本发明涉及一种钻完作业使用的井漏井涌监测系统，具体涉及井下井漏和井涌监测系统和监测方法。
背景技术：
在石油钻完井过程中，井涌和井漏是一种经常出现的事故，给石油工业带来巨大的人员、财力损失。目前国内主要采用在地面泥浆罐内对泥浆液位进行监测，泥浆罐内泥浆液位升高表示井涌、泥浆液位降低表示井漏。这种监测泥浆罐液位的方法有很大的缺点：首先，泥浆必须从井口通过防溢管流过振动筛、再经泥浆槽流回到泥浆罐，使得监测井涌和井漏需要的反应时间长；其次，由于泥浆罐体积大，发生井涌或井漏后，泥浆灌液位变化缓慢，不能灵敏地监测井涌和井漏事故。
因此，需要一种快速、灵敏监测井涌和井漏事故的系统。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种快速、灵敏地监测井涌和井漏的监测系统和监测方法。
在第一方面中，本发明涉及一种井漏井涌监测系统，包括：钻完井进口流量监测部分；钻完井出口流量监测部分；钻完井井口防溢管液面高度监测部分；自动灌浆部分；钻具运动状态检测装置和计算机及软硬件控制部分。
在一种优选的实施方式中，钻完井进口流量监测部分包括安装在泥浆泵21出口端钻井立管11上的外夹式流量计7，和泥浆泵上水U型管41流量监测装置；泥浆泵上水U型管41一端与泥浆泵21上水管线相连，另一端通过循环罐15和泥浆槽18与灌浆罐16相连，泥浆泵上水U型管41的U型管下端置于地面挖坑25内，以保证整个U型结构处于垂直地面的方向，在泥浆泵上水U型管41的一边安装有电磁波流量计9，钻完井进口流量的监测由泥浆泵上水U型管41的一边安装的电磁波流量计9和泥浆泵21出口端钻井立管11上的外夹式流量计7分别监测；在泥浆泵上水U型管41的底部设计有带叶片的搅拌棒34，带叶片的搅拌棒34通过固定在泥浆泵上水U型管41上的密封轴承与泥浆泵上水U型管41外部的电机36连接，电机带动带叶片的搅拌棒34转动，用以防止整个泥浆泵上水U型管41内的泥浆固体颗粒沉淀；在泥浆泵上水U型管41底部的另外一端设计有阀门37，用以对整个U型管底部的沉淀物进行清理。其中，带叶片的搅拌棒34可替换为泥浆枪喷嘴，电机36可替换为电泵，电泵上水端与泥浆泵上水U型管41中部相连，电泵出口端与泥浆泵上水U型管41底部的泥浆枪喷嘴相连，电泵通过抽取泥浆泵上水U型管41中部的泥浆，从泥浆枪喷嘴喷出射流，以冲洗泥浆泵上水U型管41底部的沉淀物。
在一种优选的实施方式中，钻完井出口流量监测部分整体为井口泥浆出口U型管42，其一端与井口出口管14通过胶管或铁管39相连接，其另一端与泥浆振动筛19相连接振动筛19通过泥浆槽17连接至灌浆罐16；所述U型管结构的一边中部安装有电磁波流量计10，U型管结构的另一边顶部安装有泥浆除气器控制头43，泥浆除气器44设置在所述U型管结构的另一边的内部，U型管结构的另一边的顶部在泥浆除气器控制头43下方安装有排气管30和录井气测探头29，外夹式流量计38安装在所述U型管结构的另一边的中部，所述U型管结构的一边的顶部为具有双拐型结构的双拐管31；在U型管结构底部设计有带叶片的搅拌棒46，带叶片的搅拌棒46通过固定在U型管结构上的密封轴承与U型管结构外部的电机48相连，电机48带动带叶片的搅拌棒46转动，用以防止整个U型管结构内的泥浆固体颗粒沉淀；在U型管结构底部的另外一端设计有阀门49，用以可以对整个U型管底部的沉淀物进行清理；所述U型管结构垂直于地面安装。其中，带叶片的搅拌棒46可替换为泥浆枪喷嘴，电机48可替换为电泵，电泵上水端与U型管结构中部相连接，电泵出口管端与U型管底部的泥浆枪喷嘴相连接，电泵通过抽取U型管结构中部的泥浆，从泥浆枪喷嘴喷出射流，以冲洗U型管结构中的沉淀物。
