钻井用钻井液监测方法、装置、及电子设备与流程

本发明涉及一种钻井液监测，是一种钻井用钻井液监测方法、装置、及电子设备。

背景技术：

1、钻井液在油井、天然气井、煤层气、页岩气钻井过程中钻井过程中起着平衡井筒压力、携带岩屑、冷却钻头、巩固井壁及保护油气层的作用，人们称它是“钻井的血液”。流速和体积变化可以反映出井下的特殊情况，如井喷或井漏，其中井喷是灾难性事故。目前国内钻井过程中，对钻井液监测技术主要是靠人工坐岗间隔测量(次/15min)，以浮球式液位计或超声波液位监测仪为主。这种监督存在以下问题：

2、（1）人工坐岗间隔测量不能实时监控，有15min滞后期；

3、（2）坐岗工技能参差不齐，无法排除人为误差因素；电测和空井阶段，坐岗人员思想麻痹，未及时发现井口出现外溢，进而易引起井喷事故；

4、（3）目前现场应用的电子液位检测仪虽然做到了连续性，但因工作环境恶劣，无法达到稳定和准确，钻井液罐内液面正常波动导致计算错误，如：占有量(泥浆泵启动后，钻井液罐液面下降，井口未返出的减少量)、回流量(泥浆泵停泵后，钻井液继续返出的增加量)变化；

5、（4）无法自动计算钻井过程的消耗量，钻井液胶液罐加钻井液罐的减少量与钻井液罐的增加量计算滞后等。

技术实现思路

1、本发明提供了一种钻井液监测，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有人工坐岗实现钻井液监测的方法存在的滞后性强、易出错的问题。

2、本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种钻井用钻井液监测方法，包括：

3、实时采集钻井中各个重要位置的动态参数，其中重要位置包括钻井液导管、泥浆泵高压出口、钻井液罐、钻井液胶液罐和计量罐；

4、在监测告警规则库中调用监测告警规则，对动态参数类型进行分析，得到对应的告警信息，其中监测告警规则库中的监测告警规则均根据各类钻井工况中发生溢流或漏井的各种情形进行设置。

5、下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

6、上述构建告警规则库包括：

7、电测或空井或机修工况下，泥浆泵未启动时判断是否监测到导管出口钻井液流量，根据结果判断生成溢流告警；

8、钻进工况下，结合设定阈值对导管出口和泥浆泵处采集的动态参数进行比较，根据比较结果生成对应的告警，其中导管出口和泥浆泵处采集的动态参数包括导管出口钻井液流量、泥浆泵高压出口排量、泥浆罐钻井液变化量、导管钻井液密度；

