專利名稱：用于鉆井筒中返出固相顆粒質(zhì)量流量的檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種固相顆粒計(jì)量的檢測(cè)系統(tǒng)，尤其是鉆井筒中返出固相顆粒質(zhì)量流量的檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著鉆井工藝技術(shù)水平的提聞和提聞單井廣能的需要，大斜度定向井及大位移水平井占總鉆井工作量的比例越來(lái)越高?；诖笪灰扑骄梢宰畲笙薅鹊慕衣秲?chǔ)層，在老油田的增儲(chǔ)上產(chǎn)、稠油儲(chǔ)層、低滲儲(chǔ)層以及施工環(huán)境受限井位等情況下，這種施工工藝已近逐漸成為整個(gè)鉆井工程不可缺少的組成部分。實(shí)踐表明，采用大位移井鉆井工藝能夠有效提高特定儲(chǔ)層的開(kāi)發(fā)效率，大幅度降低建井和完井成本。但由于鉆井的斜度和位移大，大大增加了巖屑等固相顆粒攜帶、運(yùn)移的難度，影響了鉆屑等固相顆粒的及時(shí)清理，給正常的鉆井及完井作業(yè)造成鉆速低、起下鉆摩阻大、加不上鉆壓等困難，甚至?xí)斐煽ㄣ@、卡電纜等 故障。如果能有效檢測(cè)到鉆井返出流體中鉆屑等固相顆粒的質(zhì)量流量，將有助于解決鉆井過(guò)程中及時(shí)清理鉆屑等固相顆粒的難題。流體撞擊或摩擦固體表面、固相顆粒之間撞擊或固相顆粒撞擊固體表面時(shí)都可以激發(fā)彈性波，這個(gè)過(guò)程中既含有流體撞擊產(chǎn)生的連續(xù)型聲發(fā)射源，也有固體顆粒撞擊產(chǎn)生的突發(fā)型聲發(fā)射源。固體顆粒的質(zhì)量信息可以通過(guò)沖擊振動(dòng)信號(hào)來(lái)檢測(cè)，專利申請(qǐng)?zhí)枮?01020276657. 8的專利“一種用于油氣井出砂監(jiān)測(cè)的高頻信號(hào)感受裝置”公開(kāi)了一種用于油氣井出砂監(jiān)測(cè)的高頻信號(hào)感受裝置，該裝置就是采用固體顆粒的沖擊振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)油氣井中出砂的質(zhì)量信息。但是，該裝置的噴嘴為喇叭狀，僅適用于顆粒較為細(xì)小的砂粒，當(dāng)流體中的固相顆粒尺寸較大時(shí)，極易阻塞該噴嘴造成故障。流量的檢測(cè)目前有兩種手段，即采用多普勒流量計(jì)和單一利用聲發(fā)射技術(shù)來(lái)檢測(cè)流量，但二者都存在一定的問(wèn)題(I)多普勒流量計(jì)可以檢測(cè)含有一定固體顆?；驓馀莸牧黧w，但在現(xiàn)場(chǎng)鉆井條件下，由于巖屑顆粒的不規(guī)則性和鉆井液流態(tài)的不穩(wěn)定性，極大影響了流量檢測(cè)的精度；(2)單一利用聲發(fā)射技術(shù)測(cè)量巖屑流量的機(jī)理尚不成熟，計(jì)量誤差大，難以推廣使用。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能精確檢測(cè)鉆井返出固相顆粒的質(zhì)量流量的檢測(cè)系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是用于鉆井筒中固相顆粒質(zhì)量流量的檢測(cè)系統(tǒng)，包括測(cè)量管路、超聲波測(cè)量組件、沖擊檢測(cè)組件、超聲信號(hào)收集儀、沖擊信號(hào)收集儀和計(jì)算機(jī)處理單元，超聲波測(cè)量組件通過(guò)超聲信號(hào)收集儀與計(jì)算機(jī)處理單元相連，沖擊檢測(cè)組件通過(guò)沖擊信號(hào)收集儀與計(jì)算機(jī)處理單元相連。優(yōu)選的是，所述超聲波測(cè)量組件緊貼在測(cè)量管路的外壁上，所述沖擊檢測(cè)組件通過(guò)連接部件與測(cè)量管路相連。優(yōu)選的是，所述超聲波測(cè)量組件位于沖擊檢測(cè)組件的前方，且超聲波測(cè)量組件與沖擊檢測(cè)組件的中心軸間距為5 10倍管徑。優(yōu)選的是，所述超聲波測(cè)量組件包括超聲波傳感器，所述測(cè)量管路的管軸線上設(shè)有組件槽，超聲波傳感器卡放在組件槽上的槽位內(nèi)，所述超聲波傳感器對(duì)稱分布在測(cè)量管路的兩側(cè)。