一种石油井下非接触式超声波液位监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种石油井下非接触式超声波液位监控系统，涉及石油井下液位检测装置技术领域；它包括多个超声波液位检测仪，超声波液位检测仪的上端连接于内套管上，下端连接于接箍上，且接箍的下端则与另一节内套管相连接；超声波液位检测仪包括一体式支撑套座、超声波发射接收集成电路板、超声波发射传感器、超声波接收传感器，一体式支撑套座具有与内套管相连通的异形槽；超声波液位检测仪上连接有钢管电缆，该钢管电缆电性连接至超声波发射接收集成电路板上，其另一端连接至分线汇流接头，该分线汇流接头分别同地面电源系统、数据采集处理器以及监控系统电性连接；本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术的技术方案中，与需要判定的介质是非接触式的，不需要破坏内套管的自身结构进行介质采样，可以实时监控相关监测点位的液面情况。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术涉及石油、天然气钻井的液位监控设备，更具体的说，本专利技术涉及一种石油井下非接触式超声波液位监控系统。

技术介绍

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，从并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。

技术实现思路

本专利技术的目的在于有效克服上述技术的不足，提供一种石油井下非接触式超声波液位监控系统，该系统不需要破坏内套管的自身结构进行介质采样，也不需要任何对内套管进行额外加工和改变，可以实时监控相关监测点位的液面情况。
本专利技术的技术方案是这样实现的：它包括多个超声波液位检测仪，其原理及实施方案在于：超声波液位检测仪的上端连接于内套管上，下端连接于接箍上，且接箍的下端与另一节内套管相连接；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。
所述超声波液位检测仪包括一体式支撑套座、超声波发射接收集成电路板以及与之电性连接的超声波发射传感器和超声波接收传感器，超声波发射传感器和超声波接收传感器相对的设置于一体式支撑套座的两侧，一体式支撑套座具有与内套管相连通的异形槽；
所述超声波液位检测仪上连接有钢管电缆，其连接部位设有密封接头，该钢管电缆电性连接至超声波发射接收集成电路板上，钢管电缆的另一端连接至分线汇流接头，该分线汇流接头分别同地面电源系统、数据采集处理器以及监控系统电性连接。
在上述结构中，所述超声波发射接收集成电路板上方设有电路板端盖，超声波发射传感器上方设有发射端盖板，超声波接收端传感器上方设有接收端盖板。
在上述结构中，所述发射端盖板和接收端盖板上还分别设有一限位盖板。
在上述结构中，所述的内套管的外表面上安装有电缆卡箍和电缆保护器，所述电缆卡箍用于紧固上述的钢管电缆，电缆保护器对电缆起来保护作用。
在上述结构中，所述的钢管电缆通过穿管螺母连接在超声波液位检测仪上。
在上述结构中，所述超声波液位检测仪与所述内套管螺纹连接。
在上述结构中，它包括两个超声波液位检测仪，第一超声波液位检测仪的上端与第一内套管相连接，下端与第一接箍连接，该第一接箍的下端则与第二内套管相连接，第二超声波液位检测仪的上端则与第二内套管的下端相连接，第二超声波液位检测仪的下端则与第二接箍相连接。
本专利技术的有益效果在于：本专利技术采用这样特殊的设计，超声波传感器并不直接与被监测的介质发生任何接触，大大缩短了超声波传递的距离，可以做到结构上完全不受水基泥浆、油基泥浆、气体介质的影响，均可监测监控点的液面；该装置解决了由于油基泥浆不能长距离传递超声波信号，以及巧妙地避开了当套管中有钻杆的情形，超声波易被其干扰而改变传播和接收方向的难题；另外，解决了现有石油井下的仅凭人工和经验的进行液位判定识别，不能做到实时监测液位的技术难题；通过接收到的不同信号，从时间参数的不同和电压脉冲信号状态进行区分辨识，来判定井下该深度下到底是气体还是泥浆介质，从而可以指导地面上的操作人员进行相应的操作；本专利技术的技术方案中，与需要判定的介质是非接触式的，即不需要破坏内套管的自身结构进行介质采样，也不需要任何对内套管进行额外加工和改变，可以在通过地面电脑数据处理系统及示波软件，实时监控相关监测点位（井深）的液面情况；本专利技术结合石油钻井超声波液位监测原理，还可以大体判定该监控深度下的液体介质的情况，可以区分水基泥浆和油基泥浆，大致了解其比重和粘度情况。
【附图说明】图1为本专利技术超声波液位检测仪的剖面视图；
图2为图1中A-A处的剖视图；
图3为本专利技术超声波液位检测仪的主视图；
图4为本专利技术超声波液位检测仪的侧视图；
图5为图4中B-B处的剖视图；
图6为本专利技术的具体实施例图。
【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的描述。
图1是本专利技术中实施例1所述超声波液位检测仪的剖视图。
图2即为图1截面视图（从上至下，依次为超声波发射传感器槽107、短距离超声波传导路径异型槽108、超声波接收传感器槽109）。
由于高频超声波在气体介质中的急剧衰减特性，如果异型槽界面是气体，超声波接收传感器的是接收不到任何本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石油井下非接触式超声波液位监控系统，其特征在于：它包括多个超声波液位检测仪，超声波液位检测仪的上端连接于内套管上，下端连接于接箍上，且接箍的下端则与另一节内套管相连接；所述超声波液位检测仪包括一体式支撑套座、超声波发射接收集成电路板以及与之电性连接的超声波发射传感器和超声波接收传感器，超声波发射传感器和超声波接收传感器相对的设置于一体式支撑套座的两侧，一体式支撑套座具有与内套管相连通的异形槽；所述超声波液位检测仪上连接有钢管电缆，其连接部位设有密封接头，该钢管电缆电性连接至超声波发射接收集成电路板上，钢管电缆的另一端连接至分线汇流接头，该分线汇流接头分别同地面电源系统、数据采集处理器以及监控系统电性连接。

【技术特征摘要】
1.一种石油井下非接触式超声波液位监控系统，其特征在于：它包括多个超声波液位检测仪，超声波液位检测仪的上端连接于内套管上，下端连接于接箍上，且接箍的下端则与另一节内套管相连接；
所述超声波液位检测仪包括一体式支撑套座、超声波发射接收集成电路板以及与之电性连接的超声波发射传感器和超声波接收传感器，超声波发射传感器和超声波接收传感器相对的设置于一体式支撑套座的两侧，一体式支撑套座具有与内套管相连通的异形槽；
所述超声波液位检测仪上连接有钢管电缆，其连接部位设有密封接头，该钢管电缆电性连接至超声波发射接收集成电路板上，钢管电缆的另一端连接至分线汇流接头，该分线汇流接头分别同地面电源系统、数据采集处理器以及监控系统电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种石油井下非接触式超声波液位监控系统，其特征在于：所述超声波发射接收集成电路板上方设有电路板端盖，超声波发射传感器上方设有发射端盖板，超声波接收端传感器上方设有接收端盖板。
3.根据权利要求2所述的一种石油井下...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈东时，贺小桥，何建辉，
申请(专利权)人：何建辉，吴仕荣，
类型：发明
国别省市：广东;44