在一种优选的实施方式中，钻完井井口防溢管液面高度监测部分包括压差式液位传感器3和井口泥浆液位监测装置45；压差式液位传感器3安装在四通内外阀门2上，用于测量四通内外阀门2至井口防溢管40内的泥浆液面高度；井口泥浆液位监测装置45是倒双T型结构，其一端通过U型管底管28与井口防溢管40相连，连接位置位于井口出口管14与环型封井器1之间，并且所述连接位置在纵向方向上低于泥浆出口管14；所述倒双T型结构的另一端安装有两根直立管26、27，第一直立管26的顶端安装有激光或超声波传感器5，第二直立管27的顶端安装有导波液位传感器6；整个倒双T型结构与井口防溢管40形成一个U型管结构，所述U型管结构内部的泥浆是连通的；激光或超声波传感器5和导波液位传感器6通过倒双T型结构的两根直立管26、27可测量井口防溢管40内的泥浆液面高度；所述倒双T型结构的底部安装有阀门33，用以清理U型管结构底部的沉淀物。其中，关于在第一直立管26的顶端安装的激光或超声波传感器5和在第二直立管27的顶端安装的导波液位传感器6，可以仅在第一直立管26的顶端安装激光或超声波传感器5，或者仅在第二直立管27的顶端安装导波液位传感器6。
在一种实施方式中，自动灌浆部分包括安装在灌浆罐16上的灌浆泵20和灌浆管线22，灌浆管线22与井口灌浆口32相连接，井口灌浆口32连接在井口防溢管40上，连接位置在垂直方向上位于井口泥浆液位监测装置45的U形管底管28的下方，在U形管底管28和环形封井器1之间；自动灌浆系统在计算机系统的控制下对井筒内进行自动灌浆。
在一种优选的实施方式中，钻杆运动状态检测装置为安装固定在井口防溢管40上部用于检测钻杆运动状态的机构，其例可参见实用新型专利：一种钻杆运动检测装置ZL201520030923.1，将其全部内容通过参考并入本文。
在一种优选的实施方式中，计算机及软硬件控制部分由控制柜、计算机、软件、报警器、电缆组成。
在第二方面中，本发明涉及一种井漏井涌监测方法，所述监测方法使用根据如上所述的井漏井涌监测系统进行监测。
在一种优选的实施方式中，在钻进/泥浆循环过程中，利用安装在泥浆泵上水U型管41上的电磁波流量计9和安装在钻井立管11上的外夹式流量计7对泥浆泵21的流量Q1进行监测；利用安装在井口泥浆出口U型管42上的外夹式流量计38和电磁波流量计10对钻井出口的流量Q2进行监测；利用安装在井口泥浆液位监测装置45上的激光或超声波传感器5和导波液位传感器6及安装在四通内外阀门2上的压差式液位传感器3来监测井口防溢管40内的泥浆液位高度H；将所有数据传输给工控计算机，计算机软件会自动判断Q1-Q2的差值，当差值超过规定值时，控制扬声器24报警井漏，当差值低于规定值时，控制扬声器24报警井涌；计算机软件同时判断井口防溢管40内的泥浆液位高度H，当H低于设定值时发出井漏报警，当H高于设定值时则发出井涌报警。
在一种优选的实施方式中，在起钻过程中，钻杆12向上运动，钻杆运动状态检测装置4将钻杆12的运动状态传输给计算机；井口防溢管40内的泥浆液位降低；压差式液位传感器3、激光或超声波传感器5、导波液位传感器6实时地将井口防溢管40内的泥浆液位高度H1传输给计算机，计算机软件控制灌浆泵20对井筒进行补浆并维持井筒内液面在四通内外阀门2和出口管14之间的高度范围内；当灌浆泵20处于停止状态时，H1如果出现下降趋势，计算机软件会自动判断井下出现井漏并发出井漏报警；当H1如果出现上升趋势，计算机软件自动判断井下出现井涌并发出井涌报警；当井口内的泥浆流经安装在井口泥浆出口U型管42的外夹式流量计38和电磁波流量计10时，这两个流量计将流量数据传输给计算机，计算机软件根据流量值的大小进行二次报警井涌。
在一种优选的实施方式中，在下钻或接单根过程中，钻杆12向下运动，钻杆运动状态检测装置4将钻杆12的运动状态传输给计算机，井筒内的泥浆被排出井口；压差式液位传感器3、激光或超声波传感器5、导波液位传感器6实时地将井口防溢管40内的泥浆液位高度H2传输给计算机，计算机软件自动判断H2与设定值的差值，进而实现井漏或井涌报警；同时泥浆流经安装在井口泥浆出口U型管42的外夹式流量计38和电磁波流量计10时，这两个流量计将流量数据传输给计算机，计算机软件根据流量值的大小进行二次报警井涌或井漏。
附图说明
图1为本发明的井漏井涌监测系统结构示意图。
具体实施方式
下文将结合附图对本发明的井漏井涌监测系统和监测方法进行详细的说明。
图1中所涉及的各附图标记如下：
