专利名称：固井施工参数监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油固井过程中的固井施工参数监测装置
二背景技术：
目前，现场采用的固井施工参数监测装置只采集了浆体入口流量和水泥浆密度两 个参数，没有实时采集井口压力参数，采集过程相互独立，只有简单的参数显示功能，没有 利用计算机对相关参数进行综合分析和对比，因此，难于综合判别井下可能出现的复杂情 况。现有的浆体流量测量采用的是涡轮流量计，其测量误差大、易磨损和堵塞，其部件 需经常更换，性能不稳定，测量过程中问题的出现可能导致整个固井过程中参数监测的失 败。在浆体密度和粘度较大时，涡轮流量计的测量精度会大幅下降，导致测量数据无法应用。当前，固井水泥浆密度的测量大多采用振动管式在线密度计或利用密度秤进行人 工测量。振动管式在线密度计理论上具有较高的测量精度，但因其安装在固井车管线中造 成清洗不方便，振动管中残留水泥的长期固化积累导致测量误差的大幅升高，不能为施工 操作人员提供可靠的参考数据。人工测量劳动强度大，测量数据不能实时进入计算机进行 分析。
三、发明内容本实用新型的目的是提供一种固井施工参数监测装置，克服上述已有技术存在的 缺陷，利用便携式工控机监测仪对固井施工参数进行计算和模拟显示，为固井施工作业安 全和提高固井质量提供可靠的保障。本实用新型的技术方案是通过以下方式实现的固井施工参数监测装置主要由高压电磁流量计、压力变送器、微型振动管密度计、 高压由壬接头、便携式工控机、无线数据传输系统和固井施工参数监测软件组成，其特征在 于在水泥头的进口设有一台高压电磁流量计，通过高压由任与水龙带连接，在水泥头的另 一个进口设有一台高压电磁流量计，通过高压由任与水泥车的出口管线相连，高压电磁流 量计和压力变送器传输线通过快速接头与便携式工控机连接。安装在水泥浆罐上的微型振 动管密度计的无线信号发射器通过无线方式与便携式工控机中的无线信号接收器连接并 传递信号；高压由壬接头出口处安装有U型管效应消除器和压力变速器。采用自带微型泵的微型振动管密度计，微型泵的进口通过管线插在水泥浆罐内， 出口通过微型振动管密度计后返回水泥浆罐内；微型振动管密度计的输出段连接有数据采 集模块和无线发射器。U型管效应消除器由平口段和弧形口段组成，平口段外径和内径小于弧形口段的 外径和内径；U型管效应消除器镶嵌在高压电磁流量计出口处的高压由壬接头内，弧形口 朝向高压电磁流量计的出口。[0010]本实用新型的有益效果是1、克服了传统浆体流量和密度测量方式的缺陷，增加了入口压力的测量；2、利用便携式工控机对井下参数进行计算和模拟显示，为固井施工作业的安全和 提高固井质量提供了全面的技术保障；3、本技术方案具有测量精度高，安全性好，安装简便、使用寿命长等特点。
四
附图1-固井施工参数监测装置井口部分的结构原理图图2-固井施工参数水泥浆密度监测部分的结构原理图图3-高压电磁流量计出口的内部结构图图4-本实用新型的监测系统的软硬件方框结构示意图
五具体实施方式
为进一步公开本实用新型的技术方案，下面结合说明书附图作详细说明利用特制的高压电磁流量计取代传统的涡轮流量计，利用微型振动管密度计取代 传统的振动管密度计。为适应现场安装环境的要求，减小水泥浆顶替过程中U型管效应对 测量精度的影响，在流量计的出口端加装U型管效应消除器，并对高压电磁流量计的接口 单元进行了改进，利用快速接头进行供电和信号的连接，信号处理单元放入工控机内。高压 电磁流量计的连接部分采用了现场常用的由壬接头，微型振动管密度计利用微型泵进行循 环测量，并利用无线方式与工控机进行通信。监测装置实时采集的数据经固井监测软件的处理，可反演和模拟显示井下注替的 动态过程，对注入体积、液面位置、环空动压力变化、顶替流态及紊流接触时间等动态参数 进行实时监测，可能发生的井漏、顶替不到位或替空等异常情况进行报警。如图4所示。硬件部分由以便携式工控机为核心的传感器模块、数据采集模块、无 线网络模块组成。传感器模块包括高压电磁流量计、微型振动管密度计和压力变送器，用以 实时采集水泥浆流量、水泥浆密度和井口压力。无线网络模块用以密度测量信号的传输。