基于科里奥利质量流量计的早期井涌探测系统

姜清兆 （中海石油 （中国）有限公司深圳分公司海外及深水作业办公室，广东 深圳 518067）

王英胜，毛敏 （中法渤海地质服务有限公司，天津 300452）

王跃曾 （中海石油 （中国）有限公司深圳分公司海外及深水作业办公室，广东 深圳 518067）

李中 （中海石油 （中国）有限公司湛江分公司，广东 湛江 524000）

基于科里奥利质量流量计的早期井涌探测系统

姜清兆 （中海石油 （中国）有限公司深圳分公司海外及深水作业办公室，广东 深圳 518067）

王英胜，毛敏 （中法渤海地质服务有限公司，天津 300452）

王跃曾 （中海石油 （中国）有限公司深圳分公司海外及深水作业办公室，广东 深圳 518067）

李中 （中海石油 （中国）有限公司湛江分公司，广东 湛江 524000）

利用科里奥利质量流量计的工作特点，与录井工艺相结合，构成了早期井涌探测 （EKD）系统，能进行海洋钻井尤其是深水钻井的溢流监测和井控预防。介绍了EKD系统的安装与调试，溢流报警设置。应用实例表明，EKD系统发现井涌、井漏的时间为25s，而通过泥浆池变化发现井涌则需要至少135s，证明科里奥利质量流量计在EKD系统中的应用是成功的。

质量流量计；录井工艺；溢流监测；井控预防；警报

由于科里奥利质量流量计实现了真正意义上的高精度直接质量流量测量，并具有抗磨损、抗腐蚀、可测量多种介质及多个参数等诸多优点，现已在海洋石油钻井尤其是深水钻井中得到应用［1］。使用科里奥利质量流量计能测到钻井液出口瞬时流量，通过对比出口和入口流量的变化，监测溢流，并及时报警。利用科里奥利质量流量计的这一优点与录井工艺相结合的技术被称为早期井涌探测 （EKD）系统，它对于海洋钻井尤其是深水钻井的溢流监测和井控预防有着非常重要的意义。

1 EKD系统的安装与调试

以CMFHC3型 （12in）科里奥利质量流量计为例。其具体规格为：最大监测流量54.4t／min；最小监测流量0.05t／min；流量测量精度±0.35%；泥浆温度－50～200℃。

科里奥利质量流量计现场安装如图1所示。安装时注意事项：①流体进、出方向不能颠倒；②流体要竖直方向从下往上流经质量流量计。EKD系统结构与流动关系如图2所示。

EKD系统调校检查和井涌测试操作如下：

1）停止泥浆泵。

2）打开系统12in管路中阀V1、V2、V3，关闭4in清洗管路。

3）关闭返处管线气动闸阀V4。

4）开泵，增加排量至1000L／min，同时等待振动筛房内返出分流槽泥浆的稳定状况。

5）录井确认泥浆排量，依次增加排量至2000、3000、4000、5000、7000L／min，分别观察振动筛房内返出分流槽泥浆的稳定状况。

6）录井确认泥浆排量，缓慢增加排量至井口泥浆液面在钻台转盘面1.5m，这也就是EKD系统允许的最大排量。

7）录井确认最大排量后，依次降低排量至6500、5500、4500、3500、2500、1500L／min，分别等待振动筛房返出泥浆稳定排出。

8）录井确认排量，停泥浆泵。

图1 科里奥利质量流量计现场安装图 图2 井涌探测系统结构与流动关系图

9）开泵，设置排量到钻井排量；排量稳定后停泵，等待返出量归零。

10）开泵，设置排量到钻井排量；待排量稳定后，模拟井涌泵入些许泥浆到返处管线。

11）打开返处管线气动闸阀V4。

12）关闭EKD系统12in管路中阀V1、V2、V3。

2 EKD系统的溢流报警设置

EKD系统的溢流报警设置见表1。

表1 EKD系统的溢流报警设置

表1中，DFO（differential flow out）为出口流量差值，即DFO＝FFO－CFO；FO（flow out）为科里奥利质量流量计的测量值；CFO（computed flow out）为理论出口流量；FFO（filtered flow out）为补偿后出口流量；Vol为累计溢流量；Time为累计溢流时间。红色：提醒司钻进入关井程序；橙色：需立即进行洋流检测；绿色：正常返出量。

