一種鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置，該裝置包括進(jìn)液管、排液管、上蓋、滑動(dòng)活塞、氣瓶；進(jìn)液管一端設(shè)有法蘭盤、另一端設(shè)有外螺紋；進(jìn)液管的內(nèi)徑沿軸線方向不同，進(jìn)液管的上端設(shè)置通氣口，進(jìn)液管內(nèi)設(shè)有防沖蝕襯管，上蓋與進(jìn)液管螺紋連接，上蓋的中心位置安裝有小氣壓缸、小氣壓腔壓力傳感器，上蓋的注氣孔通過氣體管線與氣瓶，滑動(dòng)活塞由大活塞和小活塞構(gòu)成，小活塞在小氣缸內(nèi)滑動(dòng)，大活塞在進(jìn)液管內(nèi)水平滑動(dòng)。本發(fā)明具利用大小活塞之間的面積差，將鉆井液流動(dòng)過程中施加在大活塞上的流動(dòng)壓力進(jìn)行放大，并利用壓力傳感器監(jiān)測(cè)小氣缸內(nèi)氣體壓力的變化，該裝置安裝簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，調(diào)節(jié)范圍廣，靈敏度高，使用安全可靠，能夠滿足早期監(jiān)測(cè)的需要。
【專利說明】一種鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石油工程領(lǐng)域，具體地，涉及一種鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置，該裝置安裝在鉆井液出口節(jié)流壓井管匯上，與旋轉(zhuǎn)控制頭配合使用，對(duì)鉆井液出口的鉆井液流動(dòng)壓力的監(jiān)測(cè)，提高鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。
【背景技術(shù)】
[0002]由于許多不確定因素的存在，常常導(dǎo)致在鉆井過程中發(fā)生復(fù)雜工況。在眾多的復(fù)雜工況中，以井涌工況可能造成的損失最大。當(dāng)鉆遇高壓地層時(shí)，地層中的高壓流體會(huì)流進(jìn)井筒，高壓流體進(jìn)入井筒后，會(huì)沿著井筒向上運(yùn)移擴(kuò)散，如果在沒有任何措施的情況下使其到達(dá)地面，那么鉆井液及鉆井工具極有可能被噴出井眼。這種情況下會(huì)導(dǎo)致鉆機(jī)損毀和人員傷亡的災(zāi)難性后果。
[0003]雖然人們對(duì)井噴的危害性有著深刻的認(rèn)識(shí)，但是近年來由于井噴引起的重大安全事故有逐年上升的趨勢(shì)。作為預(yù)防井噴事故發(fā)生的關(guān)鍵技術(shù)、井涌早期監(jiān)測(cè)技術(shù)逐漸受到越來越多的重視。盡管采用了幾乎的所有預(yù)防措施，在鉆井過程中，鉆遇高壓地層仍然是不可避免的。
[0004]如果可以找到一種預(yù)測(cè)或監(jiān)測(cè)方法，能夠?qū)磳l(fā)生的井涌和井噴做出準(zhǔn)確而及時(shí)的預(yù)報(bào)，使現(xiàn)場(chǎng)人員能夠有充分的時(shí)間處理進(jìn)入井筒的高壓流體，那么將大大降低鉆井工程的風(fēng)險(xiǎn)和損失。
[0005]早期井涌監(jiān)測(cè)技術(shù)可以及時(shí)警示鉆井作業(yè)者，警示時(shí)間越早給操作者提供的應(yīng)對(duì)時(shí)間越長(zhǎng)，可使成功處理井涌事故的概率大大增加，從而最大限度的消除井涌可能帶來的災(zāi)難性后果。因此，研究能夠盡早發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測(cè)到井涌發(fā)生的方法和系統(tǒng)對(duì)安全鉆井具有極其重要的價(jià)值。