软 件部分包括数据处理模块、异常报警模块、动态显示模块和数据存储模块，用以实时采集固 井参数，计算分析注入体积、液面位置、环空动压力变化、顶替流态及紊流接触时间等动态 参数，模拟显示井下注替的动态过程。通过对实际顶替液量与理论顶替液量的对比，分析压 力曲线变化情况，对发生的异常情况进行报警。用于数据采集的数据采集卡和传感器供电模块安装于便携式工控机内部，以快速 接头方式与外部连接。水泥浆密度的测量采用微型振动管密度计，采用单独外部电源供电， 密度测量信号以无线方式与工控机进行通信，并通过USB接口与工控机相连。为进一步说明本实用新型技术的实施方案，本新型技术给出了具体的实施方法。 图ι为本实用新型的结构示意图。图1中部件的序号说明1-高压由任接头、3-高压由任、 2-高压电磁流量计、3-高压由任、4-流量计出口部分、5-高压电磁流量计、6-快速接头、 7-压力变送器、8-快速接头、9-传输电缆、10-无线接收端、11-便携式工控机、12-水泥头。 标号2的高压电磁流量计通过高压由任与水龙带相连，用以测量顶替液的流量，标号5的高 压电磁流量计与水泥车的入井管线相连，用以测量水泥浆流量。两个电磁流量计和压力变
4送器由工控机内的供电模块提供24VDC的电源，测量信号通过信号线进入工控机，工控机 内的采集模块实现对信号的采集。图2为水泥浆密度测量原理。图2中部件的序号说明1_24VDC供电电源、2_微 型振动管密度计、3-固定支架、4-数据采集及无线发射装置、5-信号与电源线、6-进口管、 7-出口管、8-水泥浆罐。电源与数据采集及无线发射装置固定在一个盒内。数据采集及无 线发射装置通过无线网络方式把采集的信号传输到工控机，无线网络有一个接收端和多个 发送端组成，接收端通过USB接口直接进入工控机。图3为顶替液高压电磁流量计出口处的U型管效应消除器的结构安装示意图，本 结构的作用是降低顶替过程中U型管效应对电磁流量计造成的影响，提高测量精度，方便 现场的安装。图3中的标号说明1_高压由任接头、2-连接螺纹、3-电磁流量计出口、4-U 型管效应消除器、5-流动方向。
权利要求1.一种固井施工参数监测装置，主要由高压电磁流量计、压力变送器、微型振动管密 度计、高压由壬接头、便携式工控机、无线数据传输系统和固井施工参数监测软件组成，其 特征在于在水泥头的进口设有一台高压电磁流量计，通过高压由任接头与水龙带连接，在 水泥头的另一个进口设有一台高压电磁流量计，通过高压由任接头与水泥车的出口管线相 连，高压电磁流量计和压力变送器传输线通过快速接头与便携式工控机连接，安装在水泥 浆罐上的微型振动管密度计的无线信号发射器通过无线方式与便携式工控机中的无线信 号接收器连接并传递信号；高压由壬接头出口处安装有U型管效应消除器和压力变速器。
2.根据权利要求1所述的固井施工参数监测装置，其特征在于采用自带微型泵的微型 振动管密度计，微型泵的进口通过软管插在水泥车的混浆罐内，出口通过微型振动管密度 计后返回混浆罐内；微型振动管密度计的输出段连接有数据采集模块和无线发射器。
3.根据权利要求1所述的固井施工参数监测装置，其特征在于U型管效应消除器由平 口段和弧形口段组成，平口段外径和内径小于弧形口段的外径和内径；U型管效应消除器 镶嵌在高压电磁流量计出口处的高压由壬接头内，弧形口朝向高压电磁流量计的出口。
专利摘要一种固井施工参数监测装置，主要由高压由壬接头、高压电磁流量计、压力变送器、微型振动管密度计、便携式工控机、无线数据传输系统和固井施工参数监测软件组成，其特征在于在水泥头的进口设有一台高压电磁流量计，通过高压由任与水龙带连接，在水泥头的另一个进口设有一台高压电磁流量计，通过高压由任与水泥车的出口管线相连，高压电磁流量计和压力变送器传输线通过快速接头与便携式工控机连接。安装在水泥浆罐上的微型振动管密度计的无线发射器通过无线方式与便携式工控机中的无线接收器连接；高压由壬接头出口处安装有U型管效应消除器和压力变速器。
文档编号E21B47/00GK201778752SQ201020516908
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月25日 优先权日2010年8月25日
发明者刘瑞文, 邹德永 申请人:刘瑞文;邹德永