[发明专利]用于钻井筒中返出固相颗粒质量流量的检测系统及检测方法

权利要求书

1.用于钻井筒返出固相颗粒质量流量的检测系统，其特征在于：包括测量管路、位于测量管路上的超声波测量组件和冲击检测组件、超声信号收集仪、冲击信号收集仪以及计算机处理单元，超声波测量组件通过超声信号收集仪与计算机处理单元相连，冲击检测组件通过冲击信号收集仪与计算机处理单元相连。

2.根据权利要求1所述的用于钻井筒返出固相颗粒质量流量的检测系统，其特征在于：所述超声波测量组件紧贴在测量管路的外壁上，所述冲击检测组件通过连接部件与测量管路相连。

3.根据权利要求1所述的用于钻井筒返出固相颗粒质量流量的检测系统，其特征在于：所述超声波测量组件位于冲击检测组件的前方，且超声波测量组件与冲击检测组件的中心轴间距为5～10倍管径。

4.根据权利要求1所述的用于钻井筒返出固相颗粒质量流量的检测系统，其特征在于：所述超声波测量组件包括超声波传感器，所述测量管路的管轴线上设置有组件槽，超声波传感器卡放在组件槽上的槽位内，所述超声波传感器对称分布在测量管路的两侧。

5.根据权利要求4所述的用于钻井筒返出固相颗粒质量流量的检测系统，其特征在于：所述组件槽上的槽位至少有一组，所述槽位均匀分布在组件槽上，每个槽位中固定一个超声波检测器，所述超声波传感器通过螺纹固定在组件槽的槽位内。

6.根据权利要求1所述的用于钻井筒返出固相颗粒质量流量的检测系统，其特征在于：所述冲击检测组件包括高压保护罩和固定在高压保护罩内的喷嘴、冲击感受鼓膜以及振动传感器，所述喷嘴的小孔径开口面向冲击感受鼓膜，冲击感受鼓膜背向喷嘴的一侧与振动传感器紧密粘结，所述喷嘴为流线型弧状。

7.根据权利要求1所述的用于钻井筒返出固相颗粒质量流量的检测系统，其特征在于：所述的计算机处理单元包括流量测量模块、冲击检测模块和数据耦合模块，所述流量测量模块与超声信号采集仪相连，所述冲击检测模块与冲击信号采集仪相连，所述数据耦合模块与流量测量模块、冲击检测模块分别连接。

8.用于钻井筒中返出固相颗粒质量流量的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将超声波测量组件紧贴安装在检测管路的外壁上，将冲击检测组件安装在超声波测量组件后方的检测管路上，将超声波测量组件通过超声信号收集仪与计算机处理单元相连，冲击检测组件通过冲击信号收集仪与计算机处理单元相连；

(2)初始化检测系统，通过功能选择模块设置采集通道、采集速率和采集频率阈值；

(3)通过参数设置模块设置管道内径、最大流速、校准系数、阻尼系数、增益倍数和测量单位；

(4)启动包括流量测量模块和冲击检测模块的数据采集模块，所述流量测量模块进行脉冲收发和预处理后，利用公式(6)得出钻井液体积流量Q_fv，所述冲击检测模块进行滤波处理和时频分析后，利用公式(9)得出岩屑质量浓度C_m，i；

各字符代表参数：钻井液流速u_f，测量管路的截面面积A，固相颗粒声发射能量W_i，固相颗粒流经喷嘴撞击鼓膜速度u_s，喷嘴流速系数B，固相颗粒撞击鼓膜声压p_i；鼓面截面积S，声压转化效率η；

Q_fv＝Au_f    (6)

Cm,i=Wi2ηS(Buf)3---(9)]]>

(5)启动数据筛查模块，对步骤(4)中所采数据进行筛查，并将筛查出的正确数据传输至数据耦合模块进行耦合计算，利用公式(10)得出岩屑质量流量Q_m；

Qm=Cm,jQv=WiAUf2ηS(Buf)3=WiA2ηSB′uf2---(10)]]>

(6)存储模块按照步骤(2)、(3)中设置方式对步骤(5)中的处理结果数据进行存储，以备后续分析、调用；

(7)显示模块可显示岩屑质量流量，包括瞬时质量流量和累积质量流量。