[0006]隨著石油工業(yè)的發(fā)展，在鉆井工程領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展出多種形式的井涌監(jiān)測(cè)的方法和技術(shù)，例如:通過監(jiān)測(cè)監(jiān)控鉆井過程中泥漿池中鉆井液體積的增減，來判斷井涌發(fā)生概率；在鉆井液出口安裝擋板流量計(jì)，通過監(jiān)測(cè)鉆井液返出速度的大小，來判斷井下溢流情況；或者通過聲波時(shí)差法來判斷鉆井液中是否溶解有氣體；還有在底部鉆具上安裝壓力傳感器，利用泥漿脈沖信號(hào)將井底壓力數(shù)據(jù)傳回地面，通過分析信號(hào)數(shù)據(jù)來判斷地層流體侵入井筒的情況。
[0007]雖然存在各種井涌監(jiān)測(cè)技術(shù)，還是需要繼續(xù)改進(jìn)井涌早期監(jiān)測(cè)的方法和技術(shù)，本發(fā)明方法和系統(tǒng)能夠較早地提供井涌報(bào)警以進(jìn)一步提高地下勘探和生產(chǎn)作業(yè)的安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提出一種鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置，該裝置安裝在鉆井液出口節(jié)流壓井管匯上與旋轉(zhuǎn)控制頭配合使用，通過該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鉆井液出口的鉆井液流動(dòng)壓力的監(jiān)測(cè)，提高鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:[0010]鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置，包括:進(jìn)液管、排液管、上蓋、滑動(dòng)活塞、氣瓶；
[0011]進(jìn)液管、排液管呈T字型連接；
[0012]排液管的一端與進(jìn)液管的中部相連、另一端安裝有法蘭盤；
[0013]進(jìn)液管一端安裝有法蘭盤、另一端設(shè)有外螺紋；進(jìn)液管的內(nèi)徑沿軸線方向不同，靠近法蘭盤端的內(nèi)徑小、靠近外螺紋端的內(nèi)徑大，內(nèi)徑小的部分與內(nèi)徑大的部分相交處形成一臺(tái)階；該臺(tái)階位于進(jìn)液管與排液管交接處、靠進(jìn)液管的外螺紋一側(cè)位置；在進(jìn)液管的上端設(shè)置通氣口，通氣口靠近螺紋端；
[0014]上蓋設(shè)有內(nèi)螺紋，上蓋通過內(nèi)螺紋與進(jìn)液管的外螺紋連接；上蓋內(nèi)側(cè)的中心位置安裝有小氣壓缸；上蓋上設(shè)有小氣壓腔壓力傳感器，小氣壓腔壓力傳感器與小氣壓缸聯(lián)通，上蓋頂部設(shè)有注氣孔，注氣孔聯(lián)通小氣壓缸，注氣孔通過氣體管線與氣瓶連接，氣瓶?jī)?nèi)的氣體經(jīng)由氣體管線通過上蓋頂部的注氣孔進(jìn)入小氣缸；
[0015]滑動(dòng)活塞由大活塞和小活塞構(gòu)成,大活塞和小活塞固定連接；小活塞在小氣缸內(nèi)滑動(dòng)；
[0016]大活塞在進(jìn)液管內(nèi)水平滑動(dòng)，大活塞靠小活塞端的位置上成型一限位環(huán)，限位環(huán)只具有限位功能，限位環(huán)的外徑與進(jìn)液管靠螺紋端的內(nèi)徑相同，大活塞靠法蘭盤端的外徑與進(jìn)液管靠法蘭盤端的的內(nèi)徑相同；進(jìn)液管上設(shè)置的通氣口。
[0017]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0018]1、利用大小活塞之間的面積差，將鉆井液流動(dòng)過程中施加在大活塞上的流動(dòng)壓力進(jìn)行放大，并利用壓力傳感器監(jiān)測(cè)小氣缸內(nèi)氣體壓力的變化，該裝置安裝簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，調(diào)節(jié)范圍廣，靈敏度高，使用安全可靠，能夠滿足井涌早期監(jiān)測(cè)的需要。