優(yōu)選的是，所述組件槽上的槽位至少有一組，所述槽位均勻分布在組件槽上。優(yōu)選的是，所述組件槽上設(shè)有四個(gè)槽位，每個(gè)槽位中固定一個(gè)超聲波檢測(cè)器，所述超聲波傳感器通過(guò)螺紋固定在組件槽的槽位內(nèi)。優(yōu)選的是，所述超聲波檢測(cè)器具備獨(dú)立的發(fā)射電路和接收電路，所有的超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的同步發(fā)射及接收。 優(yōu)選的是，所述超聲波傳感器包括傳感器殼體、聲楔、匹配元件和壓電晶片，傳感器殼體內(nèi)填充有娃膠。優(yōu)選的是，所述沖擊檢測(cè)組件包括高壓保護(hù)罩和固定在高壓保護(hù)罩內(nèi)的噴嘴、沖擊感受鼓膜以及振動(dòng)傳感器，所述噴嘴的小孔徑開(kāi)口面向沖擊感受鼓膜，沖擊感受鼓膜背向噴嘴的一側(cè)與振動(dòng)傳感器緊密粘結(jié)，所述噴嘴為流線型弧狀。優(yōu)選的是，所述的計(jì)算機(jī)處理單元包括流量測(cè)量模塊、沖擊檢測(cè)模塊和數(shù)據(jù)耦合模塊，所述流量測(cè)量模塊與超聲信號(hào)采集儀相連，所述沖擊檢測(cè)模塊與沖擊信號(hào)采集儀相連，所述數(shù)據(jù)耦合模塊與流量測(cè)量模塊、沖擊檢測(cè)模塊分別連接。本實(shí)用新型的有益效果是(I)本實(shí)用新型同時(shí)采用了超聲波檢測(cè)組件和沖擊檢測(cè)組件，結(jié)合信號(hào)采集儀和計(jì)算機(jī)處理單元，可以同時(shí)得到鉆井筒中流體流量和固相顆粒的質(zhì)量信息，從而實(shí)現(xiàn)了鉆井筒中返出固相顆粒的質(zhì)量流量的在線檢測(cè)。(2)本實(shí)用新型所述的超聲波測(cè)量組件包括多個(gè)超聲波傳感器，可以對(duì)在線流量進(jìn)行大量、反復(fù)測(cè)量，且這些超聲波傳感器對(duì)稱分布在測(cè)量管路管軸線的兩側(cè)，可以最大限度的消除誤差，提高液流流量的測(cè)量精度。(3)本實(shí)用新型采用自行研發(fā)并改進(jìn)的沖擊檢測(cè)組件，所述的沖擊檢測(cè)組件采用了流線型弧狀的噴嘴，有利于增大鉆井液的速度和沖擊力，又避免了固相顆粒在噴嘴的小口徑處阻塞；沖擊檢測(cè)組件可以有效、準(zhǔn)確的提取固相顆粒的質(zhì)量信息。(4)本實(shí)用新型所述的計(jì)算機(jī)處理單元包括流量測(cè)量模塊、沖擊檢測(cè)模塊和數(shù)據(jù)耦合模塊，流量測(cè)量模塊和沖擊檢測(cè)模塊處理后的信息將同步傳輸至數(shù)據(jù)耦合模塊，所述耦合模塊能在線檢測(cè)鉆井筒中返出固相顆粒的質(zhì)量流量，為現(xiàn)場(chǎng)施工提供有利參考。

圖I是本實(shí)用新型的示意圖；圖2是超聲波測(cè)量組件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是沖擊檢測(cè)組件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是超聲波傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是計(jì)算機(jī)處理單元的模塊組成示意圖。
具體實(shí)施方式
[0025]
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明。用于鉆井筒中返出固相顆粒質(zhì)量流量的檢測(cè)系統(tǒng)，包括測(cè)量管路3、超聲波測(cè)量組件2、沖擊檢測(cè)組件5、超聲信號(hào)收集儀6、沖擊信號(hào)收集儀8和計(jì)算機(jī)處理單元10，超聲波測(cè)量組件2通過(guò)超聲信號(hào)收集儀6與計(jì)算機(jī)處理單元7相連，沖擊檢測(cè)組件5通過(guò)沖擊信號(hào)收集儀8與計(jì)算機(jī)處理單元7相連，鉆井筒返出流體從所述測(cè)量管路3的進(jìn)口 I流入，出口 4流出。所述超聲波測(cè)量組件2緊貼在測(cè)量管路3的外壁上，所述沖擊檢測(cè)組件5通過(guò)連接部件12與測(cè)量管路3相連。