一種即時測量含氣液體除氣前后密度的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種即時測量含氣液體除氣前后密度的裝置及方法。其技術(shù)方案是：包括調(diào)速電機、錐形旋流腔、含氣測量裝置和除氣測量裝置，所述的錐形旋流腔的上側(cè)通過管線連接含氣測量裝置，下側(cè)通過管線連接除氣測量裝置，所述含氣測量裝置上設(shè)有第一稱重裝置，所述錐形旋流腔的頂部設(shè)有調(diào)速電機和排氣孔，除氣測量裝置上設(shè)有第二稱重裝置。有益效果是：在與大氣連通的情況下，對除氣前后的鉆井液密度進行實時準(zhǔn)確的測量，兩個測量裝置中間充分利用流體自身的旋流效果和葉輪旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)流體除氣，出入口位置設(shè)計和高速葉輪均能夠確保測量的液體為剛從井內(nèi)返出的鉆井液，本裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于加工，與現(xiàn)有的密度測量裝置相比，具有體積小，測量實時、精準(zhǔn)，節(jié)省人力等特點。
【專利說明】
一種即時測量含氣液體除氣前后密度的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及石油工程相關(guān)領(lǐng)域，特別涉及一種即時測量含氣液體除氣前后密度的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]研究即時測量油氣井內(nèi)返出的含氣液體除氣前后不同密度的裝置對于在目的層鉆進的井控安全具有重要意義，以便于隨時掌握井內(nèi)鉆井液的密度情況及靜液柱壓力，確定混氣后鉆井液密度降低情況，及引起密度降低的原因(除了混雜氣體外，是否還有其他地層液體混入循環(huán)體系)，為后續(xù)鉆井液的調(diào)整提供依據(jù)。傳統(tǒng)上是通過只能測量一種密度的裝置進行測量;而實際作業(yè)時，最準(zhǔn)確的測量方式是通過工人先利用密度計在三除區(qū)域?qū)畠?nèi)返出的鉆井液進行除氣前密度測量，再利用除氣密度計進行除氣后密度測量，每次只能測量一種密度，且不能夠連續(xù)實時測量。本研究根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)的需要，通過專用裝置對含氣液體進行脫氣，在脫氣前后分別對液體進行密度測量，可以達到對兩種密度進行連續(xù)測量的效果，對制造出的試驗樣機效果也進行試驗驗證分析，對含氣油氣井內(nèi)鉆井液的密度監(jiān)測具有重要意義。
[0003]鉆井液密度測量裝置在石油工程相關(guān)領(lǐng)域的鉆井作業(yè)中使用非常廣泛。鉆井作業(yè)中利用鉆井液的靜液柱壓力來平衡井下的地層壓力，當(dāng)?shù)貙觾?nèi)油、氣、水等流體進入到鉆井液體系后，勢必會降低鉆井液的密度，從而造成井內(nèi)壓力的失衡，出現(xiàn)井涌、井噴等事故。傳統(tǒng)使用的人工測量方法費時費力，而其他連續(xù)密度測量裝置只能夠?qū)σ环N密度進行測量，不能夠準(zhǔn)確掌握混在鉆井液內(nèi)的地層流體情況。
[0004]從公開的文獻報道和實際應(yīng)用來看，到目前為止基于上述思想進行的即時測量含氣液體除氣前后密度的研究與應(yīng)用還未見報道。本研究在嚴(yán)格遵循基本客觀規(guī)律基礎(chǔ)上充分發(fā)揮主觀能動性，根據(jù)已有的理論和應(yīng)用進行探索，開辟了旋流裝置在密度測量方面新的應(yīng)用領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種即時測量含氣液體除氣前后密度的裝置及方法，達到在地層流體不明的情況下，實時測量從油氣井內(nèi)返出的鉆井液密度及除氣后的鉆井液密度。