[0019]2、通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將小氣缸內(nèi)壓力歸一化曲線與立管壓力歸一化曲線進(jìn)行對(duì)比分析，可以清晰的判斷出井涌程度，算法原理簡(jiǎn)單，代碼淺顯易懂。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1a為本發(fā)明監(jiān)測(cè)裝置(開啟度0%時(shí))的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖1b為本發(fā)明監(jiān)測(cè)裝置(開啟度25%時(shí))的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖1c為本發(fā)明監(jiān)測(cè)裝置(開啟度50%時(shí))的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖1d為本發(fā)明監(jiān)測(cè)裝置(開啟度75%時(shí))的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖1e為本發(fā)明監(jiān)測(cè)裝置全開狀態(tài)(開啟度100%時(shí))的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2a為停止循環(huán)時(shí)鉆井液流動(dòng)狀態(tài)示意圖；
[0026]圖2b為正常循環(huán)時(shí)鉆井液流動(dòng)狀態(tài)示意圖；
[0027]圖2c為井涌或氣侵發(fā)生時(shí)鉆井液流動(dòng)狀態(tài)示意圖；
[0028]圖2d為鉆桿刺漏發(fā)生時(shí)鉆井液流動(dòng)狀態(tài)不意圖；
[0029]圖2e為節(jié)流管線阻塞發(fā)生時(shí)鉆井液流動(dòng)狀態(tài)示意圖；
[0030]圖2f為泵發(fā)生故障或鉆井液漏失發(fā)生時(shí)鉆井液流動(dòng)狀態(tài)示意圖；
[0031]圖2g為鉆桿阻塞或井眼坍塌發(fā)生時(shí)鉆井液流動(dòng)狀態(tài)示意圖；
[0032]圖中:1、泥漿池，2、鉆井液，3、泥漿泵管線，4、泥漿泵，5、立壓傳感器，6、立管，7、旋轉(zhuǎn)控制頭，8、環(huán)形防噴器，9、閘板防噴器，10、鉆柱，11、鉆頭水眼，12、鉆頭，13、井筒，14、地層，15、鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置，151、進(jìn)液管，152、排液管，153、上蓋，154、滑動(dòng)活塞，155、氣瓶，1511、進(jìn)液管防沖蝕襯管，1512、進(jìn)液管通氣口，1521、排液管防沖蝕襯管，1531、小氣壓缸，1532、小氣壓腔壓力傳感器，1541、大活塞，1542、大活塞密封總成，1543、小活塞，1544、小活塞密封總成，16、節(jié)流管線，17、鉆井液出口，18、小氣腔壓力傳感器數(shù)據(jù)線，19、立管傳感器數(shù)據(jù)線，20、數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)，21、井涌或氣侵位置，22、鉆桿刺漏位置，23、節(jié)流管線阻塞位置，24、鉆井液漏失位置，25、井眼坍塌位置，26、鉆桿阻塞位置。
【具體實(shí)施方式】
[0033]如圖la, lb, lc, Id, Ie所示,鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置，包括:進(jìn)液管151、排液管152、上蓋153、滑動(dòng)活塞154、氣瓶155。
[0034]進(jìn)液管151、排液管152呈T字型連接，構(gòu)成鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置的外殼；進(jìn)液管151的長(zhǎng)度比排液管152的長(zhǎng)度長(zhǎng)。
