[发明专利]可回收气压式井筒环空液面检测装置及其检测方法

权利要求书

1.一种可回收气压式井筒环空液面检测装置，其特征在于，包括设置在井口处的井口气压测量模块(4)、套装在钻杆上且设置在井筒与钻杆之间的环空液面处的井筒环空液面测量模块(10)和计算机终端(13)，

所述井口气压测量模块(4)包括第一半圆环形外壳(15a)、第二半圆环形外壳(15b)和分别固定在所述第一半圆环形外壳(15a)和所述第二半圆环形外壳(15b)上端面上的两个半圆环形永磁铁(14)，且所述第一半圆环形外壳(15a)和所述第二半圆环形外壳(15b)的一端端部通过第一连接轴(19)连接为一体，在所述第一半圆环形外壳(15a)的下端面上设置有第一高能蓄电池(20)、第一中心处理器(21)和第一信号接收器(16)，在所述第二半圆环形外壳(15b)的下端面上设置有第一信号发射器(18)和第一精敏气压计(17)；

所述井筒环空液面测量模块(10)包括第三半圆环形外壳(24a)、第四半圆环形外壳(24b)和分别固定在所述第三半圆环形外壳(24a)和第四半圆环形外壳(24b)内壁上的第一电磁铁(29a)和第二电磁铁(29b)，所述第三半圆环形外壳(24a)和第四半圆环形外壳(24b)的一端端部通过第二连接轴(25)连接为一体，在所述第三半圆环形外壳(24a)的上端面设置有第二信号接收器(22)和第二精敏气压计(23)，在所述第四半圆环形外壳(24b)的上端面上设置有第二中心处理器(28)、第二信号发射器(27)和第二高能蓄电池(26)；

所述计算机终端(13)通过数据连接总线(30)与第一中心处理器(21)连接，所述第一中心处理器(21)通过电缆分别与所述第一精敏气压计(17)、所述第一信号接收器(16)和所述第一信号发射器(18)连接，所述第二中心处理器(28)通过电缆分别与所述第二信号接收器(22)、所述第二精敏气压计(23)、所述第二信号发射器(27)和所述电磁铁连接。

2.根据权利要求1所述的可回收气压式井筒环空液面检测装置，其特征在于，在所述第一半圆环形外壳(15a)和所述第二半圆环形外壳(15b)的下端面、在所述第三半圆环形外壳(24a)和第四半圆环形外壳(24b)的上端面上均向内凹陷形成有多个用于设置各个器件的内槽。

3.根据权利要求1或2所述的可回收气压式井筒环空液面检测装置，其特征在于，所述第二信号接收器(22)与第一信号发射器(18)设置在同一轴线上；所述第二信号发射(27)与第一信号接收器(16)设置在同一轴线上。

4.根据权利要求1或2所述的可回收气压式井筒环空液面检测装置，其特征在于，所述两个半圆环形永磁铁(14)与所述第一半圆环形外壳(15a)和所述第二半圆环形外壳(15b)的上端面之间，所述第一电磁铁(29a)与所述第三半圆环形外壳(24a)之间，以及所述第二电磁铁(29b)与所述第四半圆环形外壳(24b)均采用抗高温抗水胶固定连接。

5.根据权利要求1或2所述的可回收气压式井筒环空液面检测装置，其特征在于，所述井筒环空液面测量模块(10)的第三半圆环形外壳(24a)和第四半圆环形外壳(24b)为采用低密度耐腐蚀材料制成的半圆环形空心壳体。

6.根据权利要求1所述的可回收气压式井筒环空液面检测装置，其特征在于，所述第二信号接收器(22)与第一信号发射器(18)之间、所述第二信号发射(27)与第一信号接收器(16)之间均采用电磁波进行信号传输。

7.一种使用权利要求1所述的可回收气压式井筒环空液面检测装置的检测方法，其特征在于，向计算机终端(13)设定合适的数据测试间隔时间以发出测试指令，通过井口气压测量模块(4)和井筒环空液面气压测量模块(10)分别测定出各时间段井口部位环空内的气压P₁和井筒内环空液面的气压P₂，并将测得井口部位环空内的气压P₁和井筒内环空液面气压P₂通过井口气压测量模块(4)回传给计算机终端(13)，计算出各时间段井筒液面深度变化Δh，并与所测井的井涌的环空液面变化阀值C₁进行比较：当Δh<0，且|Δh|>C₁，则说明有井涌溢流危险，应要立即启动预防措施。

