一種石油鉆井超聲波液位監控裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開了一種石油鉆井超聲波液位監控裝置，涉及石油鉆井的液位檢測設備技術領域；它包括地面控制裝置和超聲波液位檢測儀，地面控制裝置包括供電電源、數據采集器、控制器、顯示器以及觸發器，所述數據采集器、觸發器以及顯示器均與控制器電性連接；超聲波液位檢測儀包括多組超聲波發射傳感器和超聲波接收傳感器，所述超聲波發射傳感器和超聲波接收傳感器均連接至數據采集器上，所述觸發器電性連接至數據采集器上，且該觸發器還連接至上述的超聲波發射傳感器和超聲波接收傳感器上；本實用新型專利技術的有益效果是：本實用新型專利技術通過接收到的不同信號，從時間參數的不同和電壓脈沖信號狀態進行區分辨識，來判定井下該深度下到底是氣體還是泥漿介質，從而可以指導地面上的操作人員進行相應的操作。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及石油、天然氣鉆井的液位監控設備，更具體的說，本技術涉及一種石油鉆井超聲波液位監控裝置。
技術介紹
在石油、天然氣勘探、開采鉆井時，為了冷卻鉆頭、實施噴射鉆井，以及將井底鉆頭切削下來的巖削從井底帶到地面都要使用鉆井泥漿，另外，還可以通過調整鉆井泥漿的密度，使井眼環空的泥漿液柱與井下的壓力相平衡，這種平衡可以防止可能發生的井噴事故。在起鉆過程中，當提起鉆具時，井筒液位將下降，其下降高度與起鉆鉆桿的數量(長度)成正比，而應補充的鉆井用泥漿的體積亦與起鉆鉆桿的體積相當，并通過泥漿灌注裝置注入井筒內。常規的鉆井泥漿灌注裝置包括主控制機、帶攪拌器的泥漿罐及其液位監測器，包括泥漿泵、電動機、電控箱及流量傳感器在內的灌注機構，溢流返回機構。其灌注方法是起鉆時通過人工計算起出的鉆桿數，然后輸入主機處理后向灌注機構發出灌注指令及需注入的泥漿體積，經泥漿泵及設于其泵口的流量傳感器執行、計量，同時將信息返饋主機以控制其灌注量。正常情況下，泥漿池流出的泥漿和流入的泥漿保持平衡。如果出現不平衡，將意味著要發生井噴或漏井。當井筒內泥漿液位下降時要及時準確的灌注泥漿，因此實時監控井下鉆井液位的深度變化十分必要。大多數情況下，石油井下的液位監控是憑人工經驗進行液位判定識別，并不能做到實時監測液位，既不科學，也不確切。對泥漿池液面進行測量，現有技術一般是現場采用一種浮子式液面檢測器和帶刻度的標尺，需要鉆井工人進行人工觀測、記錄和對比，再判斷是否出現溢流或井漏。因此，在正常情況下，從泥漿罐中泵到井下的泥漿與從井下返回的泥漿量應基本相等，但是在遇到井漏時，從井下返回的泥漿就會很少或者完全失返，這時泥漿罐中的泥漿液面就會快速下降；或者在遇到井下突然發生的高壓而產生井涌時，井下向上的壓力就會推動井下環空中的泥漿向上涌，并進入泥漿罐，這時泥漿罐中泥漿液面就會快速的上升；當這兩種情況發生時，如果不能及時發現并采取灌注泥漿堵漏或者加重泥漿實施壓井，就會造成嚴重的事故。為了及時了解泥漿罐中液面的高低，目前基本方法是在鉆達預定層位時安排人員隨時檢測泥漿罐中的液面，還在泥漿罐上配備有液位顯示器，顯示器的另一端由軟繩連接一個浮子，當液面處于設定的高度時，剛好將浮子浮起，顯示器上的讀數也在設定的位置，當液位下降或者超過設定的高度時，顯示器就會被浮子拉著向下或者向上顯示出危險的液位；還有的采用聲波或者光對液面進行液面高低進行測試，測出超過液位的上、下限位時就會報警。目前這些裝置的問題是:前者由軟繩連接，因此測量的液位不準確，有時還會發生誤報；后者雖然采用了現代技術，但是所有的裝置都是電子產品，在鉆井現場的惡劣環境中使用很容易被損壞，特別是對泥漿罐進行清洗時，不可避免的會對這些電子產品帶來損壞，而且維護費用也很貴，維修也必須要專業技術人員才能完成。另外泥漿罐體積大，發生井涌或井漏后，泥漿罐液位變化緩慢，不能靈敏地監控井涌和井漏事故。因此，需要一種快速、靈敏監控泥漿的系統。對于井筒內的泥漿液位，國內目前沒有成熟可靠的技術進行準確實時的監控，更無法直接利用超聲波原理進行井下液位檢測，尤其不能做到非接觸式的應用。國外利用超聲波對液態介質的研宄也有。但是由于鉆井液(泥漿)，尤其是油基泥漿對超聲波的散射和吸收特性，即便是短距離傳遞超聲波信號都非常困難。