所述超聲波測(cè) 量組件2位于沖擊檢測(cè)組件5的前方，且超聲波測(cè)量組件2與沖擊檢測(cè)組件5的中心軸間距為5 10倍的測(cè)量管路3的管徑。所述超聲波測(cè)量組件2包括四個(gè)超聲波傳感器11，所述超聲波傳感器11通過(guò)螺紋固定在組件槽10的四個(gè)槽位9里；所述超聲波傳感器11對(duì)稱分布在測(cè)量管路3的管軸線的兩側(cè)，且分別與測(cè)量管路3的管軸線成相等的角度。所述超聲波測(cè)量組件2的超聲波傳感器11具備獨(dú)立的發(fā)射電路和接收電路，且所有傳感器實(shí)現(xiàn)同步發(fā)射及接收產(chǎn)生波信號(hào)。所述超聲波傳感器11包括殼體17、聲楔19、匹配元件18和壓電晶片20，殼體17內(nèi)填充有硅膠21。加入聲楔19后，流體流速與流體中的聲速無(wú)關(guān)，而與聲楔19中的聲速有關(guān)，由于聲楔19為固體，聲速在固體中的溫度系數(shù)比在液體中小了一個(gè)數(shù)量級(jí)，從而大大增加了超聲波傳感器的計(jì)量精度。所述沖擊檢測(cè)組件5包括高壓保護(hù)罩13和固定在高壓保護(hù)罩13內(nèi)的噴嘴16、沖擊感受鼓膜15以及振動(dòng)傳感器14。所述噴嘴16的小孔徑開(kāi)口面向沖擊感受鼓膜15，有利于增大鉆井液的速度和沖擊力。所述沖擊感受鼓膜15是一塊圓形不銹鋼波紋片，增強(qiáng)了其對(duì)巖屑沖擊的感受效果。振動(dòng)傳感器14與沖擊感受鼓膜15背向噴嘴16的一側(cè)緊密粘結(jié)，以感受鉆井液中固相顆粒對(duì)沖擊感受鼓膜15的沖擊信號(hào)，并將信號(hào)通過(guò)信號(hào)電纜將信號(hào)傳輸給沖擊信號(hào)收集儀8。所述噴嘴16為流線型弧狀，有利于增大鉆井液的速度和沖擊力，又避免了固相顆粒在噴嘴的小口徑處阻塞。高壓保護(hù)罩13可以防止管路內(nèi)流體高壓擊穿沖擊感受鼓膜15而造成的安全隱患。所述計(jì)算機(jī)處理單元7包括初始化模塊、功能選擇模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)篩查模塊、數(shù)據(jù)耦合模塊、存儲(chǔ)模塊和顯示模塊。所述數(shù)據(jù)采集模塊包括流量測(cè)量模塊和沖擊檢測(cè)模塊，所述流量檢測(cè)模塊分為控制模塊、分析模塊和計(jì)時(shí)模塊，所述沖擊檢測(cè)模塊分為濾波模塊、分析模塊和計(jì)算模塊。所述流量測(cè)量模塊與超聲信號(hào)采集儀6相連，所述沖擊檢測(cè)模塊與沖擊信號(hào)采集儀8相連，所述數(shù)據(jù)耦合模塊通過(guò)數(shù)據(jù)篩查模塊與流量測(cè)量模塊、沖擊檢測(cè)模塊分別連接。上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本實(shí)用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求1.用于鉆井筒中返出固相顆粒質(zhì)量流量的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括測(cè)量管路(3)、位于測(cè)量管路(3)上的超聲波測(cè)量組件(2)和沖擊檢測(cè)組件(5)、超聲信號(hào)收集儀￠)、沖擊信號(hào)收集儀(8)以及計(jì)算機(jī)處理單元(7)，超聲波測(cè)量組件(2)通過(guò)超聲信號(hào)收集儀(6)與計(jì)算機(jī)處理單元(7)相連，沖擊檢測(cè)組件(5)通過(guò)沖擊信號(hào)收集儀(8)與計(jì)算機(jī)處理單元⑵相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于鉆井筒中返出固相顆粒質(zhì)量流量的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述超聲波測(cè)量組件(2)緊貼在測(cè)量管路(3)的外壁上，所述沖擊檢測(cè)組件(5)通過(guò)連接部件(12)與測(cè)量管路(3)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于鉆井筒中返出固相顆粒質(zhì)量流量的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述超聲波測(cè)量組件(2)位于沖擊檢測(cè)組件(5)的前方，且超聲波測(cè)量組件(2)與沖擊檢測(cè)組件(5)的中心軸間距為5 