一种基于环空返出流量监测曲线的固井漏失与井涌分析设备及分析方法与流程

本发明涉及石油钻采工程的固井技术领域，具体地说是一种基于环空返出流量监测曲线的固井漏失与井涌分析设备及分析方法。

背景技术：

近年来，随着固井作业规模的不断扩大，地质条件与施工工况越来越复杂，准确识别井下是否发生漏失或井涌是保证固井施工安全与固井质量的关键。

由于注水泥施工过程涉及的流体较多，在注替过程中因管内外流体密度差的影响，导致管内流体在重力势差作用下向管外加速自流，从而出现井口压力为零的现象，该现象被称为u型管效应。

u型管效应期间，环空返出流量先快速增大，然后逐步减小，甚至为0，在此阶段井下漏失与井涌不便于识别，无论是对固井施工安全还是对固井质量均具有一定的影响，因此准确识别固井井下漏失或井涌，为后续施工提供科学的技术参考尤为重要。

技术实现要素：

为了解决上述技术缺陷，本发明提供一种基于环空返出流量监测曲线的固井漏失与井涌分析设备及分析方法，以准确识别固井井下的漏失或溢流情况。

一种基于环空返出流量监测曲线的固井漏失与井涌分析设备，包括：

井筒、套管柱、第一流量传感器、第二流量传感器、用于监测分析环空返出流量的工业控制计算机、注入管线、环空返出管线、水泥浆罐、泥浆罐；注入管线一端连通套管柱上端、另一端插入水泥浆罐内，套管柱下端插入井筒内；环空返出管线一端与井筒上端出口连通、另一端插入泥浆罐；第一流量传感器、第二流量传感器分别设于注入管线、环空返出管线上，且注入管线、环空返出管线的信号输出端均与工业控制计算机的信号输入端连接，用于将井筒内注入流量信号和环空返出流量信号实时反馈于工业控制计算机，通过工业控制计算机实时记录井筒注入流量、环空返出流量，并绘制井筒注入流量、环空返出流量随时间变化的曲线图。

一种基于环空返出流量监测曲线的固井漏失与井涌分析方法，包括如下步骤：

s1、进行固井施工，同时开启工业控制计算机，通过工业控制计算机实时记录井筒注入流量、环空返出流量数据，并绘制井筒注入流量、环空返出流量随时间变化的曲线图；

s2、在步骤s1绘制的曲线图中选取u型管效应时间段，并计算该时间段中井筒内注入流量曲线与环空返出流量曲线波峰段所包围的面积a和波谷段包围的面积b；

若a＝b，表明井筒未发生漏失或溢流；如果a<b表明井下发生了漏失；如果a>b表明井下发生溢流；

本发明的优点是：通过本发明的该设备，可有效地实时监测井筒内流量情况，结构简单、操作方便；通过本发明的该分析方法，准确分析u型管效应期间的井筒注入流量、环空返出流量，进而识别井筒下是否为漏失、井涌，加强了固井施工的安全性、提高了固井施工质量，也为后续施工提供了技术参考。

附图说明

图1为本发明设备结构示意图；

图2为实施例一中井筒注入流量和环空返出流量随时间变化的曲线图；

图3为实施例一中加速度流量随时间变化曲线；

其中：

井筒1、套管柱2、第一流量传感器3、第二流量传感器4、工业控制计算机5、注入管线6、环空返出管线7、水泥浆罐8、泥浆罐9、泥浆泵10。

具体实施方式

一种基于环空返出流量监测曲线的固井漏失与井涌分析设备，包括：

井筒1、套管柱2、第一流量传感器3、第二流量传感器4、用于监测分析环空返出流量的工业控制计算机5、注入管线6、环空返出管线7、水泥储存罐8、泥浆回收罐9；注入管线6一端连通套管柱2上端、另一端插入水泥浆罐8内，套管柱2下端插入井筒1内；环空返出管线7一端与井筒1上端出口连通、另一端插入泥浆回收罐9；第一流量传感器3、第二流量传感器4分别设于注入管线6、环空返出管线7上，且注入管线6、环空返出管线7的信号输出端均与工业控制计算机5的信号输入端连接，用于将井筒1内注入流量信号和环空返出流量信号实时反馈于工业控制计算机5，通过工业控制计算机5实时记录井筒1注入流量、环空返出流量，并绘制井筒1注入流量、环空返出流量随时间变化的曲线图。

