一种基于螺旋输送机实时测量钻井岩屑重量的方法

摘要

本发明公开了一种基于螺旋输送机实时测量钻井岩屑重量的方法，涉及石油钻井技术领域，其包括以下步骤：1：测量开始时，采集螺旋轴的转动圈数，在采集过程中，每当螺旋轴的转动圈数值等于螺旋轴的螺距数量值时计为一个转动周期，依此划分出多个转动周期；2：根据螺旋输送机在转动周期开始时刻的初始重量和结束时刻的实时重量，计算岩屑在转动周期内的实际输送重量；3：测量结束时，求和各个转动周期内岩屑的实际输送重量即得出测量期间岩屑的总重量。本发明以螺旋输送机为基础，能够从任一时刻开始实现钻井返出岩屑的实时在线精确计量，从而为井底岩屑状况的判别提供有效依据。

权利要求

1.一种基于螺旋输送机实时测量钻井岩屑重量的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：测量开始时，采集螺旋轴的转动圈数，在采集过程中，每当螺旋轴的转动圈数值等于螺旋轴的螺距数量值时计为一个转动周期，依此划分出多个转动周期；

步骤2：根据螺旋输送机在转动周期开始时刻的初始重量和结束时刻的实时重量，计算岩屑在转动周期内的实际输送重量；

步骤3：测量结束时，若测量结束时刻采集到的螺旋轴的转动圈数值等于螺旋轴的螺距数量值，则最后一个转动周期为完整的转动周期，求和各个转动周期内岩屑的实际输送重量即得出测量期间岩屑的总重量；若测量结束时刻采集到的螺旋轴的转动圈数值不等于螺旋轴的螺距数量值，则最后一个转动周期为不完整的转动周期，此时将前一转动周期结束时刻螺旋输送机的实时重量作为该不完整的转动周期的初始重量，结合测量结束时刻螺旋输送机的实时重量计算该不完整的转动周期内岩屑的实际输送重量，最后结合其余各个转动周期内岩屑的实际输送重量求和即得出测量期间岩屑的总重量。

2.根据权利要求1所述的一种基于螺旋输送机实时测量钻井岩屑重量的方法，其特征在于：所述步骤1中，每划分出一个转动周期后，将转动圈数值归零并重新累计，进行后一转动周期的划分。

3.根据权利要求1所述的一种基于螺旋输送机实时测量钻井岩屑重量的方法，其特征在于：所述步骤2中，初始重量和实时重量均通过重量传感器采集得出，且在采集初始重量和实时重量时，还通过纵向振动传感器同时对应采集纵向方向的振动加速度；之后先根据振动加速度分别对初始重量和实时重量进行校准，再根据校准后的初始重量和实时重量计算岩屑在转动周期内的实际输送重量。

4.根据权利要求3所述的一种基于螺旋输送机实时测量钻井岩屑重量的方法，其特征在于：所述的校准的方法为：

G=G0*g/（g+g1）

式中，G表示校准后的重量，G0表示校准前的重量，g表示重力加速度，g1表示纵向方向的振动加速度。

5.根据权利要求1‑4中任一项所述的一种基于螺旋输送机实时测量钻井岩屑重量的方法，其特征在于：所述步骤2中，相邻两转动周期之间，前一转动周期结束时刻螺旋输送机的实时重量为后一转动周期开始时刻螺旋输送机的初始重量。

说明书

一种基于螺旋输送机实时测量钻井岩屑重量的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及石油钻井技术领域，尤其涉及一种基于螺旋输送机实时测量钻井岩屑重量的方法。

背景技术

[0002] 随着页岩气勘探开发的持续推进，川渝地区大位移井、水平井，特别是三维丛式水平井大幅增加，其中页岩气部署的水平井中90%为三维水平井，而且水平段越来越长。水平
井钻井中，大斜度段和水平井段的下井壁位置极易形成岩屑床堆积，造成摩阻、扭矩大幅增
加，还可能导致卡钻、憋泵等复杂情况，严重影响钻具使用寿命和钻进安全，造成工程延迟
成本增加。同时井眼清洁不足还可能导致测井工具下入难，下套管固井难，固井质量差等问
题。而岩屑计量是评判钻井过程中井内岩屑返出情况的关键技术之一，通过岩屑计量可以
表征井内岩屑的剩余量，利于工程技术人员及时制定措施，减少井下事故。

[0003] 目前，根据最新的环保要求，当前钻井队都普遍配备了岩屑不落地装置，即依靠螺旋输送机进行岩屑输送，岩屑从螺旋输送机一端的进料口进入，在螺旋轴的带动下从另一
端的出料口输出。但这类螺旋输送机通常只具备输送功能，而不能在输送过程中对输送的
岩屑进行在线计量，因而亟需研究能够在输送过程中实现岩屑在线计量的新技术，以便于
实时判断井底岩屑情况，从而保障长水平段钻井的安全性和提高钻进效率。