10倍管徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于鉆井筒中返出固相顆粒質(zhì)量流量的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述超聲波測(cè)量組件(2)包括超聲波傳感器(11)，所述測(cè)量管路(3)的管軸線上設(shè)置有組件槽(10)，超聲波傳感器(11)卡放在組件槽(10)上的槽位(9)內(nèi)，所述超聲波傳感器(11)對(duì)稱分布在測(cè)量管路(3)的兩側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于鉆井筒中返出固相顆粒質(zhì)量流量的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述組件槽(10)上的槽位(9)至少有一組，所述槽位(9)均勻分布在組件槽(10)上，每個(gè)槽位(9)中固定一個(gè)超聲波檢測(cè)器(11)，所述超聲波傳感器(11)通過(guò)螺紋固定在組件槽的槽位(9)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于鉆井筒中返出固相顆粒質(zhì)量流量的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述沖擊檢測(cè)組件(5)包括高壓保護(hù)罩(13)和固定在高壓保護(hù)罩(13)內(nèi)的噴嘴(16)、沖擊感受鼓膜(15)以及振動(dòng)傳感器(14)，所述噴嘴(16)的小孔徑開(kāi)口面向沖擊感受鼓膜(15),沖擊感受鼓膜(15)背向噴嘴(16)的一側(cè)與振動(dòng)傳感器(14)緊密粘結(jié),所述噴嘴(16)為流線型弧狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于鉆井筒中返出固相顆粒質(zhì)量流量的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的計(jì)算機(jī)處理單元(7)包括流量測(cè)量模塊、沖擊檢測(cè)模塊和數(shù)據(jù)耦合模塊，所述流量測(cè)量模塊與超聲信號(hào)采集儀相連，所述沖擊檢測(cè)模塊與沖擊信號(hào)采集儀相連，所述數(shù)據(jù)耦合模塊與流量測(cè)量模塊、沖擊檢測(cè)模塊分別連接。
專利摘要用于鉆井筒中返出固相顆粒質(zhì)量流量的檢測(cè)系統(tǒng)，包括測(cè)量管路、超聲波測(cè)量組件、沖擊檢測(cè)組件、超聲信號(hào)收集儀、沖擊信號(hào)收集儀和計(jì)算機(jī)處理單元，超聲波測(cè)量組件通過(guò)超聲信號(hào)收集儀與計(jì)算機(jī)處理單元相連，沖擊檢測(cè)組件通過(guò)沖擊信號(hào)收集儀與計(jì)算機(jī)處理單元相連。超聲波測(cè)量組件緊貼在測(cè)量管路的外壁上，沖擊檢測(cè)組件通過(guò)連接部件與測(cè)量管路相連。超聲波測(cè)量組件位于沖擊檢測(cè)組件的前方，且超聲波測(cè)量組件與沖擊檢測(cè)組件的中心軸間距為5～10倍管徑。本實(shí)用新型同時(shí)采用了超聲波檢測(cè)組件和沖擊檢測(cè)組件，可以同時(shí)得到鉆井筒中流體流量和固相顆粒的質(zhì)量信息，從而實(shí)現(xiàn)了鉆井筒中返出固相顆粒的質(zhì)量流量的在線檢測(cè)，為現(xiàn)場(chǎng)施工提供有利參考。
文檔編號(hào)E21B47/14GK202673273SQ201220132860
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者劉剛, 陳超, 劉勍, 金業(yè)權(quán), 韓金良, 錢(qián)致穎 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)