[0035]排液管152的一端與進(jìn)液管151的中部相連、另一端安裝有法蘭盤，鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置通過排液管152的法蘭盤與節(jié)流管匯相連(如圖2a所示)；排液管152內(nèi)設(shè)有防沖蝕襯管1521，防沖蝕襯管1521用于降低鉆井液對(duì)鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)部的沖蝕。
[0036]進(jìn)液管151—端安裝有法蘭盤、另一端設(shè)有外螺紋；進(jìn)液管151通過法蘭盤與井口出口相連；進(jìn)液管151的內(nèi)徑沿軸線方向不同，靠近法蘭盤端的內(nèi)徑小、靠近外螺紋端的內(nèi)徑大，內(nèi)徑小的部分與內(nèi)徑大的部分相交處形成一臺(tái)階；該臺(tái)階位于進(jìn)液管151與排液管152交接處、靠進(jìn)液管151的外螺紋一側(cè)位置；在進(jìn)液管151的上端設(shè)置通氣口 1512，通氣口 1512靠近螺紋端；臺(tái)階與通氣口 1512的距離在數(shù)值上大于一個(gè)大活塞1541水平方向的長(zhǎng)度；進(jìn)液管151內(nèi)設(shè)有防沖蝕襯管1511，防沖蝕襯管1511設(shè)在進(jìn)液管151與排液管152交接處至進(jìn)液管151的法蘭盤位置，防沖蝕襯管1511用于降低鉆井液對(duì)鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)部的沖蝕。
[0037]上蓋153設(shè)有內(nèi)螺紋，上蓋153通過內(nèi)螺紋與進(jìn)液管151的外螺紋連接；上蓋153內(nèi)側(cè)的中心位置安裝有小氣壓缸1531 ;上蓋153上設(shè)有小氣壓腔壓力傳感器1532，小氣壓腔壓力傳感器1532與小氣壓缸1531聯(lián)通，小氣壓腔壓力傳感器1532用于測(cè)量小氣壓缸1531氣壓腔內(nèi)的壓力；上蓋153頂部設(shè)有注氣孔，注氣孔聯(lián)通小氣壓缸1531，注氣孔通過氣體管線與氣瓶155連接，氣瓶155內(nèi)的氣體經(jīng)由氣體管線通過上蓋155頂部的注氣孔進(jìn)入小氣缸，用來調(diào)節(jié)小氣壓缸1531氣壓腔內(nèi)的壓力。
[0038]滑動(dòng)活塞154由大活塞1541和小活塞1543構(gòu)成，大活塞1541和小活塞1543固定連接；小活塞1543在小氣缸內(nèi)滑動(dòng)，小活塞1543上安裝有小活塞密封總成1544，小活塞1543通過小活塞密封總成1544與小氣壓缸1531實(shí)現(xiàn)密封連接；
[0039]大活塞1541在進(jìn)液管151內(nèi)水平滑動(dòng)，大活塞1541靠小活塞端的位置上成型一限位環(huán)，限位環(huán)只具有限位功能，不具有密封功能，限位環(huán)的外徑與進(jìn)液管151靠螺紋端的內(nèi)徑相同，大活塞1541靠法蘭盤端的外徑與進(jìn)液管151靠法蘭盤端的的內(nèi)徑相同；大活塞1541上安裝有大活塞密封總成1542，大活塞1541通過大活塞密封總成1542與進(jìn)液管151實(shí)現(xiàn)密封連接；進(jìn)液管151上設(shè)置的通氣口 1512可以確保大活塞1541能夠順利滑動(dòng)。
[0040]大活塞1541沿進(jìn)液管151向法蘭盤端運(yùn)行到極限時(shí)，大活塞1541上的限位環(huán)正好與進(jìn)液管151的臺(tái)階緊密配合，大活塞1541也恰好將進(jìn)液管151和排液管152之間的流動(dòng)通道全部關(guān)閉，大活塞1541抵靠在防沖蝕襯管1511的端面，此時(shí)，開啟度為0%;開啟度是指大活塞1541與防沖蝕襯管1511之間的距離與排液管152直徑之間的比值。