3 应用实例

实例1（CASE 1、2） 从图3可以看出，17：00时，系统属于正常状态，没有警报被触发，即属于CASE 1。17：00：10，DFO警报被激发，属于CASE 2，即：DFO＞30L／min；Vol＜0.2m3；Time＜180s。此时警报为橙色。在17：02时警报恢复为绿色，即警报消除。

实例2（CASE 1、2、3、5） 从图4可以看出，16：39时，系统恢复正常状态，没有警报被触发，即属于CASE 1；16：39：24，DFO警报被激发，属于CASE 2，即：DFO＞30L／min；Vol＜0.2m3；Time＜180s。在16：42：12，Vol警报被激发，属于CASE 3，即：DFO＞30L／min；Vol＞0.2m3；Time＜180s。在16：42：24，Time警报被激发，属于CASE 5，即：DFO＞30L／min；Vol＞0.2m3；Time＞180s。在16：43：42，警报恢复为绿色，警报消除。

实例3（CASE 1、2、4、5） 从图5可以看出，18：14时，系统恢复正常状态，没有警报被触发，属于CASE 1；18：14：24，DFO警报被激发，属于CASE 2，即：DFO＜－30L／min；Vol＜0.2m3；Time＜180s。在18：17：24，Time警报被激发，属于CASE 4，即：DFO＜－30L／min；Vol＞－0.2m3；Time＞180s。在18：17：44，Vol警报被激发，属于CASE 5，即：DFO＜－30L／min；Vol＜－0.2m3；Time＞180s。在18：18：30，警报恢复为绿色，警报消除。

图3 实例1（CASE 1、2） 图4 实例2（CASE 1、2、3、5）

4 结果与认识

通过实践证明，EKD系统发现井涌、井漏的时间为25s，而通过泥浆池变化发现井涌则需要至少135s，证明科里奥利质量流量计在EKD系统中的应用是成功的，为早期井涌探测系统的应用奠定了基础。

基于科里奥利质量流量计的早期井涌探测系统的优点是：高精度流量测量，精度 （或称不确定度）优于±0.2%，重复性优于±0.1%；同时测量多种参数，不仅可以测量出流体的瞬时质量流量和累积的总质量，还可以同时指示出流体的密度、温度，并由此计算出测量溶液中溶质所含的浓度；应用范围广泛，包括高粘度的各种液体、含有固形物的浆液、含有微量气体的液体、有足够密度的中高压气体；结构简单、可靠性高、维护简便，检测器没有可动部件和密封件。

其局限性为：零点漂移较大，零点不稳定性是它的最主要缺陷，这与它本身的高精度很不相称；对外界振动干扰较敏感，为防止管内振动的影响，流量传感器安装要求较高；流体中气泡含量超过某一界限会显著影响测量值；体积大，重量重，安装不方便。

图5 实例3（CASE 1、2、4、5）

［1］卓鲁斌，葛云华，汪海阁 .深水钻井早期井涌检测方法及其未来趋势 ［J］.石油钻采工艺，2009，31（1）：22～26.

［编辑］ 苏开科

Early Kick Detection（EKD）System Based on Coriolis Mass Flowmeter

JIANG Qing-zhao，WANG Ying-sheng，MAO Min，WANG Yue-zeng，LI Zhong （First Author' s Address：Shenzhen Branch，CNOOC（China）Co Ltd，Shenzhen518067，Guangdong，China）

Combined with the work features of Coriolis mass flowmeter and the mud logging technology，an early kick detection（EKD）system was established，it could be used for overflow monitoring，kick off detection and well control and prevention in offshore drillings，especially in deep water drillings.the installation and set up of EKD system and overflow alarm were introduced.Application examples show that for EKD system，kick off and well leakage are detected in 25s，while as it is detected through a mud pit changes，it requires at least 135s，it is proven that the application of Coriolis mass flowmeter in EKD system is successful.

mass flowmeter；geologic logging technology；overflow monitoring；well control and prevention；alarm

TE927.503

A

1000-9752（2013）04-0158-03

2013-02-20

姜清兆 （1975-），男，2007年中国石油大学 （华东）毕业，工程师，现主要从事海洋钻完井技术和管理工作。