[發(fā)明專利]一種新型井涌報警裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410332173.3
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN104131809B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王莉;吳志虎;肖凱文;魯五一
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: E21B47/10
• 分類號: E21B47/10
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所43114
• 代理人: 黃美成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型井涌報警裝置及方法，適用于一般情況下的井涌報警，特別適用于非滿管狀態(tài)下的專用井涌報警。

背景技術(shù)

在鉆井過程中(鉆進、固井、測試或修井等各種井下作業(yè))，井內(nèi)流體層壓力大于鉆井液或洗井液柱靜壓力時,含流體層中的流體或氣體將侵人井筒內(nèi),積累至一定量后,隨井筒內(nèi)液體循環(huán)至井口,在井口形成沸騰狀,這種現(xiàn)象稱為井涌。而井涌往往是井噴的先兆，因此，對此種現(xiàn)象必須要預(yù)先檢測，避免事故的發(fā)生。

現(xiàn)行監(jiān)測鉆井作業(yè)過程中判斷是否發(fā)生井涌的方法主要為體積守恒法，即灌入油井中泥漿的體積與從油井中抽出的泥漿體積在一定范圍內(nèi)是否相等。若抽出的泥漿體積大于灌入的泥漿體積，則可認為發(fā)生了井涌；若小于，則可視作發(fā)生了井漏。

在檢測過程中，現(xiàn)行檢測須要求檢測對象須處于滿管狀態(tài)，以定值估算泥漿在管內(nèi)的體積量。若在非滿管狀況下，則現(xiàn)有設(shè)備不能很好地檢測出井涌故障。。

因此，有必要設(shè)計一種新型井涌報警裝置及方法，尤其是針對非滿管狀態(tài)下的井涌報警的裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型井涌報警裝置及方法，該新型井涌報警裝置及方法易于實施，且能有效地避免井涌的發(fā)生，保障鉆井過程中的人身和財產(chǎn)安全。

發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種新型井涌報警裝置，包括底座1、轉(zhuǎn)軸2、連桿4、靶板5、計算單元與報警單元；

所述的底座設(shè)置在管道的泥漿流出口處；底座具有一個底板和兩個側(cè)板3；

兩個側(cè)板垂直于底板固定在底板的相對兩側(cè)；且沿著泥漿流動方向設(shè)置；

轉(zhuǎn)軸設(shè)置在2塊側(cè)板上，由電機驅(qū)動；

連桿的一端固定在轉(zhuǎn)軸上，連桿的另一端固定有所述的靶板；連桿處于豎直位置時，靶板與泥漿流動方向垂直；

轉(zhuǎn)軸上設(shè)有扭矩傳感器；

扭矩傳感器與計算單元相連；

計算單元與報警單元相連；

在計算單元中執(zhí)行以下計算和處理：

(1)當(dāng)連桿處于豎直位置且靶板浸沒于泥漿中時，計算單元由讀取扭矩傳感器檢測到的力矩值M；根據(jù)下式計算得到泥漿液對靶板所造成的沖力F：

F＝M/L，L為連桿的長度與靶板的長度之和；

(2)計算單元再由下式計算得到泥漿的流速v：

其中，C_d為流體阻力系數(shù)，A為靶板處于水平位置時在水平面的投影面積，ρ為泥漿的密度；

(3)當(dāng)流速v大于第一預(yù)設(shè)閾值時，或單位時間內(nèi)流速變化值△v大于第二預(yù)設(shè)閾值時，計算單元啟動報警單元實施報警。

在靶板上設(shè)有一個電叉；電叉與電流檢測回路的一端相連，電流檢測回路的另一端與流動的泥漿液相連；以流動的泥漿液作為導(dǎo)體；電流檢測回路中設(shè)有電流表；

在連桿的旋轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)電流表的讀數(shù)發(fā)生跳變，即表示電叉接觸到泥漿液或電叉從泥漿液中離開，記錄此時角度傳感器檢測出連桿與水平方向所成的角度α，則液位高度為h＝H-L·sinα；其中H為轉(zhuǎn)軸與底座的上表面的高度，L為連桿的長度與靶板的長度之和。

連桿上還設(shè)有用于檢測連桿角度的角度傳感器，靶板上設(shè)有一個泥漿勺；連桿處于水平位置時，泥漿勺的開口朝上；

在計算單元中執(zhí)行以下計算和處理：

(1)在電機驅(qū)動下，當(dāng)連桿上的泥漿勺從流動中的泥漿液中舀出一勺泥漿，并且連桿繼續(xù)上升達到與水平方向平行時，計算此時泥漿勺中泥漿液的質(zhì)量m【計算原理為：由M＝F*L即有M＝mg*L，則質(zhì)量m＝M/gL，其中的一種具體的計算方法為：在連桿均處于水平方向時，泥漿勺中沒有泥漿時測量一次轉(zhuǎn)矩，泥漿勺中有泥漿時再測量一次轉(zhuǎn)矩，兩次測得的轉(zhuǎn)矩值之差即△M是由泥漿勺中泥漿的重量造成的，則泥漿的質(zhì)量m＝△M/gL】，泥漿勺的容積V已知，則由下式計算得到泥漿液的比重值

(2)當(dāng)泥漿液的比重值大于第三預(yù)設(shè)閾值時，或單位時間內(nèi)比重變化值大于第四預(yù)設(shè)閾值時，計算單元啟動報警單元實施報警。

一種新型井涌報警方法，采用前述的新型井涌報警裝置；包括以下步驟：

步驟1：計算沖力F：

當(dāng)連桿處于豎直位置且靶板浸沒于泥漿中時，計算單元由讀取扭矩傳感器檢測到的力矩值M；根據(jù)下式計算得到泥漿液對靶板所造成的沖力F：

F＝M/L，L為連桿的長度與靶板的長度之和；

步驟2：計算流速v

計算單元再由下式計算得到泥漿的流速v：

其中，Cd為流體阻力系數(shù)，A為靶板處于水平位置時在水平面的投影面積，ρ為泥漿的密度；