[0004] 另外，公开号为CN210719361U的现有技术公开了一种新型的岩屑称重装置，其包括固定支架和圆弧形料斗，所述固定支架由竖直支架和两个L形支架一体形成，在固定支架
低端的L形支架上设置有料斗，所述料斗与固定支架连接处设置有称重传感器，在料斗底部
的固定支架两侧安装有接近开关，所述称重传感器连接有显示器，所述料斗底部安装有震
动电机，所述固定支架上设置有液压摇臂，用于连接固定支架和料斗。虽然该技术能够实时
检测岩屑数据，但需要定制设备，岩屑装到设定料位后，就要自动翻转倒出岩屑，此段时间
不能进入岩屑，否则无法计量，其存在计量不连续的技术问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述技术问题，提供了一种基于螺旋输送机实时测量钻井岩屑重量的方法，本发明以螺旋输送机为基础，能够从任一时刻开始实
现钻井返出岩屑的实时在线精确计量，从而为井底岩屑状况的判别提供有效依据。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

[0007] 一种基于螺旋输送机实时测量钻井岩屑重量的方法，其特征在于包括如下步骤：

[0008] 步骤1：测量开始时，采集螺旋轴的转动圈数，在采集过程中，每当螺旋轴的转动圈数值等于螺旋轴的螺距数量值时计为一个转动周期，依此划分出多个转动周期；

[0009] 步骤2：根据螺旋输送机在转动周期开始时刻的初始重量和结束时刻的实时重量，计算岩屑在转动周期内的实际输送重量；

[0010] 步骤3：测量结束时，若测量结束时刻采集到的螺旋轴的转动圈数值等于螺旋轴的螺距数量值，则最后一个转动周期为完整的转动周期，求和各个转动周期内岩屑的实际输
送重量即得出测量期间岩屑的总重量；若测量结束时刻采集到的螺旋轴的转动圈数值不等
于螺旋轴的螺距数量值，则最后一个转动周期为不完整的转动周期，此时将前一转动周期
结束时刻螺旋输送机的实时重量作为该不完整的转动周期的初始重量，结合测量结束时刻
螺旋输送机的实时重量计算该不完整的转动周期内岩屑的实际输送重量，最后结合其余各
个转动周期内岩屑的实际输送重量求和即得出测量期间岩屑的总重量。

[0011] 所述步骤1中，每划分出一个转动周期后，将转动圈数值归零并重新累计，进行后一转动周期的划分。

[0012] 所述步骤2中，初始重量和实时重量均通过重量传感器采集得出，且在采集初始重量和实时重量时，还通过纵向振动传感器同时对应采集纵向方向的振动加速度；之后先根
据振动加速度分别对初始重量和实时重量进行校准，再根据校准后的初始重量和实时重量
计算岩屑在转动周期内的实际输送重量。

[0013] 所述的校准方法为：

[0014] G=G0*g/（g+g1）

[0015] 式中，G表示校准后的重量，G0表示校准前的重量，g表示重力加速度，g1表示纵向方向的振动加速度。

[0016] 所述步骤2中，相邻两转动周期之间，前一转动周期结束时刻螺旋输送机的实时重量为后一转动周期开始时刻螺旋输送机的初始重量。

[0017] 采用本发明的优点在于：

[0018] 1、本发明以螺旋输送机为基础，能够从任一时刻开始实现钻井返出岩屑实时在线精确计量，同时能够记录保存每个时间点的岩屑重量值，可满足现场操作人员不同的监控
需求，为井底岩屑状况的判别提供了有效依据。

[0019] 2、本发明可通过简单增加几个传感器实现现场设备的改装，适应性强，能简单、经济的对现场进行改装。

[0020] 3、本发明因为采用了离散点的岩屑重量采样值来描述整个测量时间段的岩屑重量，无需对进料口和出料口进行控制干预，因而抗干扰能力强，能够高精度地得出测量时间
段内岩屑的重量值。

附图说明

[0021] 图1为本发明的结构示意图。

[0022] 图中标记为：1、螺旋输送机，2、螺旋轴，3、进料口，4、出料口，5、重量传感器，6、纵向振动传感器，7、螺旋探测器，8、转速器，9、支撑柱。

具体实施方式

[0023] 本发明公开了一种基于螺旋输送机实时测量钻井岩屑重量的方法，如图1所示，螺旋输送机1可通过支撑柱9固定在地面上，其包括螺旋轴2、进料口3和出料口4，进料口3和出
料口4分别设置在螺旋轴2两端的上部和下部，用于岩屑的进料和出料。该方法既适用于启
动螺旋输送机1开始输送岩屑时对岩屑的重量进行精确计量，也适用于在输送岩屑过程中
从任一时刻开始对岩屑的重量进行精确计量。其具体包括如下步骤：

