鉆井液出口流量是判斷鉆井現(xiàn)場井涌溢流的關(guān)鍵參數(shù)，為了實(shí)現(xiàn)安全、快速、經(jīng)濟(jì)的鉆井，對(duì)鉆井液定量、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確監(jiān)測顯得尤其重要。目前國內(nèi)一般是由綜合錄井儀池體積參數(shù)監(jiān)測與人工定時(shí)觀測、記錄、并加以對(duì)比，以判斷是否出現(xiàn)溢流或者井漏等事故。這種判斷方法自動(dòng)化程度和精度較低，不能實(shí)現(xiàn)定量檢測，而且溢流發(fā)現(xiàn)時(shí)間晚。近些年在鉆井液定量監(jiān)測技術(shù)上有了新的突破，引進(jìn)質(zhì)量流量計(jì)和電磁流量計(jì)兩種設(shè)備用于石油鉆探過程中的鉆井液的定量監(jiān)測。質(zhì)量流量計(jì)雖然具有測量精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但是存在價(jià)格昂貴，現(xiàn)場安裝復(fù)雜等缺點(diǎn)，因此目前多采用電磁流量計(jì)定量監(jiān)測鉆井現(xiàn)場鉆井液流量。電磁流量計(jì)受測量原理限制，為保證測量精度，流體流經(jīng)流量計(jì)的前后管道內(nèi)均需要滿足滿管狀態(tài)，對(duì)電磁流量計(jì)的安裝使用產(chǎn)生了限制；另外當(dāng)鉆井液流量較大時(shí)，固定管徑下的電磁流量計(jì)會(huì)對(duì)流體通過產(chǎn)生抑制作用，從而造成鉆井液的回流，對(duì)鉆井的安全作業(yè)產(chǎn)生影響。

該文通過對(duì)鉆井液返出管線流速場進(jìn)行水力學(xué)模擬，分析返出管線的流體流動(dòng)規(guī)律，優(yōu)化了出口流量監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；同時(shí)設(shè)計(jì)了鉆井液定量監(jiān)測過流分流裝置，克服了大流量狀態(tài)下的鉆井液回流問題；從而滿足電磁流量計(jì)的滿管測量條件，提高了流量計(jì)適用性和測量準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了鉆井液出口流量的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測，為溢流的準(zhǔn)確預(yù)警和鉆井的安全施工提供了支持，減輕了井噴和壓井作業(yè)對(duì)地下油氣層的傷害，從而提高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，降低對(duì)環(huán)境的影響。

1 國內(nèi)外溢流監(jiān)測現(xiàn)狀

國內(nèi)外監(jiān)測溢流的方法很多，主要研究方向集中于微流量監(jiān)測和壓力監(jiān)測方面。微流量監(jiān)測方面陸續(xù)開發(fā)出包括井口導(dǎo)管液面監(jiān)測技術(shù)、鉆井液流量計(jì)監(jiān)測技術(shù)、改進(jìn)流量監(jiān)測技術(shù)、壓力監(jiān)測方面則有隨鉆環(huán)空壓力測量監(jiān)測技術(shù)、立壓套壓監(jiān)測技術(shù)以及聲波監(jiān)測技術(shù)。郭元恒等人從改進(jìn)設(shè)備和分析類型方面綜合給出了不同的溢流監(jiān)測方法的對(duì)比分析[1]。目前國內(nèi)對(duì)于溢流、井涌等復(fù)雜情況的監(jiān)測，一般是由鉆井參數(shù)儀、綜合錄井儀池體積參數(shù)監(jiān)測與人工定時(shí)觀測、記錄、并加以對(duì)比，判斷是否出現(xiàn)溢流或者井漏等事故。這種判斷方法自動(dòng)化程度和精度較低，溢流發(fā)現(xiàn)時(shí)間晚；另外對(duì)于早期溢流監(jiān)測領(lǐng)域研究工作還集中于對(duì)鉆井液存儲(chǔ)區(qū)域的體積變化進(jìn)行化測量，從而根據(jù)進(jìn)出鉆井液的差值判斷溢流狀態(tài)。由于存儲(chǔ)區(qū)域的基礎(chǔ)體積較大，微小流量的變化范圍不容易測得，另外改造添加輔助設(shè)施，增加了施工復(fù)雜程度，而且液面波動(dòng)范圍受環(huán)境影響因素較大，從而從根本上決定了測量精度較低和發(fā)現(xiàn)預(yù)警時(shí)間的延遲。通常在鉆井過程中，出現(xiàn)液面變化到發(fā)生井噴的時(shí)間較短，大多數(shù)井從發(fā)現(xiàn)溢流到井噴時(shí)間只有5～10min，有的時(shí)間更短，甚至溢流和井噴同時(shí)發(fā)生，幾乎沒有應(yīng)急處理的時(shí)間。溢流監(jiān)測的原理并不復(fù)雜，但是由于溢流現(xiàn)象的模糊性和不確定性，測量條件和設(shè)備的限制以及監(jiān)測方案的缺陷，使得溢流監(jiān)測達(dá)不到預(yù)期的效果。

通過對(duì)國內(nèi)外的溢流監(jiān)測現(xiàn)狀分析，可以看出井下壓力和地層因素是流量變化的誘因，其它工程參數(shù)的變化則是流體狀態(tài)發(fā)生變化的間接影響結(jié)果，而流體流量的變化則是反映溢流狀態(tài)的zui直接表現(xiàn)，選擇出口流量監(jiān)測技術(shù)為突破口即能夠判斷早期溢流狀態(tài)，又是立足于我國錄井技術(shù)現(xiàn)狀的合理選擇。

2 出口流量監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 出口流量定量監(jiān)測方法

該方法基于流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算，分析出口管線的流體流動(dòng)規(guī)律，考慮流體自然流速和出口壓力狀態(tài)，采用V型出口管線方案，流量計(jì)測試系統(tǒng)滿足滿管狀態(tài)，返出管線的入口端傾角范圍為30°～45°。Ansys流體計(jì)算后可知，在30°至45°的角度范圍內(nèi)，隨著返出管線的入口端傾角的增大，支線管道彎管造成的能量損失增大，則后端測試位置處的伯努利方程C常量值逐漸減小，從而表現(xiàn)為測試位置流速值逐漸減小，所以在保證鉆井液的通過率前提下，應(yīng)盡量減小入口端傾角；減小入口端傾角保證一定流速的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)還在于保持了鉆井液的巖屑攜帶能力，這一點(diǎn)也在其它的研究工作中得到證實(shí)。