[发明专利]固井胶塞定位系统及其定位方法

说明书

本发明提出了一种固井胶塞定位系统及其定位方法，所述系统包括位于管柱内的胶塞、第一主动声呐和计量装置，其中第一主动声呐向管柱内发送声波以及接收碰到所述胶塞后反射的声波，所述计量装置根据发送和接收的声波时间差以及得到的所述声波在所述管柱内的钻井液中的传播速度从而定位所述胶塞在管柱中的位置。该系统能够更准确地定位胶塞在管柱中的位置。

技术领域

本发明涉及石油钻井和固井技术领域，具体涉及一种固井胶塞定位系统及其定位方法。

背景技术

固井过程中，使用钻井液顶替泥浆。水泥浆不能出管鞋，否则发生替空，影响固井质量。同时，不能留有过长的水泥塞以免给后续施工带来影响。因此，需要对钻井液的泵入量进行计算和监控，但受到井径不规则、计量精度等的影响，在实际施工过程中，不能保证计量十分精确。

目前，常用的钻井液计量方法主要有：

1)罐计量。通过计算泥浆罐中页面的高度变化差，乘以泥浆罐的底面积，理论上可以得知泵入井内的钻井液总量。但是，在固井施工中由于多次倒罐，易发生串罐，导致罐计量不准；

2)流量计计量。在管线中安装流量计，流量计可以显示实时流速、总的流量。但是固井过程中，现场指挥人员会根据情况调整排量，造成排量高低变化，排量的波动会导致流量计计量不准；

3)泵冲计量。通过对泥浆泵的泵冲数量进行累计，乘以一个冲程的泵入量，可以得知总的泵入井内的钻井液总量。但是，泵的上水系数不同，计算同样存在误差；

4)胶塞碰压。固井胶塞是固井作业过程中重要的工具附件，在泵送水泥浆后、泵送钻井液前投放胶塞。胶塞的主要作用有三个：一来可以分隔水泥浆和钻井液，防止互串，影响固井质量；二来胶塞上的胶碗起到刮钻杆、管柱内壁水泥浆的作用；三来可以起到钻井液到位的显示作用，在管串的设计位置有胶塞碰压座，当胶塞达到碰压座时，胶塞无法继续下行，胶塞上方形成密封，管柱压力升高。现场指挥人员观察到压力升高后，停止泵入钻井液，此时施工顺利结束。该方法是现场判断胶塞到位的关键依据。

但如果固井胶塞发生损坏，与胶塞碰压座密封不严，导致固井胶塞到位后，压力无明显升高，影响现场工程师判断，将带来替空的风险隐患。另外，有时在实际施工过程中，由于胶塞与碰压座的密封问题或施工压力过高，导致胶塞到位后未能显示出明显的压力上升，会导致决策失误，造成替空。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种固井胶塞定位系统及其定位方法，能够更准确地定位胶塞在管柱中的位置。

为了实现以上技术目的，本发明提供以下技术解决方案。

一方面，本发明提出了一种固井胶塞定位系统，该系统包括位于管柱内的胶塞，还包括第一主动声呐和计量装置，其中第一主动声呐向管柱内发送声波以及接收碰到所述胶塞后反射的声波，所述计量装置根据发送和接收的声波时间差以及得到的所述声波在所述管柱内的钻井液中的传播速度从而定位所述胶塞在管柱中的位置。

在本发明的固井胶塞定位系统中，通过第一主动声呐发送声波来测量和实时获得胶塞在管柱中的位置，相比现有通过压力上升等方式，通过声波传送与反射的测量方式不容易受到固井胶塞发生损坏或胶塞碰压座密封不严等情况的影响，能更准确地定位胶塞在管柱中的位置。

在实施时，所述计量装置包括第二主动声呐、控制器、标定液罐以及与所述胶塞同材质的胶皮件，所述胶皮件设置在所述标定液罐的底部，所述第二主动声呐设在所述标定液罐上方，所述控制器与所述第二主动声呐电连接。通过第二主动声呐和标定液灌来获得声波在该种钻井液中的传播速度。

在实施时，所述计量装置还包括流量计，所述流量计与所述标定液罐的入口以及所述管柱的出口连接，计量流出所述管柱以及流入所述标定液罐的钻井液的流动速度。