[0006]本發(fā)明提到的一種即時測量含氣液體除氣前后密度的裝置，其技術(shù)方案是:包括調(diào)速電機(a5 )、錐形旋流腔(a7 )、含氣測量裝置(a 14 )和除氣測量裝置(a 15 )，所述的錐形旋流腔U7)的上側(cè)通過管線連接含氣測量裝置U14)，下側(cè)通過管線連接除氣測量裝置(al5)，所述含氣測量裝置(al4)上設(shè)有第一含氣流體入口(al)、第一稱重裝置(a2)、第一溢流口(a3)，第一稱重裝置(a2)設(shè)置在含氣測量裝置(al4)的底部，第一溢流口(a3)設(shè)置在含氣測量裝置(al4)的中上部;所述錐形旋流腔(a7)的頂部設(shè)有調(diào)速電機(a5)和排氣孔(a6)，調(diào)速電機(a5)帶動錐形旋流腔(a7)內(nèi)腔的葉輪(a9)旋轉(zhuǎn);所述除氣測量裝置(al5)上設(shè)有除氣流體入口(all)、第三溢流口(al2)、第二稱重裝置(al3)，第二稱重裝置(al3)設(shè)置在除氣測量裝置(al5)的底部，第三溢流口(al2)設(shè)置在除氣測量裝置(al5)的中上部。
[0007]上述的錐形旋流腔(a7)的內(nèi)壁上分布有螺旋流道(a8)，所述的葉輪(a9)設(shè)有傾斜角度。
[0008]上述錐形旋流腔(a7)的中下部設(shè)有第二溢流口(alO)，管線通過第二溢流口(alO)連接到除氣測量裝置(a 15 )的除氣流體入口( a 11)。
[0009]上述錐形旋流腔(a7)的中上部設(shè)有第二含氣流體入口(a4)，管線通過第二含氣流體入口( a4 )連接到含氣測量裝置(a 14 )的第一溢流口( a3 )。
[0010]本發(fā)明提到的一種即時測量含氣液體除氣前后密度的裝置的測量方法，包括以下步驟:
(一)從油氣井井下返出的含巖肩、氣體、地層水等的混合體經(jīng)過井口(I)到達泥漿出口槽(2)，通過離心栗(4)把鉆井液在濾網(wǎng)(3)處將固相巖肩濾除，通過壓力表(5)可以直觀地觀察鉆井液的流動狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)截止閥(6 )來控制進入整個裝置內(nèi)液體的流量和流動速度，從截止閥(6)出來的管線與測量裝置的含氣流體入口(al)連接，并做好密封處理;第二溢流口(al2)與管線相連，并將測量過的鉆井液排至泥漿池(9);測量裝置中的三個溢流口足夠開闊以確保液體溢流后能夠立即流向更低的位置，以防止三個容器內(nèi)的液面高于溢流口，造成測量不準(zhǔn);其他未測鉆井液經(jīng)泥漿管線流至三除設(shè)備(8)進行除泥除砂除氣后回到泥漿池(9)，裝置與管線連接完成；
(二)、進行試驗:首先打開離心栗(4)關(guān)閉截止閥進行試壓操作，直至壓力表(5)有讀數(shù)，慢慢打開截止閥(6)當(dāng)裝置(a)處有流體流入，同時確保壓力表(5)繼續(xù)有壓力，表示整個裝置內(nèi)運行情況正常，當(dāng)?shù)诙缌骺?al2)處有鉆井液流出后，表明整個裝置內(nèi)已經(jīng)充滿鉆井液，第一稱重裝置(a2)、第二稱重裝置(al3)得出的數(shù)值就是鉆井液的實時密度;測量過程中通過調(diào)節(jié)截止閥(6)對整個裝置進行調(diào)節(jié)和控制，從而達到滿意的測量效果；
(三)、試驗完畢后，關(guān)閉離心栗，移除前后的管線并用淡水將裝置清洗干凈、晾干以備再次使用。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:在與大氣連通的情況下，對除氣前后的鉆井液密度進行實時準(zhǔn)確的測量，兩個測量裝置中間充分利用流體自身的旋流效果和葉輪旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)流體除氣，出入口位置設(shè)計和高速葉輪均能夠確保測量的液體為剛從井內(nèi)返出的鉆井液，本裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于加工，與現(xiàn)有的密度測量裝置相比，具有體積小，測量實時、精準(zhǔn)，節(jié)省人力等特點。
【附圖說明】
[0012]附圖1是本發(fā)明的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2是圖1中的葉輪的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖3是本發(fā)明的實施流程圖；
上圖中:第一含氣流體入口al、第一稱重裝置a2、第一溢流口a3、第二含氣流體入口 a4、調(diào)速電機a5、排氣孔a6、錐形旋流腔a7、螺旋流道a8、葉輪a9、第二溢流口 alO、除氣流體入口all、第三溢流口 al2、第二稱重裝置al3、含氣測量裝置al4、除氣測量裝置al5;
