[发明专利]一种井下双向流量电磁测量装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种井下双向流量电磁测量装置，包括井壁、仪器外壁、励磁线圈、励磁电路、系统电源、环空电极、井筒电极、测试电路及仪器内壁，四对“空竹型”励磁线圈位于仪器外壁与仪器内壁之间，励磁线圈在线圈通电时，在环空域激发磁场的同时也在井筒内激发磁场。四对电极均位于仪器的径向方向上，两对电极径向穿过仪器内壁朝内放置，接触井筒流体并感受井筒内流量信息；两对环空电极径向穿过仪器外壁朝外放置，接触环空流体并感受环空流量信息。本发明可应用于井下溢流的极早期与快速监测，利于地面工程人员掌握井下工况。

技术领域

本发明涉及井下流量电磁测量技术领域，尤其涉及一种井下双向流量电磁测量装置及测量方法。

背景技术

在石油钻井过程中，井喷事故会造成极大的环境危害和经济损失，但目前对于井喷的预测和监控还存在诸多技术限制。井喷是钻井过程中地层流体（石油、天然气和水）的压力大于井内压力而大量涌入井筒，并从井口喷涌的现象。井喷危害极大，越早发现井喷的倾向将会极大的降低损失甚至避免。溢流是井喷的前兆，是钻井过程中井底压力不能平衡地层压力时，地层流体侵入井内的现象。溢流的最直观体现就是出口管钻井液流量急剧增加，远大于注入井筒的流量。因此，流量的实时监测对于溢流发生的预测起着重要作用。如不及时发现溢流，将造成钻井液污染及钻具腐蚀，严重时将造成重大事故。因此对溢流的早期监测是防止井喷的重要手段。

对溢流的早期监测实际上就是监测流量的变化，现在常用的测量方法有测量地面泥浆池的钻井液液面高度，由此来判断溢流量，虽然这也能比较直观的观测到溢流的发生，但是存在着严重的滞后。当前热门的井下溢流检测技术，虽然相对传统地面监测方式在时效性提高，但都是基于间接参数的测量，在监测准确性上相对具有一定的局限性。然而，目前已有的钻井中的井下流量通常测量针对的都是井下环空流量的测量，通过比较井下测得的环空流量与地面的泥浆泵注入流量对比来判断溢流。这一判断基于2个前提，第一，注入的钻井液流量需要时刻保持相对稳定；第二，井下的高温高压及工况对经过测量系统的钻井液流量没有影响。然而，实际中是很难满足这两个前提，但是如果能同时在井下测量注入的钻井液流量和环空返出的钻井液流量，直接通过井下的双向流量数据直接对比分析，将有利于溢流的早期快速准确检测和预警。

综上所述，将电磁流量计应用于井下双向流量的电磁测量对于实现安全钻井具有重要意义。虽然井下流量测量已经引起学者广泛关注，但针对于石油钻采这种特殊工况下的井下双向流量测量的技术还远远不够。主要体现在：

（1）现有的井下流量测量只针对井下近钻头处的单向流道的流量测量，没有对井下近钻头处井筒注入的流道和环空返回的流量进行监测。

（2）没有建立井下近钻头处井筒注入的流道和环空返回的流量之间的流量相关性。

（3）由于只对单个流道的监测，溢流的监测缺少对比性，存在一定的滞后性，且对溢流类型的判断准确性不高

为了解决上述问题，本发明提出一种井下双向流量电磁测量装置及测量方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种井下双向流量电磁测量装置及测量方法。

具体的，一种井下双向流量电磁测量装置，包括井壁、仪器外壁、励磁线圈、励磁电路、系统电源、环空电极、井筒电极、测试电路、仪器内壁，励磁线圈位于仪器外壁与仪器内壁之间，并且附着在仪器内壁外侧，励磁线圈在线圈通电时，在环空域激发磁场，同时在井筒内激发磁场。电极均采用半球形电极，且均位于仪器的径向方向上，针对井筒流道，两两对电极径向穿过仪器内壁朝内放置，接触井筒流体并感受井筒内流量信息；针对环空流道，两对环空电极径向穿过仪器外壁朝外放置，接触环空流体并感受环空域流量信息，且电极均与仪器壁形成密封。无溢流时，井筒流量信息与环空流量信息相关性好，有溢流时，相关性变弱，由此来判断溢流。