9、起钻工况下，将连续3柱灌入井筒的钻井液液量与应灌入量比较，根据比较结果生成对应的告警；

10、下钻工况下，连续3柱返出井筒的钻井液液量与应返出量比较，根据比较结果生成对应的告警。

11、上述钻进工况下，钻进工况下，监测告警规则包括：

12、导管出口钻井液流量小于泥浆泵高压出口排量，且设定时间后泥浆罐液面变化值大于设定阈值，生成井漏告警；

13、导管出口钻井液流量大于泥浆泵高压出口排量，且设定时间后泥浆罐液面变化值大于设定阈值，生成溢流告警；

14、导管出口钻井液流量与泥浆泵高压出口排量之间的差值超过阈值，且持续时间超过设定时间，生成告警；

15、导管钻井液密度下降值大于设定阈值，生成防止溢流告警；

16、泥浆罐钻井液变化量大于设定阈值，生成泥浆罐增量超限告警；

17、泥浆罐钻井液变化量小于设定阈值，生成泥浆罐漏失超限告警；

18、导管钻井液返出量大于设定阈值，且泥浆罐钻井液变化量小于设定阈值，生成导管钻井液返出量超限告警。

19、上述起钻工况下，监测告警规则包括：

20、连续3柱灌入井筒的钻井液液量小于应灌入量，生成灌入量偏小溢流告警；

21、连续3柱灌入井筒的钻井液液量大于应灌入量，生成灌入量偏大井漏告警。

22、上述下钻工况下，监测告警规则包括：

23、下钻连续3柱返出井筒的钻井液液量大于应返出量，生成返出量偏大溢流告警；

24、下钻井口连续返出超过设定时间不断流，计量罐增量小于设定阈值，生成溢流告警；

25、下钻连续3柱返出井筒的钻井液液量小于应返出量，生成返出量偏小井漏告警。

26、上述还包括将采集到的动态参数和告警信息进行本地可视化显示和远程发送及显示。

27、本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种钻井用钻井液监测装置，包括：

28、前端设备层，实时采集钻井中各个重要位置的动态参数，其中重要位置包括钻井液导管、泥浆泵高压出口、钻井液罐、钻井液胶液罐和计量罐；

29、内部传输层，搭建前端设备层与业务处理层之间的通信链路，将前端设备层接入的动态参数传输至业务处理层；

30、数据存储层，存在装置中的各类数据；

31、业务处理层，在监测告警规则库中调用监测告警规则，对动态参数类型进行分析，得到对应的告警信息，其中监测告警规则库中的监测告警规则均根据各类钻井工况中发生溢流或漏井的各种情形进行设置。

32、下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

33、上述业务处理层，包括：

34、监测告警规则库，存储有根据各类钻井工况设置的若干监测告警规则，具体如下：

35、（1）电测或空井或机修工况下，泥浆泵未启动时监测到导管出口钻井液流量，生成溢流告警；

36、（2）钻进工况下，监测告警规则包括：

37、导管出口钻井液流量小于泥浆泵高压出口排量，且设定时间后泥浆罐液面变化值大于设定阈值，生成井漏告警；

38、导管出口钻井液流量大于泥浆泵高压出口排量，且设定时间后泥浆罐液面变化值大于设定阈值，生成溢流告警；

39、导管出口钻井液流量与泥浆泵高压出口排量之间的差值超过阈值，且持续时间超过设定时间，生成告警；

40、导管钻井液密度下降值大于设定阈值，生成防止溢流告警；

41、导管钻井液密度上升值大于设定阈值，生成防止井漏告警；

42、泥浆罐钻井液变化量大于设定阈值，生成泥浆罐增量超限告警；

43、泥浆罐钻井液变化量小于设定阈值，生成泥浆罐漏失超限告警；

44、导管钻井液返出量大于设定阈值，且泥浆罐钻井液变化量小于设定阈值，生成导管钻井液返出量超限告警；

45、（3）起钻工况下，监测告警规则包括：

46、上述起钻工况下，监测告警规则包括：

47、连续3柱灌入井筒的钻井液液量小于应灌入量，生成灌入量偏小溢流告警；

48、连续3柱灌入井筒的钻井液液量大于应灌入量，生成灌入量偏大井漏告警。

49、上述下钻工况下，监测告警规则包括：

50、下钻连续3柱返出井筒的钻井液液量大于应返出量，生成返出量偏大溢流告警；

51、下钻井口连续返出超过设定时间不断流，计量罐增量小于设定阈值，生成溢流告警；

52、下钻连续3柱返出井筒的钻井液液量小于应返出量，生成返出量偏小井漏告警。

53、告警判断模块，在监测告警规则库中调用监测告警规则，对动态参数类型进行分析，得到对应的告警信息；

54、配置管理模块，对监测告警规则库中的监测告警规则进行维护。

55、上述前端设备层，包括：

56、雷达液位计，分别安装在计量罐、钻井液罐、泥浆罐、胶液罐内，监测所设位置处的液位变化；

57、磁致伸缩液位计，分别安装在计量罐、钻井液罐、泥浆罐、胶液罐内，监测所设位置处的液位变化；

58、非满管流量计，安装在钻井液导管上，监测导管出口钻井液流量变化；

59、电磁流量计，安装在泥浆泵高压出口处，监测泥浆泵排量变化；

60、导管泥浆密度在线监测仪，安装在钻井液导管上，监测导管出口钻井液密度。

61、上述还包括外部输出层和用户层；

62、外部输出层，搭建业务处理层与用户层之间的通信链路，将业务处理层的告警信息和各类数据传输至用户层；

63、用户层，显示接入的告警信息和各类数据，并通过外部输出层与业务处理层进行交互，传输指令。

64、本发明通过实时采集钻井液导管、泥浆泵高压出口、钻井液罐、钻井液胶液罐和计量罐等重要位置的动态参数，并结合预设的监测告警规则自动进行动态参数分析并执行告警判断，从而及时发现工况中的溢流或漏井现象，便于工作人员及时查看，维护钻井作业的稳定进行，相较于现有人工坐岗间隔测量及监测的方式，实时性高，受环境影响小，不易出错，有效避免井喷事故的发生。