井口 1、泥漿出口槽2、濾網(wǎng)3、離心栗4、壓力表5、截止閥6、測量裝置7、三除設(shè)備8、泥漿池9，裝置a、裝置b、裝置C。
【具體實施方式】
[0013]結(jié)合附圖1-3，對本發(fā)明作進一步的描述:
本發(fā)明提到的一種即時測量含氣液體除氣前后密度的裝置，其技術(shù)方案是:包括調(diào)速電機a5、錐形旋流腔a7、含氣測量裝置al4和除氣測量裝置al5，所述的錐形旋流腔a7的上側(cè)通過管線連接含氣測量裝置al4，下側(cè)通過管線連接除氣測量裝置al5，所述含氣測量裝置al4上設(shè)有第一含氣流體入口 al、第一稱重裝置a2、第一溢流口 a3，第一稱重裝置a2設(shè)置在含氣測量裝置al4的底部，第一溢流口 a3設(shè)置在含氣測量裝置al4的中上部;所述錐形旋流腔a7的頂部設(shè)有調(diào)速電機a5和排氣孔a6，調(diào)速電機a5帶動錐形旋流腔a7內(nèi)腔的葉輪a9旋轉(zhuǎn);所述除氣測量裝置al5上設(shè)有除氣流體入口 all、第三溢流口 al2、第二稱重裝置al3，第二稱重裝置al3設(shè)置在除氣測量裝置al5的底部，第三溢流口 al2設(shè)置在除氣測量裝置al5的中上部。
[0014]上述的錐形旋流腔a7的內(nèi)壁上分布有螺旋流道a8，所述的葉輪a9設(shè)有傾斜角度。
[0015]上述錐形旋流腔a7的中下部設(shè)有第二溢流口alO，管線通過第二溢流口 alO連接到除氣測量裝置a 15的除氣流體入口 a 11。
[0016]上述錐形旋流腔a7的中上部設(shè)有第二含氣流體入口a4，管線通過第二含氣流體入口 a4連接到含氣測量裝置al4的第一溢流口 a3。
[0017]本發(fā)明利用傳統(tǒng)的旋流器理論及其應(yīng)用，在傳統(tǒng)的設(shè)計原理基礎(chǔ)上，根據(jù)實際作業(yè)的需要進行改進，使其具備實時準(zhǔn)確測量的效果，達到同時測量兩種密度的目標(biāo)，設(shè)計了裝置參數(shù)和工藝參數(shù)。
[0018]石油工程等領(lǐng)域現(xiàn)有密度測試裝置，均沒有可以同時進行除氣前后兩種鉆井液密度的即時精準(zhǔn)測量裝置，實際需要時則是工人通過比重計分別進行測量，每次間隔大約5分鐘，無法做到對井下情況的實時判斷和后續(xù)作業(yè)的及時處理，存在較大的井控風(fēng)險。本發(fā)明裝置很好地解決了上述問題。
[0019]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，具體設(shè)計如下。試驗裝置主體為錐形旋流腔和稱重裝置。流體在前部進行測量后通過溢流口進入旋流腔，經(jīng)過高速旋流脫氣，在葉輪的高速旋轉(zhuǎn)下使流體內(nèi)的氣泡移至表面并破碎，然后將除氣后的鉆井液溢入后方稱重裝置進行二次測量。
[0020]旋流腔前方的管子高度可以確保進入旋流腔內(nèi)的流體具備一定的初始速度，在高速旋流中進行脫氣，脫出的氣體從旋流腔上方的氣體排出孔排出。前后兩個稱重裝置均與大氣連通，確保了測量的準(zhǔn)確性。高速旋轉(zhuǎn)葉輪具有角度α，對確保腔內(nèi)液體氣泡的移除破碎和鉆井液的充分混合都起到重要作用，確保二次測量的都是最新鉆井液密度。稱重裝置鉆井液入口在下，出口在上的設(shè)計可以保證裝置內(nèi)的鉆井液均是最新的鉆井液，下部的底板至溢流口的高度是固定的，底板面積也是固定的，就可以根據(jù)稱重裝置稱出的重量得出液體密度。設(shè)計內(nèi)的溢流口均比較大，而且有較大的向下傾斜角度，這樣就可以使稱重裝置內(nèi)的流體液面到達溢流口位置后，多余的流體就會經(jīng)溢流口迅速流至后方，防止裝置內(nèi)的液面繼續(xù)升高影響測量精度。氣體排出孔預(yù)留有快速連接接頭，可以根據(jù)需要連接管線將氣體引至氣體測量裝置或引至安全的地方進行排放。稱重部分底部的圓形底盤設(shè)計，使測量的結(jié)果可以不受容器內(nèi)壁泥餅的影響，可得出準(zhǔn)確的鉆井液密度。
[0021]本發(fā)明提到的一種即時測量含氣液體除氣前后密度的裝置的測量方法，包括以下步驟:
(一)從油氣井井下返出的含巖肩、氣體、地層水等的混合體經(jīng)過井口I到達泥漿出口槽2，通過離心栗4把鉆井液在濾網(wǎng)3處將固相巖肩濾除，通過壓力表5可以直觀地觀察鉆井液的流動狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)截止閥6來控制進入整個裝置內(nèi)液體的流量和流動速度，從截止閥6出來的管線與測量裝置的含氣流體入口 al連接，并做好密封處理;第二溢流口 al2與管線相連，并將測量過的鉆井液排至泥漿池9;測量裝置中的三個溢流口足夠開闊以確保液體溢流后能夠立即流向更低的位置，以防止三個容器內(nèi)的液面高于溢流口，造成測量不準(zhǔn);其他未測鉆井液經(jīng)泥漿管線流至三除設(shè)備8進行除泥除砂除氣后回到泥漿池9，裝置與管線連接完成；
(二)、進行試驗:首先打開離心栗4關(guān)閉截止閥進行試壓操作，直至壓力表5有讀數(shù)，慢慢打開截止閥6當(dāng)裝置a處有流體流入，同時確保壓力表5繼續(xù)有壓力，表示整個裝置內(nèi)運行情況正常，當(dāng)?shù)诙缌骺赼l2處有鉆井液流出后，表明整個裝置內(nèi)已經(jīng)充滿鉆井液，第一稱重裝置a2、第二稱重裝置al3得出的數(shù)值就是鉆井液的實時密度;測量過程中通過調(diào)節(jié)截止閥6對整個裝置進行調(diào)節(jié)和控制，從而達到滿意的測量效果；
(三)、試驗完畢后，關(guān)閉離心栗，移除前后的管線并用淡水將裝置清洗干凈、晾干以備再次使用。
[0022]采用本發(fā)明所提出的測量裝置，具有以下顯著特點:
(1)通過裝置直接測出液體密度，降低了人力測量的勞動強度；
(2)測量的液體都是從井下實時返出的鉆井液，可以實現(xiàn)實時測量液體密度；
(3)能夠同時測量除氣前后鉆井液不同密度，利于直觀掌握井下的壓力狀態(tài)；
(4)稱重部分底部的圓形底盤設(shè)計，使測量的結(jié)果可以不受容器內(nèi)壁泥餅的影響，直接只與鉆井液的密度有關(guān)。
[0023](5)裝置結(jié)構(gòu)簡單，部件少，方便實際生產(chǎn)中進行組裝、拆卸，可移動性強；
(6)內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計配合較好，測量結(jié)果精準(zhǔn)。
[0024]另外，需要說明的是:本設(shè)計利用快速、高效的離心力場分離和高速攪拌裝置產(chǎn)生很大的速度梯度對含氣鉆井液進行除氣，在通過形成高速薄層來增加液體表面積的同時促使氣泡破裂、分離，再利用離心力和重力綜合作用對鉆井液內(nèi)的氣體進行排出除氣；同時在除氣前后對鉆井液分別進行精準(zhǔn)的密度測量。
[0025]本發(fā)明設(shè)計合理，可以產(chǎn)生比重力場大成百甚至上千的離心力場，巨大的剪切應(yīng)力和速度梯度，使其具有濃縮、分級、選別等多種分離功能。利用旋流器的氣液分離的特點，考慮實時測量的要求，對傳統(tǒng)旋流器進行改進，對整個裝置的結(jié)構(gòu)尺寸、配置關(guān)系進行一種新的設(shè)計。在旋流器底部的旋轉(zhuǎn)葉輪可以保證裝置c處測量的都是井內(nèi)剛返出的除氣后的鉆井液密度；由于一般進入的旋流器的液體都要有一定的壓力，若使用傳統(tǒng)的用離心栗加壓方式，則會對含氣鉆井液密度產(chǎn)生影響，即密度會升高，本設(shè)計中裝置a處測量的鉆井液與大氣連通，排除了不利影響，再利用裝置a處溢流口與裝置b處入口的高度差產(chǎn)生旋流所需要的壓力差。同時裝置a、裝置c處的底部進和頂部出的結(jié)構(gòu)設(shè)計，既能確保容器內(nèi)的液面高度，又能夠保證新鉆井液進入的同時之前的鉆井液就會被擠出，使稱重裝置測量的都是實時的鉆井液重量，因容積固定，液面高度固定，密度即可實時得出；由于稱重裝置底部不與容器側(cè)壁固定的設(shè)計，可以使測量不會因容器內(nèi)壁附著泥餅等雜物而影響測量結(jié)果。