[0041]大活塞1541沿進(jìn)液管151向螺紋端運(yùn)行到極限時(shí)，大活塞1541恰好頂在小氣壓缸1531的端面，進(jìn)液管151和排液管152之間的流動(dòng)通道恰好全部打開，開啟度為100%。當(dāng)大活塞1541上受的力介于以上兩種工況之間時(shí)，開啟度也將發(fā)生變化。正常鉆進(jìn)時(shí)，開啟度接近50%,如圖1c所示；鉆井液流量較小或者大活塞1541受力降低時(shí),開啟度小于50%,如圖1b所示；鉆井液流量較大時(shí)或者大活塞1541受力增加時(shí),開啟度大于50%,如圖1d所
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[0042]如圖2a_2g所示，在鉆井系統(tǒng)中，鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置位于節(jié)流管線與井口之間的循環(huán)管路上；鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置通過進(jìn)液管151上的法蘭盤與井筒鉆井液出口管線連接；鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置通過的排液管152上的法蘭盤與節(jié)流管線16連接。
[0043]鉆井液存儲(chǔ)在泥漿池I中，鉆井液經(jīng)過泥漿泵管線3由鉆井泵4注入到立管6中，然后經(jīng)過鉆柱10和鉆頭水眼11進(jìn)入井筒，隨后沿井筒向上循環(huán)到井口，流經(jīng)環(huán)形防噴器8和閘板防噴器9及旋轉(zhuǎn)控制頭7后，經(jīng)鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置以及節(jié)流管線16流回泥漿池I ;在立管6上安裝有立壓傳感器5 ;鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置氣腔壓力傳感器1503采集的小氣腔壓力數(shù)據(jù)和立壓傳感器5采集的數(shù)據(jù)分別通過小氣腔壓力傳感器數(shù)據(jù)線18和立管傳感器數(shù)據(jù)線19傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集及分析計(jì)算機(jī)20進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。通過在計(jì)算機(jī)上對(duì)比立壓信號(hào)和小氣缸壓力信號(hào)的變化規(guī)律，能夠判斷是否發(fā)生泵故障、溢流、鉆桿刺漏、節(jié)流管線阻塞、漏失、鉆桿阻塞、井眼坍塌等復(fù)雜工況。
[0044]如圖2a所示，鉆井系統(tǒng)停止循環(huán)鉆井液時(shí)，進(jìn)液管151法蘭盤一端沒有鉆井液流入，因此在大活塞1541靠法蘭盤端面，沒有流動(dòng)壓力存在，在小氣壓腔1531內(nèi)氣體壓力的作用下，大活塞1541抵靠在防沖蝕襯管1511的端面，處于關(guān)閉位置，開啟度為0%，活塞位置如圖1a所示。這種工況下，小氣壓腔1531內(nèi)的壓力和立壓傳感器5的壓力在數(shù)值上都保持恒定，且立管6壓力接近為零。
[0045]如圖2b所示，鉆井系統(tǒng)正常鉆進(jìn)時(shí)，存在以下幾個(gè)主要工況:開泵、循環(huán)、停泵。
[0046]開泵條件下，進(jìn)液管151法蘭盤端的鉆井液排量將從零逐漸增加到正常排量。大活塞1541在鉆井液的推動(dòng)下，克服了運(yùn)動(dòng)阻力，并打開了進(jìn)液管151和排液管152之間的流動(dòng)通道，隨著鉆井液排量持續(xù)增加，大活塞1541位置繼續(xù)發(fā)生變化，開啟度從0%的狀態(tài)(如圖1a所示)逐漸運(yùn)動(dòng)到50%的狀態(tài)(如圖1c所示)。最終在鉆井液流動(dòng)正常循環(huán)后，大活塞1541位置不再發(fā)生變化。在開泵過程中，小活塞1543在大活塞1541的推動(dòng)下，不斷壓縮小氣壓腔1531內(nèi)氣體體積，小氣壓腔1531內(nèi)氣體壓力的變化規(guī)律，與立壓傳感器5壓力的變化規(guī)律一致，都是從最小值開始上升，并最終穩(wěn)定，且不同的開泵策略對(duì)應(yīng)著不同的變化規(guī)律。