8.根据权利要求7所述的可回收气压式井筒环空液面检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

S1、将井口气压测量模块(4)和井筒环空液面气压测量模块(10)安装在钻杆上并与计算机终端(13)形成连接：

S2、井口部位环空内的气压P₁的测定：

计算机终端(13)向井口气压测量模块(4)发出井口环空气压测定指令，经的第一中心处理器(21)处理，向第一精敏气压计(17)发出电信号测定指令，第一精敏气压计(17)接收到指令信号后立即开始测定井口环空部位气压P₁，其中计算机终端(13)每发出一次指令，第一精敏气压计(17)将进行三次气压测量，将得到三个气压值，即P₁₁、P₁₂和P₁₃通过电信号传回第一中心处理器(21)，并回传到计算机终端(13)显示和记录P₁，最终测定的气压结果P₁是由测量的三次气压值取平均值得到：

P1=P11+P12+P133,]]>

式中，P₁₁、P₁₂和P₁₃分别代表计算机发出一次指令第一精敏气压计(17)所测量的三个气压值，P₁为井口环空部位气压值；

S3、井筒内环空液面气压P₂测定与回传：

计算机终端(13)向井口气压测量模块(4)发出测定井筒环空液面处气压的指令，经第一中心处理器(21)处理，向第一信号发射器(18)发出电信号测试指令，第一信号发射器(18)接收到电信号测试指令后转换成电磁波信号在井筒(11)环空中向井下传播至井筒环空液面气压测量模块(10)的第二信号接收器(22)，第二信号接收器(22)接收测试指令的电磁波信号后转换成电信号测试指令传给第二中心处理器(28)，第二中心处理器(28)将电信号测试指令传送给第二精敏气压计(23)，第二精敏气压计(23)接收到测试指令信号后立即进行气压测量；同样的，计算机终端(13)每发出一次指令，第二精敏气压计(23)会进行三次测压，将得到三次气压测量值，即P₂₁、P₂₂和P₂₃通过电信号传回第二中心处理器(23)，继而通过电信号传给第二信号发射器(27)，第二信号发射器(27)接收到电信号后转换为电磁波信号，电磁波沿井筒环空向上传播，由第一信号接收器(16)接收并立即转换成为电信号传送到第一中心处理器(21)，并回传到计算机终端(13)显示和记录P₂，最终测定的气压结果P₂由测量的三次气压值取平均值得到：

P2=P21+P22+P233,]]>

式中，P₂₁、P₂₂和P₂₃分别代表计算机发出一次指令第二精敏气压计(23)所测量的三个气压值；P₂为井口环空液面位置气压值；

S4、井筒环空液面位置h计算：

由于井口部位环空内的气压P₁和井口环空液面位置气压P₂这两个压力之差是由于井口到井筒液面这一段气柱产生的，因此计算机终端(13)通过下式计算得到井筒液面深度：

h=|P2-P1|ρg,]]>

式中，P₁和P₂分别为井口位置和井筒内环空液面处的气压测量值；ρ为常温常压下的气体密度，约为1.29Kg/m³；g为重力加速度，大小约为9.81m/s²；

S5、测量液面变化并预测井涌溢流可能性：

根据步骤S2～S4测量得到的数值可以计算得到初始的环空液面深度h₁；通过计算机终端(13)设定每次测量的间隔时间Δt，使得经过Δt时间后，计算机终端(13)再次自动发出指令重复步骤S2～S4的测量，并计算得到经过时间Δt后的液面位置h₂，得到Δt时间内的井筒环空液面的变化Δh：

Δh＝h₂-h₁，

当Δh<0，且|Δh|>C₁，则说明有井涌溢流危险，其中，C₁为井涌的环空液面变化阀值；

S6、井筒环空液面气压测量模块回收：

当井筒环空液面测量完毕后，计算机终端(13)发出指令，回收指令电信号经井口气压测量模块(4)内的第一中心处理器(21)传送给第一信号发射器(18)，第一信号发射器(18)接收回收指令电信号后转换为电磁波信号并发出，电磁波信号沿井筒环空向下传播至第二信号接收器(27)，第二信号接收器(27)接收电磁波信号并转换成电信号发送给第二中心处理器(28)，第二中心处理器(28)传送电信号给电磁铁，电磁铁带磁，受到井口气压测量模块(4)永磁铁(4)吸引作用将该测量模块吸附到钻杆外壁上，上提钻杆实现该装置的回收。