海洋深水钻井隔水管气液两相流的多普勒超声波传播特征

海洋深水钻井经常会钻遇异常压力地层,容易发生气侵溢流,如不能及时发现并加以控制,就有可能导致井喷失控,进而造成不可估量的经济损失和难以挽回的人员伤亡,并且还有可能对海洋生态环境造成巨大的破坏。如何在深水钻井期间对溢流进行早期监测,是目前国际上研究的热点、重点和难点。为了给海洋深水钻井隔水管溢流早期监测提供理论指导,基于多普勒超声波传播原理,设计了气侵早期监测实验装置,优化了多普勒探头安装方式及角度,开展了含气率介于0~46%、液相流速介于0~0.7 m/s的气液两相流中的多普勒超声波传播实验,揭示了多普勒超声波随含气率的变化规律。研究结果表明:①当含气率发生变化时,信号电压会在初始曲线的基础上以不同的幅度和不同的频率上下跳动,信号电压幅值随着含气率增大而先增大后减小;②当多重反射对信号电压均值的增幅大于超声波的衰减程度时,信号电压均值增大,反之信号电压减小;③停泵及开泵不同流速、不同含气率条件下的信号电压均值散点与含气率拟合出的曲线呈现二次函数的变化规律。结论认为,可以根据测量得到的信号电压均值来定量预测含气率的大小,进而指导海洋深水钻井隔水管溢流早期监测及压井作业。