一種非侵入式氣體鉆井隨鉆返出巖屑量定量檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣體鉆井安全保障系統(tǒng)，涉及一種通過實時檢測空氣鉆井返出巖肩量對井下安全進行評估的方法及設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體鉆井是利用空氣或氮氣作為循環(huán)介質(zhì)的低壓氣相欠平衡鉆井技術(shù)，以其經(jīng)濟、環(huán)保，高效等優(yōu)勢已逐步成為加快勝利西部新區(qū)勘探開發(fā)的重要手段。但由于地質(zhì)不確定性、地層的不均質(zhì)性及出水等原因，薄弱層出現(xiàn)坍塌掉塊及巖肩吸水凝結(jié)無法返出的現(xiàn)象時有發(fā)生，如處理不當(dāng)極易導(dǎo)致卡鉆事故的發(fā)生，這嚴重威脅著氣體鉆井的井下安全。
[0003]作為一項判斷井筒內(nèi)情況的重要參數(shù)，返出巖肩量一方面可以直接判斷井壁的坍塌掉塊情況，另一方面，它可以間接判斷地層出水情況。馬曉偉等人在《氣體鉆井返出巖肩監(jiān)測方法研究》中提出了在排砂管線上安裝沖刷力傳感器，通過監(jiān)測環(huán)空返出含砂氣體對排砂管線內(nèi)壁沖刷力變化來判斷井下返砂情況的方法，但該方法只能夠定性判斷返砂情況，另外該方法屬于侵入式測量，傳感器要置入管道內(nèi)部，在攜砂氣體的高速沖刷下，壽命難以保障，而且傳感器精度較低，無法滿足現(xiàn)場的需求。
[0004]隨鉆巖肩返出情況是對井眼環(huán)空情況的直接反應(yīng)和重要依據(jù)。因此，研究氣體攜巖機理，研發(fā)能夠應(yīng)用于現(xiàn)場的隨鉆巖肩檢測設(shè)備十分有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展的需要，提供一種非侵入式氣體鉆井隨鉆返出巖肩量定量檢測系統(tǒng)，在氣體鉆井過程中對返出巖肩量實時監(jiān)控，對井底復(fù)雜情況及時預(yù)警、提高氣體鉆井的安全性。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)路線是通過在空氣鉆井中對返出巖肩量進行定量檢測，通過返出巖肩量實時值和累計值，并綜合其它工程參數(shù)進行計算來判斷井下情況。該巖肩量數(shù)據(jù)通過巖肩流量傳感器10采集。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明給出如下技術(shù)方案:
[0008]—種非侵入式氣體鉆井隨鉆返出巖肩量定量檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)以巖肩檢測現(xiàn)場服務(wù)器8為數(shù)據(jù)采集中心，通過傳輸總線送給中控計算機7進行計算和分析；巖肩檢測現(xiàn)場服務(wù)器8主要由電源適配器17、本安柵模塊18、數(shù)字量采集模塊19和模擬量采集模塊21組成；巖肩檢測現(xiàn)場服務(wù)器8外部連接有氣體質(zhì)量流量計16、巖肩流量傳感器變送器9、立壓傳感器2、懸重傳感器3、扭矩傳感器4、栗沖傳感器5和通用以太網(wǎng)絡(luò)總線6，其中氣體質(zhì)量流量計I6設(shè)置在空壓機組14與井口連接的供氣管線15上，巖肩流量傳感器變送器9與設(shè)置在排沙管道12上的巖肩流量傳感器10連接，同時巖肩檢測現(xiàn)場服務(wù)器8通過通用以太網(wǎng)絡(luò)總線6與綜合錄井儀I和中控計算機7建立連接。
[0009]上述方案進一步包括:所述巖肩流量傳感器10采用MF3000微波固體流量傳感器；所述立壓傳感器2采用霍尼韋爾高精度；所述栗沖傳感器5為接近傳感器。所述模擬量采集模塊21為Remo8017模塊電路；所述數(shù)字量采集模塊19為Remo8052模塊電路；所述本安柵模塊18為DlOlOD模塊電路；所述中控系統(tǒng)計算機7系統(tǒng)軟件采用Iabview編寫，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)顯示及保存部分。