[0026]以上所述，僅是本發(fā)明的部分較佳實施例，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員均可能利用上述闡述的技術(shù)方案加以修改或?qū)⑵湫薷臑榈韧募夹g(shù)方案。因此，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所進行的任何簡單修改或等同置換，盡屬于本發(fā)明要求保護的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種即時測量含氣液體除氣前后密度的裝置，其特征是:包括調(diào)速電機(a5)、錐形旋流腔(a7)、含氣測量裝置(al4)和除氣測量裝置(al5)，所述的錐形旋流腔(a7)的上側(cè)通過管線連接含氣測量裝置(al4)，下側(cè)通過管線連接除氣測量裝置(al5)，所述含氣測量裝置(al4)上設(shè)有第一含氣流體入口(al)、第一稱重裝置(a2)、第一溢流口(a3)，第一稱重裝置(a2)設(shè)置在含氣測量裝置(al4)的底部，第一溢流口(a3)設(shè)置在含氣測量裝置(al4)的中上部;所述錐形旋流腔(a7)的頂部設(shè)有調(diào)速電機(a5)和排氣孔(a6)，調(diào)速電機(a5)帶動錐形旋流腔(a7)內(nèi)腔的葉輪(a9)旋轉(zhuǎn);所述除氣測量裝置(al5)上設(shè)有除氣流體入口(all)、第三溢流口(al2)、第二稱重裝置(al3)，第二稱重裝置(al3)設(shè)置在除氣測量裝置(al5)的底部，第三溢流口(al2)設(shè)置在除氣測量裝置(al5)的中上部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的即時測量含氣液體除氣前后密度的裝置，其特征是:所述的錐形旋流腔(a7)的內(nèi)壁上分布有螺旋流道(a8)，所述的葉輪(a9)設(shè)有傾斜角度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的即時測量含氣液體除氣前后密度的裝置，其特征是:所述錐形旋流腔(a7)的中下部設(shè)有第二溢流口(alO)，管線通過第二溢流口(alO)連接到除氣測量裝置(al5)的除氣流體入口(all)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的即時測量含氣液體除氣前后密度的裝置，其特征是:所述錐形旋流腔(a7)的中上部設(shè)有第二含氣流體入口(a4)，管線通過第二含氣流體入口(a4)連接到含氣測量裝置(al4)的第一溢流口(a3)。5.—種采用權(quán)利要求1-4中任一項所述的即時測量含氣液體除氣前后密度的裝置的測量方法，其特征是包括以下步驟: (一)從油氣井井下返出的含巖肩、氣體、地層水等的混合體經(jīng)過井口(I)到達泥漿出口槽(2)，通過離心栗(4)把鉆井液在濾網(wǎng)(3)處將固相巖肩濾除，通過壓力表(5)可以直觀地觀察鉆井液的流動狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)截止閥(6 )來控制進入整個裝置內(nèi)液體的流量和流動速度，從截止閥(6)出來的管線與測量裝置的含氣流體入口(al)連接，并做好密封處理;第二溢流口(al2)與管線相連，并將測量過的鉆井液排至泥漿池(9);測量裝置中的三個溢流口足夠開闊以確保液體溢流后能夠立即流向更低的位置，以防止三個容器內(nèi)的液面高于溢流口，造成測量不準(zhǔn);其他未測鉆井液經(jīng)泥漿管線流至三除設(shè)備(8)進行除泥除砂除氣后回到泥漿池(9)，裝置與管線連接完成； (二)、進行試驗:首先打開離心栗(4)關(guān)閉截止閥進行試壓操作，直至壓力表(5)有讀數(shù)，慢慢打開截止閥(6)當(dāng)裝置(a)處有流體流入，同時確保壓力表(5)繼續(xù)有壓力，表示整個裝置內(nèi)運行情況正常，當(dāng)?shù)诙缌骺?al2)處有鉆井液流出后，表明整個裝置內(nèi)已經(jīng)充滿鉆井液，第一稱重裝置(a2)、第二稱重裝置(al3)得出的數(shù)值就是鉆井液的實時密度;測量過程中通過調(diào)節(jié)截止閥(6)對整個裝置進行調(diào)節(jié)和控制，從而達到滿意的測量效果； (三)、試驗完畢后，關(guān)閉離心栗，移除前后的管線并用淡水將裝置清洗干凈、晾干以備再次使用。
【文檔編號】G01N9/00GK106053291SQ201610471078
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】史吉輝, 程遠(yuǎn)方, 張懷文
【申請人】中國石油大學(xué)(華東)