1-封井器；2-四通内外阀门；3-压差式液位传感器；4-钻杆运动状态检测装置；5-激光或超声波传感器；6-导波液位传感器；7-外夹式流量计；8-激光或超声波传感器；9-电磁波流量计；10-电磁波流量计；11-钻井立管；12-钻杆；13-钻台面；14-出口管；15-循环罐；16-灌浆罐；17-泥浆槽；18-泥浆槽；19-振动筛；20-灌浆泵；21-泥浆泵；22-灌浆管线22；23-计算机；24-扬声器；25-地面挖坑；26-直立管；27-直立管；28-U形管底管；29-录井气测探头；30-排气管；31-双拐管；32-井口灌浆口；33-阀门；34-带叶片的搅拌棒；35-冲砂泵上水口；36-电机或电泵；37-阀门；38-外夹式流量计；39-胶管或铁管；40-井口防溢管；41-泥浆泵上水U型管；42-井口泥浆出口U型管；43-泥浆除气器控制头；44-泥浆除气器；45-井口泥浆液位监测装置；46-带叶片的搅拌棒；47-冲砂泵上水口；48-电机或电泵；49-阀门。
本发明的井漏井涌监测系统包括：钻完井进口流量监测部分；钻完井出口流量监测部分；钻完井井口防溢管液面高度监测部分；自动灌浆部分；钻具运动状态检测装置；计算机及软硬件控制部分。
其中，钻完井进口流量监测部分包括安装在泥浆泵21出口端钻井立管11上的外夹式流量计7，和泥浆泵上水U型管41流量监测装置。泥浆泵上水U型管41一端与泥浆泵21上水管线相连，另一端通过循环罐15和泥浆槽18与与灌浆罐16相连，泥浆泵上水U型管41的U型管下端放置在地面挖坑25内，以保证整个U型结构处于垂直地面的方向，在泥浆泵上水U型管41的一边安装有电磁波流量计9，钻完井进口流量的监测就由泥浆泵上水U型管41的一边安装的电磁波流量计9和泥浆泵21出口端钻井立管11上的外夹式流量计7分别监测；在泥浆泵上水U型管41的底部一端设计有带叶片的搅拌棒34，带叶片的搅拌棒34通过固定在泥浆泵上水U型管41上的密封轴承与泥浆泵上水U型管41外部的电机36连接，电机36可带动带叶片的搅拌棒34高速转动，用以防止整个泥浆泵上水U型管41内的泥浆固体颗粒沉淀；在泥浆泵上水U型管41底部的另一端设计有阀门37，打开阀门37可以对整个U型管底部的沉淀物进行清理。带叶片的搅拌棒34和电机36部分还可以是：带叶片的搅拌棒34替换为泥浆枪喷嘴，电机替换为电泵，电泵上水端与泥浆泵上水U型管41中部相连，电泵出口端与泥浆泵上水U型管41底部的泥浆枪喷嘴相连，电泵通过抽取泥浆泵上水U型管41中部的泥浆，从泥浆枪喷嘴高速喷出射流，以冲洗泥浆泵上水U型管41底部的沉淀物。整个U型结构的设计是为了保证进口泥浆流过电磁波流量计9时为满管流，并防止泥浆内的固体颗粒沉淀到电磁波流量计9附近影响测量精度，同时整个泥浆泵上水U型管41垂直于地面安装的目的也是为了满足电磁波流量计9的测量要求。
钻完井出口流量监测部分包括井口泥浆出口U型管42流量监测部分，其一端通过胶管或铁管39与井口出口管14相连接，其另一端与泥浆振动筛19相连接，井口泥浆出口U型管42一边中部安装有电磁波流量计10，井口泥浆出口U型管42另一边顶部安装有泥浆除气器控制头43，泥浆除气器44设置在井口泥浆出口U型管42另一边的内部，与泥浆除气器控制头43相连，井口泥浆出口U型管42另一边的顶部在泥浆除气器控制头43下方安装有排气管30和录井气测探头29，井口泥浆出口U型管42一边的顶部为双拐型结构的双拐管31；在井口泥浆出口U型管42结构一端底部设计有带叶片的搅拌棒46，带叶片的搅拌棒46通过固定在井口泥浆出口U型管42上的密封轴承与井口泥浆出口U型管42外部的电机48相连，电机48可带动带叶片的搅拌棒46高速转动，用以防止整个井口泥浆出口U型管42内的泥浆固体颗粒沉淀；在井口泥浆出口U型管42底部另一端设计有阀门49，打开阀门49可以对整个井口泥浆出口U型管42底部的沉淀物进行清理。带叶片的搅拌棒46和电机48部分还可以是：带叶片的搅拌棒46替换为泥浆枪喷嘴，电机48替换为电泵，电泵上水端与井口泥浆出口U型管42中部相连接，电泵出口管端与井口泥浆出口U型管42底部的泥浆枪喷嘴相连接，电泵通过抽取井口泥浆出口U型管42中部的泥浆，从泥浆枪喷嘴高速喷出射流，以冲洗U型管的沉淀物。整个结构采用垂直于地面安装。整个设计为了达到四个目的：一是将泥浆出口管14内的泥浆的非满管流变成满管流，以便于电磁波流量计9的准确测量；二是除去泥浆中的气泡，以便尽可能消除气泡对电磁波流量计9的测量精度的影响；三是防止U型管底部泥浆沉淀影响电磁波流量计9的测量精度；四是将泥浆除气器44所除掉的气体排放到录井气测探头29上以便于录井气体的监测。