[0010]本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在:(一)可以實現(xiàn)氣體鉆井返出巖肩量的實時測量，實時監(jiān)控井下返砂情況；(二)具有精度高，速度快的優(yōu)點，測量不需要與介質(zhì)接觸，大大提高了設(shè)備使用壽命，更具實用性；(三)可有效避免多種卡鉆事故的發(fā)生，保證氣體鉆進的井下安全；(四)配有多種信號接口，擴展性好；(五)軟件采用模塊化設(shè)計，便于升級維護；(六)采用高精度微波固體流量傳感器以克服排沙管道中巖肩是稀相流動的特點，采用非接觸測量方式，最大程度減小磨損；采用高精度壓力傳感器以解決泥漿鉆井用壓力傳感器量程大但精度不高的問題。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的一種非侵入式氣體鉆井隨鉆返出巖肩量定量檢測系統(tǒng)的示意圖。
[0012]圖1中:1.綜合錄井儀，2.立壓傳感器，3.懸重傳感器，4.扭矩傳感器，5.栗沖傳感器，6.通用以太網(wǎng)絡(luò)總線，7.中控系統(tǒng)計算機，8.巖肩檢測現(xiàn)場服務(wù)器，9.巖肩流量傳感器變送器，10.巖肩流量傳感器，11.排沙管道特制短節(jié)。12.排沙管道，13.旋轉(zhuǎn)控制頭，14.空壓機組，15.供氣管線，16.氣體質(zhì)量流量計。
[0013]圖2是圖1中巖肩檢測現(xiàn)場服務(wù)器的電路連接圖。
[0014]圖2 中:17.AC220V/DC24V 電源適配器，18.D1010D 本安柵模塊，19.Remo8052 數(shù)字量采集模塊，9.巖肩流量傳感器變送器，21.Remo8017模擬量采集模塊。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述:
[0016]在圖1中，空壓機組14通過供氣管線15將氣體送入鉆具內(nèi)，經(jīng)鉆頭環(huán)空，攜砂氣體從旋轉(zhuǎn)控制頭13處返出，通過排沙管道12，最終在排沙管末端經(jīng)降塵栗排放到泥沙池。巖肩流量傳感器10安裝于從旋轉(zhuǎn)控制頭與降塵栗之間的直管段上，由加裝了巖肩流量傳感器接頭的排沙管短節(jié)11接入管道。當(dāng)氣體攜砂通過管道時，巖肩流量傳感器10將讀取到的巖肩流量信號通過四線芯電纜線送給巖肩流量傳感器變送器9，變送器9將該信號轉(zhuǎn)換為4-20mA的電流信號，經(jīng)由RS485串口送給巖肩檢測現(xiàn)場服務(wù)器8，與此同時，安裝在供氣管線15上的氣體質(zhì)量流量計16獲取氣體的實時流量，并將數(shù)據(jù)送達巖肩檢測現(xiàn)場服務(wù)器8，來自其它傳感器的數(shù)據(jù)一并送入巖肩檢測現(xiàn)場服務(wù)器8。巖肩檢測現(xiàn)場服務(wù)器8在收到信號后，由模擬量采集模塊對信號進行初步處理打包，之后經(jīng)由工業(yè)485總線6送達中控系統(tǒng)計算機7。綜合錄井儀I及其它計算機通過以太網(wǎng)與中控計算機連接。各工程參數(shù)監(jiān)測單元的信號傳送至中控系統(tǒng)計算機7后，通過對數(shù)據(jù)的匯總，圖形比對，判斷趨勢以及對返出巖肩進行累計等技術(shù)手段可較早的發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測地層出水、掉塊情況。
[0017]所述中控系統(tǒng)計算機7安裝有Labview編寫的上位機串口通信程序，對現(xiàn)場服務(wù)器8發(fā)送來的