[发明专利]一种基于相关传感阵列的环空流量电磁测量装置及测量方法

说明书

一种基于相关传感阵列的环空流量电磁测量装置及测量方法，其特征在于，包括仪器外壁（2）、仪器内壁（3）、安装在仪器内壁（3）的磁屏蔽罩（8）、以及位于由仪器外壁（2）和仪器内壁（3）形成的腔体内的A组励磁测量装置、B组励磁测量装置、信号检测模块（15）和信号处理模块（16）。本发明通过建立井下近钻头处一定距离间环空返回的流量的相关性，采用DSP实现互相关算法，能够适用于在外界强干扰、固液两相流、尤其是低流速的情况，能有效的改善信噪比和稳定性，从而快速准确的判断井下是否有溢流。

技术领域

本发明涉及井下流量电磁测量技术领域，尤其涉及一种基于相关传感阵列的环空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。井喷是由于对钻开的地层压力情况不清或预计不准、使用的钻井液密度不足以平衡地层压力，导致地层流体大量涌入井筒、再加上地面控制系统失灵无法有效控制等情况而产生的地层流体（石油、天然气、水等）大量涌入井筒，并从井口喷涌的现象。井喷的危害极大，越早发现井喷的趋势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，井下的高温高压及强噪声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，即使满足以上两个条件，如果是微小溢流的情况，系统将很难实现快速预警。但是如果能通过相关技术实现对环空返回流量进行准确快速的监测，将有利于溢流的早期快速准确检测和预警。

综上所述，将相关技术应用于井下环空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环空流量测量的技术还远远不够。主要体现在：

（1）由于钻井过程中井下环境十分特殊，是一个高温、高压、强震动和具有腐蚀性的环境的强背景噪声下，特别是低流速的微溢流情况下，很少有研究考虑钻井过程中井下特殊环境对电磁流量测量的影响；

（2）传统电磁流量测量系统在测量高含水、油水多相流时，由于其非导电物质（气相、油相）含量低，对测量结果影响较小，测量结果较为准确；但是在钻井过程中当电磁流量装置测量固液两相流时，其非导电物质含量高，对测量结果影响较大，测量结果误差较大；

（3）没有建立井下近钻头处相距一定距离间环空流量之间的流量相关性，实现阵列式测量。

为了解决上述问题，本发明提出一种基于相关传感阵列的环空流量电磁测量装置与测量方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点、解决上述问题，提供一种基于相关传感阵列的环空流量电磁测量装置及测量方法。