钻完井井口防溢管液面高度监测部分包括压差式液位传感器3和井口泥浆液位监测装置45。压差式液位传感器3安装在四通内外阀门2上，用于测量四通内外阀门2至井口防溢管40内的泥浆液面高度。井口泥浆液位监测装置45是倒双T型结构，其一端与井口防溢管40相连，连接位置在井口出口管14与环型封井器1之间，并且连接位置在纵向方向上低于泥浆出口管14，出口管14与井口防溢管40相连，封井器1位于四通内外阀门2上部，并通过常规方式与其连接；倒双T型结构的另一端安装有两根直立管26、27，直立管26的顶端安装有激光或超声波传感器5，直立管27的顶端安装有导波液位传感器6。整个倒双T型结构与井口防溢管40形成一个U型管结构，所述U型管结构内部的泥浆是连通的；激光或超声波传感器5和导波液位传感器6通过倒双T型结构的直立管26、27可测量到井口防溢管40内的泥浆液面高度；倒双T型结构底部的另一端安装有阀门33，打开阀门33可以清理U型管结构底部的沉淀物。
自动灌浆部分包括安装在灌浆罐16上的灌浆泵20和灌浆管线22，灌浆管线22与井口灌浆口32相连接，井口灌浆口32焊接在井口防溢管40上，在垂直方向上位于井口泥浆液位监测装置45的U形管底管28的下方，在U形管底管28和环形封井器1之间。自动灌浆系统在计算机系统的控制下对井筒内进行自动灌浆。
钻杆运动状态检测装置为安装固定在井口防溢管40上部的用于检测钻杆运动状态的机构，其例如可参见实用新型专利ZL201520030923.1，将所述专利的全部内容通过参考并入本文。
计算机及软硬件控制部分包括控制柜、计算机、软件、报警器和电缆。
本发明的井下液位监测系统的监测方法如下：
在钻进/泥浆循环过程中，利用安装在泥浆泵上水U型管41上的电磁波流量计9和安装在钻井立管11上的外夹式流量计7对泥浆泵21的流量Q1进行监测；利用安装在井口泥浆出口U型管42上的外夹式流量计38和电磁波流量计10对钻井出口流量Q2进行监测；利用安装在井口泥浆液位监测装置45上的激光或超声波传感器5和导波液位传感器6以及安装在四通内外阀门2上的压差式液位传感器3来监测井口防溢管40内的泥浆液位高度H；将所有数据传输给工控计算机，计算机软件会自动判断Q1-Q2的差值，当差值超过规定值时，控制扬声器24报警井漏，当差值低于规定值时，控制扬声器24报警井涌；计算机软件同时判断井口防溢管40内的泥浆液位高度H，当H低于设定值时发出井漏报警，当H高于设定值时则发出井涌报警。
在起钻过程中，钻杆12向上运动，钻杆运动状态检测装置4会将钻杆12的运动状态传输给计算机；井口防溢管40内的泥浆液位降低；压差式液位传感器3、激光或超声波传感器5、导波液位传感器6实时地将井口防溢管40内的泥浆液位高度H1传输给计算机，计算机软件会控制灌浆泵20对井筒进行补浆并维持井筒内液面在四通内外阀门2和出口管14之间的高度范围内。当灌浆泵20处于停止状态时，H1如果出现下降趋势，计算机软件会自动判断井下出现井漏并发出井漏报警；当H1如果出现上升趋势，计算机软件会自动判断井下出现井涌并发出井涌报警；当井口内的泥浆流经安装在井口泥浆出口U型管42的外夹式流量计38和电磁波流量计10时，这两个流量计会将流量数据传输给计算机，计算机软件根据流量值的大小进行二次报警井涌。
在下钻或接单根过程中，钻杆12向下运动，钻杆运动状态检测装置4会将钻杆12的运动状态传输给计算机，井筒内的泥浆会被排出井口，压差式液位传感器3、激光或超声波传感器5、导波液位传感器6实时地将井口防溢管40内的泥浆液位高度H2传输给计算机，计算机软件会自动判断H2与设定值的差值，进而实现井漏和井涌报警；同时泥浆流经安装在井口泥浆出口U型管42的外夹式流量计38和电磁波流量计10时，这两个流量计会将流量数据传输给计算机，计算机软件根据流量值的大小进行二次报警井涌或井漏。