[0024] 步骤1：测量开始时，从测量开始时刻起采集螺旋轴2的转动圈数，螺旋轴2每转动一圈，转动圈数值累计加1。在采集过程中，每当螺旋轴2的转动圈数值等于螺旋轴2的螺距
数量值时计为一个转动周期；且每划分出一个转动周期后，将转动圈数值归零并重新累计，
进行后一转动周期的划分，依此划分出多个转动周期，直至测量结束。

[0025] 本步骤中，螺旋轴2的螺距数量是指螺旋轴2上螺牙之间间距的数量，其具体数据可根据实际使用的螺旋轴2得出。以螺旋轴2的螺距数量值为依据进行转动周期的划分，能
够在后一转动周期开始时，使前一转动周期内的岩屑刚好全部从出料口4输出。

[0026] 步骤2：根据螺旋输送机1在转动周期开始时刻的初始重量和结束时刻的实时重量，计算岩屑在转动周期内的实际输送重量。每个转动周期内的实际输送重量在后一转动
周期开始时自动从螺旋输送机1的出料口4输出。

[0027] 本步骤中，初始重量和实时重量均通过设置在支撑柱9下方的重量传感器5采集得出，重量传感器5的数量优选为两个，初始重量和实时重量均为两个重量传感器5测量值之
和。另外，在采集初始重量和实时重量时，还优选通过设置在其中一根支撑柱9上的纵向振
动传感器6同时对应采集纵向方向的振动加速度，以便于对初始重量和实时重量进行校准，
消除输送过程中振动对计量的影响，从而提高测量的精确性。具体的，在转动周期开始时
刻，通过重量传感器5采用该时刻的初始重量，同时通过纵向振动传感器6采集该时刻的振
动加速度。在转动周期结束时刻，通过重量传感器5采用该时刻的实时重量，同时通过纵向
振动传感器6采集该时刻的振动加速度。采集之后，先根据对应的振动加速度分别对初始重
量和实时重量进行校准，再由校准后的实时重量减去初始重量即能够计算得出岩屑在转动
周期内的实际输送重量。

[0028] 进一步的，所述的校准方法为：

[0029] G=G0*g/（g+g1）

[0030] 式中，G表示校准后的重量，G0表示校准前的重量，g表示重力加速度，g1表示纵向方向的振动加速度，+表示加速度方向向上。

[0031] 本步骤中，由于转动周期是连续的，因此相邻两转动周期之间，前一转动周期结束时刻螺旋输送机1的实时重量即为后一转动周期开始时刻螺旋输送机1的初始重量。

[0032] 步骤3：测量结束时，若测量结束时刻采集到的螺旋轴2的转动圈数值等于螺旋轴2的螺距数量值，则最后一个转动周期为完整的转动周期，求和各个转动周期内岩屑的实际
输送重量即得出测量期间岩屑的总重量；若测量结束时刻采集到的螺旋轴2的转动圈数值
不等于螺旋轴2的螺距数量值，则最后一个转动周期为不完整的转动周期，此时将前一转动
周期结束时刻螺旋输送机1的实时重量作为该不完整的转动周期的初始重量，结合测量结
束时刻螺旋输送机1的实时重量计算该不完整的转动周期内岩屑的实际输送重量，最后结
合其余各个转动周期内岩屑的实际输送重量求和即得出测量期间岩屑的总重量。其中，本
步骤所涉及到的初始重量和实时重量均为校准后的重量。

[0033] 本步骤中，若测量结束时刻采集到的螺旋轴2的转动圈数值不等于螺旋轴2的螺距数量值，则最后一个转动周期为不完整的转动周期。那么岩屑在该不完整的转动周期内实
际输送重量的计算方法为：

[0034] 设定螺旋轴的螺距数量值为n，测量结束时刻采集到的转动圈数值为m，测量结束时刻校准后的实时重量为G2，前一转动周期结束时刻校准后的实时重量为G1,该实时重量
G1作为该不完整的转动周期开始时刻的初始重量, 则该不完整的转动周期内的实际输送
重量为：

[0035] M=m/n*（G2‑G1）

[0036] 式中M表示该不完整的转动周期内的实际输送重量。

[0037] 本发明可通过设置在螺旋轴2上方的螺旋探测器7以激光等非接触信号采集转动圈数，或通过设置在螺旋输送机1动力轴上的转速器8采集转动圈数。另外，重量传感器5、纵
向振动传感器6、螺旋探测器7/转速器8均与井场控制中心的处理器相连，整个测量过程中
涉及到的信息收集、计算等均可通过井场控制中心的处理器进行处理。

[0038] 最后申请人采用本发明所述方法从任意时刻开始进行1小时的测试，同时在出料口4处设置储料罐进行收集验证，最后将两者对比可知，本发明的计量精准度能达到1%，精
准度高，能够有效地为井底岩屑状况的判别提供依据。

[0039] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法
或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。