[实用新型]一种石油钻井超声波液位监控装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油、天然气钻井的液位监控设备，更具体的说，本实用新型涉及一种石油钻井超声波液位监控装置。

背景技术

在石油、天然气勘探、开采钻井时,为了冷却钻头、实施喷射钻井，以及将井底钻头切削下来的岩削从井底带到地面都要使用钻井泥浆，另外，还可以通过调整钻井泥浆的密度，使井眼环空的泥浆液柱与井下的压力相平衡，这种平衡可以防止可能发生的井喷事故。在起钻过程中，当提起钻具时，井筒液位将下降，其下降高度与起钻钻杆的数量(长度)成正比，而应补充的钻井用泥浆的体积亦与起钻钻杆的体积相当，并通过泥浆灌注装置注入井筒内。

常规的钻井泥浆灌注装置包括主控制机、带搅拌器的泥浆罐及其液位监测器，包括泥浆泵、电动机、电控箱及流量传感器在内的灌注机构，溢流返回机构。其灌注方法是起钻时通过人工计算起出的钻杆数，然后输入主机处理后向灌注机构发出灌注指令及需注入的泥浆体积，经泥浆泵及设于其泵口的流量传感器执行、计量，同时将信息返馈主机以控制其灌注量。

正常情况下,泥浆池流出的泥浆和流入的泥浆保持平衡。如果出现不平衡,将意味着要发生井喷或漏井。当井筒内泥浆液位下降时要及时准确的灌注泥浆，因此实时监控井下钻井液位的深度变化十分必要。

大多数情况下，石油井下的液位监控是凭人工经验进行液位判定识别，并不能做到实时监测液位，既不科学，也不确切。

对泥浆池液面进行测量，现有技术一般是现场采用一种浮子式液面检测器和带刻度的标尺，需要钻井工人进行人工观测、记录和对比，再判断是否出现溢流或井漏。因此，在正常情况下，从泥浆罐中泵到井下的泥浆与从井下返回的泥浆量应基本相等，但是在遇到井漏时，从井下返回的泥浆就会很少或者完全失返，这时泥浆罐中的泥浆液面就会快速下降；或者在遇到井下突然发生的高压而产生井涌时，井下向上的压力就会推动井下环空中的泥浆向上涌，并进入泥浆罐，这时泥浆罐中泥浆液面就会快速的上升；当这两种情况发生时，如果不能及时发现并采取灌注泥浆堵漏或者加重泥浆实施压井，就会造成严重的事故。为了及时了解泥浆罐中液面的高低，目前基本方法是在钻达预定层位时安排人员随时检测泥浆罐中的液面，还在泥浆罐上配备有液位显示器，显示器的另一端由软绳连接一个浮子，当液面处于设定的高度时，刚好将浮子浮起，显示器上的读数也在设定的位置，当液位下降或者超过设定的高度时，显示器就会被浮子拉着向下或者向上显示出危险的液位；还有的采用声波或者光对液面进行液面高低进行测试，测出超过液位的上、下限位时就会报警。目前这些装置的问题是:前者由软绳连接，因此测量的液位不准确，有时还会发生误报；后者虽然采用了现代技术，但是所有的装置都是电子产品，在钻井现场的恶劣环境中使用很容易被损坏，特别是对泥浆罐进行清洗时，不可避免的会对这些电子产品带来损坏，而且维护费用也很贵，维修也必须要专业技术人员才能完成。

另外泥浆罐体积大，发生井涌或井漏后，泥浆罐液位变化缓慢，不能灵敏地监控井涌和井漏事故。 因此，需要一种快速、灵敏监控泥浆的系统。

对于井筒内的泥浆液位，国内目前没有成熟可靠的技术进行准确实时的监控，更无法直接利用超声波原理进行井下液位检测，尤其不能做到非接触式的应用。国外利用超声波对液态介质的研究也有。但是由于钻井液（泥浆），尤其是油基泥浆对超声波的散射和吸收特性，即便是短距离传递超声波信号都非常困难。

发明内容

本实用新型的目的在于有效克服上述技术的不足，提供一种石油钻井超声波液位监控装置，该装置利用超声波在不同介质下具有不同的传播速度的特性以及气体、液体、固体介质不同的穿透特性，对井筒内液位进行实时监测。

本实用新型的技术方案是这样实现的：它包括地面控制装置和超声波液位检测仪，其原理及实施方案在于：

所述地面控制装置包括供电电源、数据采集器、控制器、显示器以及触发器，所述数据采集器、触发器以及显示器均与控制器电性连接；

所述超声波液位检测仪包括多组超声波发射传感器和超声波接收传感器，所述超声波发射传感器和超声波接收传感器均连接至数据采集器上，所述触发器电性连接至数据采集器上，且该触发器还连接至上述的超声波发射传感器和超声波接收传感器上。超声波液位检测仪是跟随内套管下井的，其下钻深度即为所需监控、检测点液位（或气体）深度，因此是对

钻井液位的实时监测。

所述供电电源与所述的数据采集器、触发器、超声波发射传感器、超声波接收传感器均电性连接，用于提供所需的电能。