号发出单元、灌浆操作记录单元、灌浆操作报警单元、泥浆量计算单元、误差检测单元、灌浆停止单元、下钻自动报警显示单元；所述灌浆信号发出单元包括系统设置灌浆立柱数量n
x
，当达到灌浆立柱数量n
x
时，发出信号，要求司钻往钻具内灌泥浆；所述灌浆操作记录单元用于记录司钻操作行为；所述灌浆操作报警单元用于根据灌浆操作记录单元记录的司钻操作行为，判断是否及时灌泥浆，司钻强行未灌浆，灌泥浆系统及时发出信号警报；所述泥浆量计算单元用于根据钻具系统计算出钻具内灌泥浆量v
j
、下井钻具体积v
h
、实时灌泥浆量v
jt
以及下钻出口槽排除泥浆量v
hc
；所述误差检测单元用于检测v
j-v
jt
误差；所述灌浆停止单元用于设置灌浆停止方式；所述下钻自动报警显示单元用于根据误差检测单元的检测结果进行报警；所述空井监测模块包括灌浆触停装置、溢流警报单元、井漏警报单元；所述遗留警报单元用于当液面上升触发灌浆触停装置时，发出溢流警报；所述井漏警报单元用于当灌入泥浆v
k
>0.5m3时发出井漏警报；所述其他泥浆罐泥浆量监测模块包括串泥浆警报单元，用于监测各泥浆罐的变化量δv，当其中一泥浆罐δv的减量约等于另一泥浆罐δv的增量时，表示两罐之间闸门关闭不好，有串泥浆现象；所述警告警报模块包括振动筛等泥浆损耗单元、各设备泥浆损耗单元。2.根据权利要求1所述的一种石油钻井在线溢流、井漏监测及自动灌浆系统，其特征在于，所述自动监测计算单元的计算公式为：v
总
＝v1+v2+
…
+v
n
+v
药
+v
新
；上式中，v1为泥浆罐1的容量，v2为泥浆罐2的容量
…vn
为泥浆罐n的容量。3.根据权利要求1所述的一种石油钻井在线溢流、井漏监测及自动灌浆系统，其特征在于，根据v
总
随时间变化制作体积时间记录表，在表中，v
总
是一个以井深增加而数据减小的近试平滑直线；所述自动报警显示单元包括：
当v
总
偏离平滑曲线增加时自动报警显示：循环液总量增加疑似溢流或气浸；当v
总
增加，向上偏离正常曲线时报警显示：循环液总量增加疑似溢流或气浸；当v
总
偏离平滑曲线减少时自动报警显示：循环液总量减少疑似井漏；当v
总
减少，向下偏离正常曲线时，自动报警显示：循环液总量减少疑似井漏。4.根据权利要求1所述的一种石油钻井在线溢流、井漏监测及自动灌浆系统，其特征在于，所述灌浆量计算单元的计算公式为：v
t
＝δv
总
＝v
总(灌浆前)-v
总(灌浆后)。
5.所述起钻自动报警显示单元包括：当δv
tn
＝v
t-v
n
误差小于0.5m3时，系统不发出警报；当δv
tn
＝v
t-v
n
＞0.5m3时，系统发出警报疑式井漏警报；当δv
tn
＝v
t-v
n
<0.5m3时，系统发出警报疑式溢流活气侵警报。6.根据权利要求1所述的一种石油钻井在线溢流、井漏监测及自动灌浆系统，其特征在于，所述触发单元包括灌浆启动触发、灌浆停止触发，所述灌浆启动触发包括，当系统检测到，起钻立柱达到设置起钻立柱数量n时自动触发灌浆装置；所述灌浆停止触发包括超声波检查设置检查高度，当泥浆灌入量到达超声波设置高度，自动停止。7.根据权利要求1所述的一种石油钻井在线溢流、井漏监测及自动灌浆系统，其特征在于，所述误差检测单元中，当v
j-v
jt
差值较大时说明钻具内未灌满。8.根据权利要求1所述的一种石油钻井在线溢流、井漏监测及自动灌浆系统，其特征在于，灌浆停止单元包括设定特定灌入值来实现停止以及在灌浆区的灌入口设置一个防落井的浮力触发装置以及泄流管，泥浆到达井口，通过浮力作用或泄流灌大小调节压力推动触发器停止灌浆。9.根据权利要求1所述的一种石油钻井在线溢流、井漏监测及自动灌浆系统，其特征在于，所述下钻自动报警显示单元中，v
hc-v
h
＞0.5m3时发出警报，疑是溢流或气侵；当下钻时v
hc
＝0时，即出口槽未返出泥浆，发出警报，疑是井漏。

技术总结
本发明公开了一种石油钻井在线溢流、井漏监测及自动灌浆系统，包括钻进监测模块、起钻监测模块、下钻监测模块、空井监测模块、其他泥浆罐泥浆量监测模块以及警告警报模块；钻进监测模块包括泥浆罐容量自检测单元、药液自检测单元、新液自检测单元、自动监测计算单元、计算结果记录单元、钻进自动报警显示单元；本发明能够实现系统在线泥浆动态平衡监测、实现溢流或井漏监测及自动报警、实现司钻起下钻操作记录，灌浆记录以及与该系统的逻辑联动，解决了当前解决了当前在线溢流、井漏监测所存在的计算复杂、慢和不及时等问题，保障钻井施工安全。保障钻井施工安全。保障钻井施工安全。


技术研发人员：张勋 李勇 张鑫 张继伟 方永春 柯江国 王红杰 李国仓 李国鹏 张哲学
受保护的技术使用者：张勋
技术研发日：2023.04.01
技术公布日：2023/9/14