一种用于控压钻井的井漏实时检测系统的制作方法

技术特征：

1.一种用于控压钻井的井漏实时检测系统，包括信号搜集预处理模块、信号智能判别模块和漏层指示与预警模块，其特征在于：所述信号搜集预处理模块包括流量传感器(1)、前置放大器a(2)、整形放大器(3)、AD转换器a(4)、立管压力传感器(5)、前置放大器b(6)、带通滤波器(7)、AD转换器b(8)，所述信号智能判别模块包括单片机(9)，所述漏层指示与预警模块包括功率放大器(10)、声光信号装置(11)和电脑(12)。

2.如权利要求1所述的用于控压钻井的井漏实时检测系统，其特征在于：所述信号搜集预处理模块分为两个支路，支路一，流量传感器(1)安装在钻井液返出管线，并与前置放大器a(2)连接，前置放大器a(2)与整形放大器(3)连接，整形放大器(3)与AD转换器a(4)连接；支路二，立管压力传感器(5)安装在立管处，与前置放大器b(6)连接，前置放大器b(6)与带通滤波器(7)连接，带通滤波器(7)与AD转换器b(8)连接。

3.如权利要求1所述的用于控压钻井的井漏实时检测系统，其特征在于：所述AD转换器a(4)和AD转换器b(8)分别通过输入端口与单片机(9)连接。

4.如权利要求1所述的用于控压钻井的井漏实时检测系统，其特征在于：所述单片机(9)输出端口一个分支与电脑(12)连接，输出漏层计算结果并即时显示，另一分支与功率放大器(10)连接，功率放大器(10)将信号增强之后，传输给声光信号装置(11)发出井漏预警。

5.如权利要求2所述的用于控压钻井的井漏实时检测系统，其特征在于：所述流量传感器(1)包括涡轮流量传感器、节流式流量传感器、转子流量传感器、超声波流量传感器，用于测量钻井液返出流量，产生流量信号。

6.如权利要求2所述的用于控压钻井的井漏实时检测系统，其特征在于：所述立管压力传感器(5)可以实时监测立管压力变化情况，产生立管压力信号。

7.如权利要求1～6任意一项所述的用于控压钻井的井漏实时检测系统，其特征在于：在正常情况下，所述单片机(9)对流量信号和压力信号进行实时监测并记录，将数据储存于电脑(12)中；发生井漏情况下，流量显著降低，所述单片机(9)发出预警信号，通过功率放大器(10)放大之后，传递给声光信号装置(11)，发出警报，同时，单片机(9)对记录的流量信号和压力信号进行分析，提取出两种信号中发生井漏的特征点，根据两个特征点所对应的时刻求取时间差，最终根据井漏层位预测模型给出井漏深度，并通过电脑(12)即时显示。

8.如权利要求5或6所述的用于控压钻井的井漏实时检测系统，其特征在于：所述的压力信号和流量信号，其储存文件的数据类型包括时间点、压力值、流量值。

9.一种井漏层位预测模型，包括流体在环空中的上返时间计算、立管压力响应时间计算、漏层位置计算，其特征在于：

1)流体在环空中的上返时间

井漏前入口和出口流量均为Q，井漏后出口流量减小为Q₁，井筒环空截面积为A，环空上返速度满足：

$v_a=\frac{Q_1}{A}---\left(1\right)$

流体在环空中上返时间为：

$t_1=\frac{h}{v_a}=\frac{hA}{Q_1}---\left(2\right)$

其中，h为漏层位置的井深；

2)立管压力响应时间

井漏一旦发生，井底的压力降低，最终导致立管压力下降，假设压力降在环空和钻杆内分别以v_p1和v_p2的速度传播，则井漏之后立管压力的响应时间满足：

$t_2=\frac{H-h}{v_{p1}}+\frac{h}{v_{p2}}---\left(3\right)$

其中，H为已钻总井深；

3)漏层位置计算

由于井漏发生之后，立管压力响应时间和流体上返时间存在差异，因此根据二者的时间差Δt确定漏层深度；

时间差的计算式为：

$\mathrm{\Δ}t=t_2-t_1=\frac{hA}{Q_1}-(\frac{H-h}{v_{p1}}+\frac{h}{v_{p2}})---\left(4\right)$

漏层位置可表示为：

$h=\frac{v_{p2}(v_{p1}\mathrm{\Δ}t+H)Q_1}{{\mathrm{Av}}_{p1}{v}_{p2}+Q_1(v_{p2}-v_{p1})}---\left(5\right).$

10.如权利要求8所述的井漏层位预测模型，其特征在于：压力降传播速度测量方法步骤如下：

①在某一开次的正常钻进过程中，当井深达到H₁处时，利用控压钻井装置的回压泵人为施加井口回压Δp，并开始计时，当立管压力升高至稳定状态后，停止计时，得到响应时间Δt₁；

②继续钻进，当井深分别达到H₂和H₃处时，分别重复步骤①操作，求得响应时间Δt₂和Δt₃，得到：

${\mathrm{\Δt}}_1=\frac{H_1}{v_{p1}}+\frac{H_1}{v_{p2}}---\left(6\right)$

${\mathrm{\Δt}}_2=\frac{H_2}{v_{p1}}+\frac{H_2}{v_{p2}}---\left(7\right)$

${\mathrm{\Δt}}_3=\frac{H_3}{v_{p1}}+\frac{H_3}{v_{p2}}---\left(8\right)$

联立式(6)和式(7)，得到第一组压力降传播速度和联立式(7)和式(8)，得到第二组压力降传播速度和当两组测量速度之间的误差小于10％时，认为测量值准确，即：

$e_1=\frac{|v_{p1}^{\left(2\right)}-v_{p1}^{\left(1\right)}|}{v_{p1}^{\left(1\right)}}\≤10\%---\left(9\right)$

$e_2=\frac{|v_{p2}^{\left(2\right)}-v_{p2}^{\left(1\right)}|}{v_{p2}^{\left(1\right)}}\≤10\%---\left(10\right)$

其中e₁、e₂为误差值；若测量值不满足式(9)和(10)，则重复步骤①和步骤②的操作，继续测量。