[0047]循環(huán)條件下，鉆進(jìn)液排量不會(huì)發(fā)生進(jìn)一步變化，大活塞1541將一直處于開啟狀態(tài)，且開啟度將保持恒定。這種工況下，小氣壓缸1531內(nèi)的壓力和立壓傳感器5的度數(shù)在數(shù)值上也都保持恒定，且均不為零。
[0048]停泵條件下，進(jìn)液管151法蘭盤端的鉆井液排量從正常排量逐漸降低到零。大活塞1541的受力平衡狀態(tài)被打破，小活塞1543在小氣壓缸1531內(nèi)氣體壓力的作用下，推動(dòng)大活塞1541移動(dòng)，開啟度從50%的狀態(tài)(如圖1c所示)逐漸變化到0%的狀態(tài)(如圖1a所示)。在鉆井液停止循環(huán)后，大活塞1541位置不再發(fā)生變化。在停泵過程中，隨著小活塞1543和大活塞1541的移動(dòng)，小氣壓缸1531內(nèi)氣體體積被逐漸釋放，小氣壓腔1531內(nèi)氣體壓力的變化規(guī)律，與立壓傳感器5壓力的變化規(guī)律一致，都是從逐漸降到最小值，且不同的停泵策略對(duì)應(yīng)著不同的變化規(guī)律。
[0049]如圖2c所示，在鉆井過程中當(dāng)鉆遇高壓地層14時(shí)，極易發(fā)生井涌或者氣侵現(xiàn)象，在井涌或氣侵位置21地層14壓力高于井底壓力，在剛打開高壓層時(shí)，立壓傳感器5壓力會(huì)上升；地層流體進(jìn)入井筒13，頂替一部分鉆井液，使井口鉆井液排量增加，大活塞1541從開啟度50%的狀態(tài)(如圖1c所示)開始增加，同時(shí)小氣壓缸1543內(nèi)壓力升高；在井涌初期，由于液體的不可壓縮性質(zhì)，立管6壓力和小氣壓腔1505內(nèi)壓力的增加趨勢(shì)同時(shí)發(fā)生且具有一致性。當(dāng)?shù)貙恿黧w隨著鉆井液上返過程中，由于油、氣、水的密度往往小于鉆井液密度，因此大量地層流體侵入會(huì)導(dǎo)致井筒13液柱壓力下降，使循環(huán)系統(tǒng)立壓傳感器5讀數(shù)下降；而地層14流體不斷的進(jìn)入井筒13，使鉆井液的排量持續(xù)增加，大活塞1541的開啟度不斷增加(如圖1d所示)，增加幅度根據(jù)井涌程度而定。小活塞1543在大活塞1541的推動(dòng)下，不斷壓縮小氣壓缸1531內(nèi)氣體體積，小氣壓缸1531內(nèi)的壓力繼續(xù)增加，尤其是當(dāng)氣侵發(fā)生時(shí)，氣體膨脹效應(yīng)會(huì)加劇這一過程，此時(shí)大活塞的開啟度可能達(dá)到100% (如圖1e所示)。
[0050]如圖2d所示所示,在鉆桿刺漏位置22鉆桿10發(fā)生刺漏時(shí),鉆井液從刺漏點(diǎn)進(jìn)入環(huán)空井筒13，而不是通過鉆頭水眼11進(jìn)入環(huán)空井筒13，因此鉆井液在井筒內(nèi)的循環(huán)顯著減小，根據(jù)流體力學(xué)原理，立壓傳感器5讀數(shù)會(huì)隨之降低；但此時(shí)鉆井液的循環(huán)排量并沒有發(fā)生變化，鉆井液對(duì)大活塞1541的作用力并沒有降低，大活塞1541的開啟度依然為50% (如圖1c所示)，所以小氣壓缸1531內(nèi)氣體壓力沒有明顯變化。
[0051]如圖2e所示，在節(jié)流管線阻塞位置23節(jié)流管匯16發(fā)生阻塞時(shí)，阻塞情況越嚴(yán)重，阻塞段附近的節(jié)流效應(yīng)越明顯，節(jié)流管匯16阻塞點(diǎn)靠近鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置15的一側(cè)壓力會(huì)明顯升高，大活塞1541受到壓力上升的影響，從開啟度50%的狀態(tài)(如圖1c所示)開始增加，如果阻塞情況十分嚴(yán)重，大活塞1541的最大開啟度可能達(dá)75% (如圖1d所示)或100% (如圖1e所示)，此時(shí)小氣壓缸1531內(nèi)的壓力升高明顯。節(jié)流管匯16發(fā)生阻塞時(shí)，同時(shí)造成鉆桿10、環(huán)空井筒13的系統(tǒng)內(nèi)壓力也增加，即立壓傳感器5讀數(shù)增加，但隨著阻塞時(shí)間的增加，立壓傳感器5讀數(shù)不會(huì)繼續(xù)降低。
