[发明专利]一种基于多相流密度实时监测恒节流压力调节的装置与方法有效

专利信息
申请号: 202111055645.1 申请日: 2021-09-09
公开(公告)号: CN113803006B 公开(公告)日: 2023-05-09
发明(设计)人: 李昊;施程振;孙宝江;刘书杰;李中;范白涛;殷志明;王志远;高永海;任美鹏;张兴全 申请(专利权)人: 中国石油大学(华东)
主分类号: E21B21/08 分类号: E21B21/08;E21B47/00
代理公司: 济南金迪知识产权代理有限公司 37219 代理人: 杨树云
地址: 266580 山*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 多相 密度 实时 监测 节流 压力 调节 装置 方法
【说明书】:

发明涉及一种基于多相流密度实时监测恒节流压力调节的装置与方法,包括:前部射线发生器、后部射线发生器、前部放射性探测器、后部放射性探测器、前部射线发生器保护罩、后部射线发生器保护罩、前部放射性探测器保护罩、后部放射性探测器保护罩、系统电源和信号采集处理数字电路;利用安装在传感器测量短节上的节流管线流体密度测量模块进行监测,并通过计算得到的节流管线内多相流流体类流型、流量、流速等参数,为节流阀开度的调节提供实时数据支持,可以保持节流压力的恒定。

技术领域

本发明涉及钻井井控期间的节流控制技术领域,尤其涉及一种可以调节并稳定多相流在节流阀中流动时引起的节流压力波动的装置和方法。

背景技术

石油资源的勘探开发一直都备受世界各国的关注,我国的石油工业经过近几十年来的不断发展,石油开采技术逐渐接近发达国家的技术水平。而现阶段石油资源开发过程中最大的问题是如何在不断提高石油开采技术的同时保证在开采过程中的安全生产问题。在石油天然气钻井中,节流管汇的节流压力控制是保证钻井安全、保护自然环境及地下资源的重要技术课题。在油气开发过程中,如果是节流压力控制不当就会引起井底压力失衡,就可能发生重大的安全事故,如溢流、井涌、井喷等。这些问题会导致现场井控设备的损坏、油气井的废弃、并引发一系列的环境污染等问题。

节流管汇是控制井口回压和井内流体,实施油气井压力控制的可靠且必要的设备。在油气钻井过程中,当井筒中的钻井液被地层流体污染时﹐就会破坏钻井液静液柱压力和地层压力之间的平衡关系﹐从而导致溢流。发生事故后,在循环出被污染的钻井液和泵入高密度钻井液重新建立井内压力平衡关系的过程中,可以利用节流阀控制井口回压维持一定的井底压力,避免地层流体更进一步侵入,减少事故带来的损失。节流管汇除了约束流体流动的管道外,还包括各种控制流体流动的阀门,主要有平板阀和节流阀。平板阀只有“通流”或“断流”两个状态,在节流管汇中起到了选择不同流通路径的作用。节流阀是节流管汇的核心控制部件。在压井过程中,在泥浆的排量保持不变的情况下﹐必须保证井底压力始终大于地层压力。井底压力等于井筒内液柱压力和井口压力之和,当井底压力小于要求的压力时就需要依靠手动或液动节流阀调节节流管汇的流道面积大小,以实现对节流压力的控制,进而保证井底压力在一定的范围内变化﹐保持压力平衡。

根据在不同含气率下节流性能实验及模拟研究发现,在多相流体系中节流压力随着开度的减少呈螺旋上升趋势,多相流中的含气率随着开度的减少而减少。随着节流压力的增加,造成气体收缩,体积含量逐渐降低。在多相节流条件下,由于含气率的不同,会引起不同程度的节流压力波动,会破坏压力平衡,导致井下溢流情况的发生,严重时有可能会发生重大的安全事故。在多相节流条件下,对节流压力波动进行数值模拟分析得出,含气率较低时,多相流流型为泡状流,气体以小气泡的形式在管中运移,小气泡在流经节流区域时,由于快速流出,引起的节流压力波动有限;含气率增大时,节流管线内的多相流流型为泡状流向段塞流转变阶段,管内大气泡增多,而当这些大气泡流经节流区域时,引起的节流压力会有较大的波动;含气率继续增大时,节流管线内的多相流流型变为搅拌流,气体夹带着液体流经节流区域,引起节流压力发生有规律的大幅度波动;含气率继续增大,节流管线内的多相流流型发展为环雾流,当顶替前置液相时,节流压力发生断崖式下跌,随后又随着气液体积变化而持续波动,当大部分液相被顶替完成时,节流管线内形成雾状流节流状态,节流压力降低到较低水平,并在较小范围内持续波动。总结分析可知,在节流管线内的多相流动中,流型为泡状流的情况下,节流压力波动幅度有限,节流压力损失小;流型为搅拌流及段塞流的情况下,节流压力波动幅度较大,节流压力损失较大;流型为环状流的情况下,节流压力波动幅度较小,但是节流压力损失较大。

为避免因节流管线内的多相流流型而导致的节流压力波动,造成的节流压力损失,甚至引起安全事故。有必要提出一种基于多相流动情况下的恒节流压力调节装置及方法,可以实时监测节流管线中多相流的流动情况,并通过计算得到的节流管线内的流体(油、气、水)的类型、流量、流速等参数,为恒节流压力调节提供数据支持。

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