[发明专利]一种排砂管线岩屑流量测量装置及其标定方法

说明书

本发明公开了一种排砂管线岩屑流量测量装置及标定方法，包括：利用安装在排砂管线上的岩屑流量传感器的静电探针采集岩屑撞击探针产生的静电信号，静电信号通过连接线传送至测量单元，获得岩屑流量U与静电信号标定值V_p的关系曲线图，并拟合公式。本发明的优点是：操作简单，避免了岩屑取样过程，只需要通过岩屑流量传感器所对应的静电信号值就能获取通过排砂管线的岩屑流量；检测速度快，测量精度高，可以满足实时分析井下工况的现场施工需要，预防井下复杂问题发生，实现安全钻井生产。

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，特别涉及一种氮气钻井条件下的排砂管线岩屑流量测量装置及其标定方法。

背景技术

气体钻井是利用空气或氮气作为循环介质的欠平衡钻井技术，以其经济、环保，高效等优势已逐步成为油气勘探开发的重要手段。但由于地质不确定性、地层的不均质性及出水等原因，薄弱层出现坍塌掉块及岩屑吸水凝结无法返出的现象时有发生，如处理不当极易导致卡钻事故的发生，这严重威胁着气体钻井的井下安全。

在空气钻井中，返出岩屑流量是判断井简内情况的重要参数，一方面可以判断钻遇地层岩性，为钻达产层提供依据，另一方面，还能及时预测钻井过程中的工程事故，判断井壁的坍塌掉块情况。目前，岩屑流量的测量多采用取样装置取样后对岩屑进行分析，操作复杂，并且数据具有延时。同样属于侵入式测量，马晓伟等人在《气体钻井返出岩屑监测方法研究》中提出了在排砂管线上安装冲刷力传感器，环空返出的含屑气体流经排砂管线，冲刷力传感器对冲刷力数据进行采集，通过计算机处理判断井下返屑情况，但该方法输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服，且需要防潮措施。康波等人在中国发明在专利(CN201410668871.0)提出了一种非侵入式随钻返出岩屑量定量检测系统，但是该方法设备复杂，成本高，增加了现场施工成本。

因此，研究发明一种简单、准确、客观、快速的岩屑流量标定方法，对气体钻井现场安全作业有重要意义。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种氮气钻井条件下的排砂管线岩屑流量测量装置及其标定方法。岩屑流量测量装置必须通过静电信号与岩屑流量的标定，才能准确、快速对岩屑流量进行测量。为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种氮气钻井条件下的排砂管线岩屑流量测量装置，包括：排砂管线、空压机组、膜制氮机组、岩屑流量传感器、质量流量控制器、测量单元，以及连接各模块和部件之间的管路和接线。所述空压机组将氮气及岩屑送入质量流量控制器，质量流量控制器控制流量后，氮气携带岩屑进入排砂管线，通过岩屑流量传感器时，高速气体携带岩屑撞击岩屑流量传感器的静电探针产生正电荷。

岩屑流量传感器由静电探针1、基座2、连接法兰3、连接线4、测量单元5以及传感器壳体6组成。

静电探针1位于传感器壳体6下方，二者间采用螺纹连接；

传感器壳体6通过连接法兰3安装到基座2上；

测量单元5通过连接线4与传感器壳体6相连；

所述静电探针1，用于采集岩屑撞击静电探针产生正电荷，通过连接线4将采集的电荷传递到测量单元5进行下一步处理。因高速气体携带岩屑的冲蚀作用，因此静电探针1必须选用耐冲蚀材料制作，至少保证2～5年的寿命。

所述测量单元5，安装有数据分析系统，包括数据采集、数据显示及数据存储等功能，主要用于记录实验静电信号数据。

所述传感器壳体6，使用金属材料，通过连接法兰3安装到基座2上，与排砂管线良好接触，可以起到屏蔽作用，保护采集到的微弱的电荷信号不受干扰。

进一步地，所述排砂管线的直径为220mm。

进一步地，所述岩屑流量传感器响应值为电压值。