[0052]如圖2f所示，在鉆井液漏失位置24當(dāng)鉆井液發(fā)生漏失或鉆井泵出現(xiàn)故障時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致井筒13出口的鉆井液流量減小，大活塞1541的受力平衡狀態(tài)被打破，小活塞1543在小氣壓缸1531內(nèi)氣體壓力的作用下，推動(dòng)大活塞1541移動(dòng)，大活塞1541開啟度從50%的狀態(tài)(如圖1c所示)開始下降，如果以上情況十分嚴(yán)重，井口無鉆井液返出，則大活塞1541的開啟度將降為0% (如圖1a所示)；漏失發(fā)生時(shí)，由于鉆井液出口流量減小，環(huán)空循環(huán)壓耗降低，造成立管壓力傳感器5讀數(shù)將減??；以上所有參數(shù)的降低幅度與鉆井液排量的減小幅度相一致。
[0053]如圖2g所示，在鉆桿阻塞位置26或井眼坍塌位置25處，當(dāng)鉆桿10阻塞或者發(fā)生井眼坍塌事故時(shí)，在阻塞點(diǎn)或坍塌點(diǎn)之前的管路中，壓力會(huì)因?yàn)樽枞蝗簧?，?dǎo)致立管壓力傳感器5的度數(shù)上升；而在阻塞點(diǎn)或者坍塌點(diǎn)之后的管路中，由于鉆井液失去動(dòng)力，排量迅速降為零，大活塞1541在小活塞1531的推動(dòng)下，開啟度從50%的狀態(tài)(如圖1c所示)降為0% (如圖1a所示)，此時(shí)小氣壓缸1531內(nèi)氣體壓力降為最小值。
[0054]可以根據(jù)此時(shí)小氣壓缸1531內(nèi)氣體壓力和立壓傳感器5讀數(shù)的變化規(guī)律特點(diǎn)對(duì)上述各種復(fù)雜工況進(jìn)行判斷。
【權(quán)利要求】
1.一種鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置，包括:進(jìn)液管、排液管、上蓋、滑動(dòng)活塞、氣瓶；其特征在于: 進(jìn)液管、排液管呈T字型連接； 排液管的一端與進(jìn)液管的中部相連、另一端安裝有法蘭盤； 進(jìn)液管一端安裝有法蘭盤、另一端設(shè)有外螺紋；進(jìn)液管的內(nèi)徑沿軸線方向不同，靠近法蘭盤端的內(nèi)徑小、靠近外螺紋端的內(nèi)徑大，內(nèi)徑小的部分與內(nèi)徑大的部分相交處形成一臺(tái)階；該臺(tái)階位于進(jìn)液管與排液管交接處、靠進(jìn)液管的外螺紋一側(cè)位置；在進(jìn)液管的上端設(shè)置通氣口，通氣口靠近螺紋端； 上蓋設(shè)有內(nèi)螺紋，上蓋通過內(nèi)螺紋與進(jìn)液管的外螺紋連接；上蓋內(nèi)側(cè)的中心位置安裝有小氣壓缸；上蓋上設(shè)有小氣壓腔壓力傳感器，小氣壓腔壓力傳感器與小氣壓缸聯(lián)通，上蓋頂部設(shè)有注氣孔，注氣孔聯(lián)通小氣壓缸，注氣孔通過氣體管線與氣瓶連接，氣瓶?jī)?nèi)的氣體經(jīng)由氣體管線通過上蓋頂部的注氣孔進(jìn)入小氣缸； 滑動(dòng)活塞由大活塞和小活塞構(gòu)成，大活塞和小活塞固定連接；小活塞在小氣缸內(nèi)滑動(dòng)； 