[发明专利]油气井井下微流量测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及油气井井下环空流量的测量系统及方法，具体是一种油气井井下微流量测量系统及方法。它是在油气钻探过程中能够随钻实时测量井下环空流量，以判断井下溢流或井漏情况，及时采取相应措施进行井控，适用于泥浆钻井、气体钻井和欠平衡钻井等各种钻井工艺。

背景技术

现有的油气开采对随钻监测环空压力技术存在一定的滞后性，对于气井，如果不能早期发现并监测溢流或井漏情况，极易酿成重大的安全事故。国内典型低渗气藏在这类具有窄安全密度窗口特征的地层钻进时，均面临着井漏和溢流等复杂情况。处理这类井下复杂情况，既耽误钻井施工进度，又极大地增加了钻井成本，严重阻碍着天然气勘探开发的进程，因此急需研发一种能够及早发现并监测溢流或井漏的井下随钻测量工具及方法。

为此，许多油气钻探企业也在大力研发相关井下微流量测量工具，各种公开出版物上也屡见相关报道，例如《油气井测试》，2006年第15卷第1期“集流型井下流量计的改进设想”、《采油工程》，2006年第3期“智能完井技术”，以及中国专利文献公开的“压差式电子流量计”（公开号: CN2527972，公开日: 2002.12.25）、“一种井下文丘利流量计”（公开号: CN2685832，公开日: 2005.03.16）等，这些技术以电缆方式进行信号传输，在抗振性、耐磨性方面也无特殊考虑，它们要么应用于采油过程中，要么应用于完井过程中，无实时性，安全可靠性低。这些出版物公开的相关报道，未见有与本发明相同内容。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种油气井井下微流量测量系统及方法，它通过随钻监测井下环空流量的微小变化就能判断井下溢流或井漏等复杂情况。

本发明采用的技术方案是：

一种油气井井下微流量测量系统，该系统由主体、节流元件、压力传感器、电路板、中心管、电池和引导头组成，所述主体内置有微处理器芯片，主体外圆壁上设置节流元件，中心管轴向设在主体中心，中心管一端设有中心管堵头，另一端设有电池，电池、电器接头和多芯接头依次连接，中心管另一端由哈弗连接头连接到引导头；节流元件两侧的主体上设有内孔，内孔充满油，并由储油囊密封，压力传感器设在该内孔中，通过内孔与环空流体接触；节流元件一侧的主体上开有凹槽，该凹槽内安装有电路板，压力传感器、微处理器芯片、电池的引线通过主体上设置的引线孔与电路板连接；主体外围设有用于密封保护电路板、引线孔、微处理器芯片及内孔中压力传感器的保护外壳。

所述电路板具有信号调理电路、数据存储电路和MWD通信电路。 

所述主体的两端为螺纹结构。

所述电路板具有抗振缓冲片。

所述节流元件表面设有耐磨颗粒。

结合上述测量系统进行油气井井下微流量测量的方法，该方法为节流压差测试法，按以下操作步骤测量计算：

（1）、将测量系统安装在靠近钻头处，开启测量系统主体上的电源开关，使系统开始工作；进行下钻；

（2）、钻进时，从测量系统的主体内孔流道中泵入循环流体，循环流体向下流动，并沿测量系统的节流元件与井壁所形成的通道上返，循环流体返至测量系统的节流元件时，产生压差，主体上的压力传感器测量所在点的压力值，并通过压力传感器实现被测压力信号由非电量到电信号的转换；

（3）、压力传感器输出的信号通过在电路板中的信号调理电路对信号进行信号放大滤波，放大后的信号送入系统的主体内置微处理器芯片进行A/D转换，将得到的数字量送到电路板中的数据存储电路中，并通过多芯接头与地面接收终端机之间的MWD进行数据通讯，将所测得数据传回地面进行分析处理，得到井下环空流量的变化情况；

（4）、将所测得的数据应用测得的压差值，通过计算处理，计算出每个瞬时的环空上返流体的流量，压差与环空流量之比满足关系式：

其中，

——节流元件两端压差；

——节流元件前端压力；

——节流元件后端压力；

——沿程水头损失；

——局部水头损失；

——环空流量；

——节流元件处环空流速，是的函数；

——钻铤处环空流速，是的函数；

（5）、根据压力的变化判断井下溢流或井漏情况，及时采取相应措施进行井控。

本发明的有益效果是：上述结构的测量系统，安装在靠近钻头处，随钻深入井下，在钻井过程中实时监测井下微流量的变化，实时地将井下微流量的变化快速反映到地面进行分析处理，得出压力变化情况，根据压力变化判断出井下溢流或井漏等复杂情况，及时采取相应措施进行井控。