进一步地，注入管线6上连接有泥浆泵10，用于控制向井筒1内泵入流体，并经环空返出管线7返出。

一种基于环空返出流量监测曲线的固井漏失与井涌分析方法，包括如下步骤：

s1、固井施工，同时开启工业控制计算机5，通过工业控制计算机5实时记录井筒1注入流量、环空返出流量数据，并绘制井筒1注入流量、环空返出流量随时间变化的曲线图；

s2、在步骤s1绘制的曲线图中选取u型管效应时间段，并计算该时间段中井筒1内注入流量曲线与环空返出流量曲线波峰段所包围的面积a和波谷段包围的面积b；

若a＝b，表明井筒1未发生漏失或溢流；如果a<b表明井下发生了漏失；如果a>b表明井下发生溢流。

本发明方法还包括s3，在步骤s1绘制的曲线图中选取u型管效应时间段，并计算该时间段内每个时刻环空返出流量曲线的斜率，即为加速度流量，并绘制加速度流量随时间变化曲线；

若加速度流量曲线变化十分平滑，表明环空返出流量连续，井下未发生漏失或溢流现象；

若加速度曲线在某一时刻变化突然且出现陡升现象，则表明井下出现了溢流现象，该时刻即为溢流开始时刻；

若加速度曲线在某一时刻变化突然且出现陡降现象，则表明井下出现了漏失现象，该时刻即为井漏开始时刻。

分析方法中，施工前还还需如下准备：注入管线6一端连通套管柱2上端、另一端插入水泥浆罐8内，套管柱2下端插入井筒1内；环空返出管线7一端与井筒1上端出口连通、另一端插入泥浆罐9；第一流量传感器3、第二流量传感器4分别设于注入管线6、环空返出管线7上，且注入管线6、环空返出管线7的信号输出端均与工业控制计算机5的信号输入端连接，用于将井筒1内注入流量信号和环空返出流量信号实时反馈于工业控制计算机5，后期通过工业控制计算机5实时记录井筒1注入流量、环空返出流量，并绘制井筒1注入流量、环空返出流量随时间变化的曲线图；

优选地，步骤s1中，固井施工时，注入管线6在泥浆泵10的作用下将泥浆泵入井筒1内，并经环空返出管线7流入泥浆罐9，此时，第一流量传感器3将注入管线6内泥浆的流量信号、第二流量传感器4将环空返出管线7内泥浆的流量信号均传递于工业控制计算机5，工业控制计算机5根据注入流量、环空返出流量绘制其随时间变化的曲线图；

进一步地，步骤s1中，工业控制计算机5上安装有注水泥施工在线监测软件，用于绘制注入流量、环空返出流量随时间变化的关系曲线图；

优选地，步骤s2中，u型管效应时间段为环空返出流量开始偏离井口注入流量时刻至环空返出流量恢复至井口注入流量时刻的时间段；

a为u型管效应时间段内由于u型管效应的影响，相对于井口注入流体体积所多返出来的流体量；

b为u型管效应时间段内由于u型管效应的影响，相对于井口注入流体体积所少返出来的流体量。

以下结合实施例对本发明作进一步说明：

施工参数：定向井一口、三开钻深3590m，最大井斜24.7°，裸眼平均井径290.7mm，下井套管直径177.8mm，水泥返深2000m，井内钻井液密度为1.34g/cm³，注水泥施工参数如下表1所示：

表1

具体操作步骤如下所示：

s1、将注入管线6一端连通套管柱2上端、另一端插入水泥浆罐8内，套管柱2下端插入井筒1内；环空返出管线7一端与井筒1上端出口连通、另一端连接第二流量传感器4后插入泥浆罐9，且第一流量传感器3、第二流量传感器4的信号输出端均与工业控制计算机5的信号输入端连接；

进行固井施工，同时开启工业控制计算机5，通过工业控制计算机5实时记录井筒1注入流量、环空返出流量数据(如下表2所示)，并绘制井筒1注入流量、环空返出流量随时间变化的曲线图(如图2所示)；

表2

s2、在步骤s1绘制的曲线图中选取u型管效应时间段为35-67min，并通过微元段积分的方式计算35-67min时间段中井筒1内注入流量曲线与环空返出流量曲线波峰段所包围的面积a和波谷段包围的面积b；

运用微元段积分的方式计算出：面积a＝254.8，面积b＝101.95

计算结果发现：a>b，则该段井下发生溢流现象。

s2、在步骤s1绘制的曲线图中选取u型管效应时间段为35-67min时间段，并计算该时间段内每个时刻环空返出流量曲线的斜率，即为加速度流量，并绘制加速度流量随时间变化曲线(如图3所示)；

由图3可知：

时间在35-45min之间时，加速度波动范围不大，有先缓慢降低，逐渐升高再降低直至42min抵达零点，表明35-45min这段时间内环空返出流量连续，井下未发生漏失或溢流现象；

在时间为45min时，加速度出现较大的波动呈陡升状态，一直持续到46min，后续逐渐恢复到平稳状态。则表明从45～46min之间井下出现了溢流现象。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。