大活塞在進(jìn)液管內(nèi)水平滑動(dòng)，大活塞靠小活塞端的位置上成型一限位環(huán)，限位環(huán)只具有限位功能，限位環(huán)的外徑與進(jìn)液管靠螺紋端的內(nèi)徑相同，大活塞靠法蘭盤端的外徑與進(jìn)液管靠法蘭盤端的的內(nèi)徑相同；進(jìn)液管上設(shè)置的通氣口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:進(jìn)液管內(nèi)設(shè)有防沖蝕襯管，防沖蝕襯管設(shè)在進(jìn)液管與排液管交接處至進(jìn)液管的法蘭盤位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:大活塞沿進(jìn)液管向法蘭盤端運(yùn)行到極限時(shí)，大活`塞上的限位環(huán)正好與進(jìn)液管的臺(tái)階緊密配合，大活塞也恰好將進(jìn)液管和排液管之間的流動(dòng)通道全部關(guān)閉，大活塞抵靠在防沖蝕襯管的端面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:大活塞沿進(jìn)液管向螺紋端運(yùn)行到極限時(shí)，大活塞恰好頂在小氣壓缸的端面，進(jìn)液管和排液管之間的流動(dòng)通道恰好全部打開。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:小活塞上安裝有小活塞密封總成，小活塞通過小活塞密封總成與小氣壓缸實(shí)現(xiàn)密封連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:大活塞上安裝有大活塞密封總成，大活塞通過大活塞密封總成與進(jìn)液管實(shí)現(xiàn)密封連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:排液管內(nèi)設(shè)有防沖蝕襯管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7所述的鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:臺(tái)階與通氣口的距離在數(shù)值上大于一個(gè)大活塞水平方向的長(zhǎng)度；進(jìn)液管的長(zhǎng)度比排液管的長(zhǎng)度長(zhǎng)。
9.一種鉆井系統(tǒng)，采用權(quán)利要求1-8所述的鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置位于節(jié)流管線與井口之間的循環(huán)管路上；鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置通過進(jìn)液管上的法蘭盤與井筒鉆井液出口管線連接；鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置通過的排液管上的法蘭盤與節(jié)流管線連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鉆井系統(tǒng)，其特征在于:鉆井液存儲(chǔ)在泥漿池中，鉆井液經(jīng)過泥漿泵管線由鉆井泵注入到立管中，然后經(jīng)過鉆柱和鉆頭水眼進(jìn)入井筒，隨后沿井筒向上循環(huán)到井口，流經(jīng)環(huán)形防噴器和閘板防噴器及旋轉(zhuǎn)控制頭后，經(jīng)鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置以及節(jié)流管線流回泥漿池；在立管上安裝有立壓傳感器；鉆井復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)裝置氣腔壓力傳感器采集的小氣腔壓力數(shù)據(jù)和立壓傳感器采集的數(shù)據(jù)分別通過小氣腔壓力傳感器數(shù)據(jù)線和立管傳感器數(shù)據(jù)線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集及分`析計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。
【文檔編號(hào)】E21B21/08GK103670306SQ201310728664
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】李 昊, 王凌霄, 高永海, 李春麗, 相恒富 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)