技術實現思路
本技術的目的在于有效克服上述技術的不足，提供一種石油鉆井超聲波液位監控裝置，該裝置利用超聲波在不同介質下具有不同的傳播速度的特性以及氣體、液體、固體介質不同的穿透特性，對井筒內液位進行實時監測。本技術的技術方案是這樣實現的:它包括地面控制裝置和超聲波液位檢測儀，其原理及實施方案在于:所述地面控制裝置包括供電電源、數據采集器、控制器、顯示器以及觸發器，所述數據采集器、觸發器以及顯示器均與控制器電性連接；所述超聲波液位檢測儀包括多組超聲波發射傳感器和超聲波接收傳感器，所述超聲波發射傳感器和超聲波接收傳感器均連接至數據采集器上，所述觸發器電性連接至數據采集器上，且該觸發器還連接至上述的超聲波發射傳感器和超聲波接收傳感器上。超聲波液位檢測儀是跟隨內套管下井的，其下鉆深度即為所需監控、檢測點液位(或氣體)深度，因此是對鉆井液位的實時監測。所述供電電源與所述的數據采集器、觸發器、超聲波發射傳感器、超聲波接收傳感器均電性連接，用于提供所需的電能。優選地，所述超聲波液位檢測儀的上端連接于內套管上，下端連接于接箍上，且接箍的下端則與另一節內套管相連接。優選地，所述超聲波液位檢測儀還包括支撐座套和超聲波發射接收集成電路板，所述超聲波發射傳感器和超聲波接收傳感器相對的設置于支撐套座的兩側，支撐套座具有與內套管相連通的異形槽，所述超聲波發射傳感器和超聲波接收傳感器均電性連接在超聲波發射接收集成電路板上。上述的結構中，所述超聲波液位檢測儀上連接有鋼管電纜，鋼管電纜的另一端連接至供電電源和數據采集器上。上述的結構中，所述的內套管的外表面上安裝有電纜卡箍和電纜保護器，所述電纜卡箍用于緊固上述的鋼管電纜，電纜保護器對電纜起來保護作用。上述的結構中，所述超聲波液位檢測儀還包括有備用超聲波發射傳感器和備用超聲波接收傳感器。本技術的有益效果在于:本技術的石油鉆井超聲波液位監控裝置是利用超聲波在不同介質下具有不同的傳播速度的特性以及氣體、液體、固體介質不同的穿透特性，對石油井下鉆井液(俗稱泥漿)液位進行監測，通過和石油內套管的螺紋連接，將超聲波液位檢測儀下至需要監測的井深，通過對地面控制信號，觸發儀器中的超聲波發射傳感器，發出超聲波信號，而在儀器的另一側，設置同樣頻率的超聲波接收傳感器，接收相應的超聲波信號；通過接收到的不同信號，從時間參數的不同和電壓脈沖信號狀態進行區分辨識，來判定井下該深度下到底是氣體還是泥漿介質，從而可以指導地面上的操作人員進行相應的操作；根據設計井深、套管等因素，在地面以下十到五十米和兩百到五百米分別設置兩組超聲波傳感器，在起鉆過程中，當檢測到上下兩組超聲波傳感器所處位置套管內均為氣體時，則開始向管柱內灌注泥漿，當灌注時間超過一定時間，上部超聲波傳感器仍然不能檢測到套管內的泥漿，說明出現井漏，可及時報警堵漏；當上部超聲波傳感器檢測到套管內的泥漿時，則停止灌注；整個過程借助計算機實現自動控制。【【附圖說明】】圖1為本技術的原理框圖；圖2為本技術的具體實施例圖；圖3為本技術的原理圖。【【具體實施方式】】...

【技術保護點】
一種石油鉆井超聲波液位監控裝置，它包括地面控制裝置和超聲波液位檢測儀，其特征在于：所述地面控制裝置包括供電電源、數據采集器、控制器、顯示器以及觸發器，所述數據采集器、觸發器以及顯示器均與控制器電性連接；所述超聲波液位檢測儀包括多組超聲波發射傳感器和超聲波接收傳感器，所述超聲波發射傳感器和超聲波接收傳感器均連接至數據采集器上，所述觸發器電性連接至數據采集器上，且該觸發器還連接至上述的超聲波發射傳感器和超聲波接收傳感器上；所述供電電源與所述的數據采集器、觸發器、超聲波發射傳感器、超聲波接收傳感器均電性連接，用于提供所需的電能。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳東時，賀小橋，何建輝，
申請(專利權)人：何建輝，吳仕榮，
類型：新型
國別省市：廣東;44