一种随钻防溢管液位监测装置和监测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种随钻防溢管液位监测装置和监测方法。所述装置包括反射单元、激光发射单元、激光接收单元、处理单元和计算单元，其中，反射单元包括n个反射组件；激光发射单元安装在防溢管内的第一位置并能够向反射组件的反射板发射激光；激光接收单元设置在防溢管内壁的上侧，并能够接收m个反射组件的反射板所反射的激光，m≤n；处理单元能够将所述激光接收单元接收的激光进行处理，得到激光入射角度；计算单元能够利用激光入射角度，确定液面或堆积沉沙的高度。所述方法包括采用上述的装置进行监测工作。本发明专利技术的有益效果可包括：探测速度快，性能稳定，精准，应用场景更灵活，能够显著减少钻井液漏失风险及受限空间人身伤害风险。

【技术实现步骤摘要】
一种随钻防溢管液位监测装置和监测方法
本专利技术涉及石油天然气领域，特别地，涉及一种随钻防溢管液位监测装置和监测方法。
技术介绍
钻井过程中出口钻井液流量变化情况是表征钻井液和井下流体混合液返出地面的流量、速度及性质的重要观测参数。若其他工况不变，钻井液流量变少则可能发生井漏，而井漏是石油工程领域钻井过程中危害大、难发现、难确定的一种钻井液受地质或工程原因影响而漏失进入地层的现象，在损失钻井液发生经济损失的同时，可能导致地层污染、井壁失稳甚至井喷风险；若其他条件几乎不变的情况下，出口钻井液流量突然增大，则可能发生地层流体大规模侵入，溢流、井涌、井喷等险情发生的概率极大增加，因此，随钻出口流量检测是钻井过程中的重要任务。现场地质和工程人员通常依赖出口流量的观测发现井漏或者钻井液溢出的现象，受限于井场条件和实际工况，钻井过程中钻井液在管线地面出口的流量变化情况监测通常依赖靶式流量检测器等传统流量检测器，但由于沉沙埋覆、流量突变，靶式装置设计缺陷及其他不确定性因素影响，流量监测难以准确计量，有必要引入新的测量和评价随钻出口流量变化情况的装置改善现有测量方式。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本专利技术的目的之一在于提供一种检测速度快且稳定的随钻防溢管液位监测装置和监测方法。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种随钻防溢管液位监测装置。所述装置可包括：反射单元、激光发射单元、激光接收单元、处理单元和计算单元，其中，反射单元包括n个反射组件，n≥1，每个反射组件都包括滑轨、升降机构和反射板，其中，滑轨竖直设置在防溢管内，反射板设置在滑轨上并能够在重力、浮力和驱动力中至少一种力的作用下沿滑轨上下滑动，升降机构能够提供所述驱动力；激光发射单元安装在防溢管内的第一位置并能够向所述n个反射组件的反射板发射激光，第一位置高于防溢管内液面或堆积沉沙的高度；激光接收单元设置在防溢管内壁的上侧，并能够接收m个反射组件的反射板所反射的激光，m≤n；处理单元能够将所述激光接收单元接收的激光进行处理，得到m个激光入射角度，m个激光入射角度能够与m个反射组件一一对应，激光入射角度为激光发射单元发射的激光与垂线之间的夹角；计算单元能够利用所述激光入射角度，确定所述m个反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度。根据本专利技术的随钻防溢管液位监测装置的一个示例性实施例，所述n≥2，n个反射组件可以沿防溢管径向分布，所述激光发射单元能够通过发射激光来扫描所述n个反射组件的反射板。根据本专利技术的随钻防溢管液位监测装置的一个示例性实施例，所述反射板的上板面可具有一个反射响应点，所述计算单元利用式1来确定所述m个反射组件中第i个反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉砂高度，式1为：，其中，为第i个反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉砂高度，为第一位置与第i个反射组件的滑轨之间的垂直距离，为第一连线与垂线之间的夹角，为激光入射角度，为反射板厚度，第一连线为连接第一位置和第二位置的直线，第二位置为沿第i个反射组件的滑轨向下延伸的直线与防溢管内壁交汇的位置。根据本专利技术的随钻防溢管液位监测装置的一个示例性实施例，所述装置还可包括显示单元，显示单元能够显示出第一图像，其中，第一图像包括m条曲线，m条曲线与所述m个反射组件能够一一对应，每条曲线都反应出对应高度随时间变化的情况，对应高度为曲线对应反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度。根据本专利技术的随钻防溢管液位监测装置的一个示例性实施例，所述装置还可包括模拟单元和显示单元，模拟单元能够根据所述计算单元计算出的m个反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度，模拟出防溢管径向横截面的液位-沉沙曲线，并通过显示单元展示出来。根据本专利技术的随钻防溢管液位监测装置的一个示例性实施例，所述反射组件还可包括浮标、减速挡板和限位器，其中，浮标设置在反射板之下，并能够使所述反射板浮在钻井液液面或堆积沉沙上；减速挡板位于反射板的一侧，且其板面与钻井液流动方向垂直；限位器设置在所述滑轨上端，并能够限制所述反射板向上的位移。根据本专利技术的随钻防溢管液位监测装置的一个示例性实施例，n≥2，所述装置还可包括流量异常判断单元，流量异常判断单元能够确定或的大小，并在或的情况下，判定井口流量异常，其中，，，其中，为所述m个反射组件中第i个反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度，为第i-1个反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度，为第1至第i个反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度之和，为第1至第i-1个反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度之和。据本专利技术的随钻防溢管液位监测装置的一个示例性实施例，，其中，为发射激光入射轨迹与水平面之间的夹角，即，为防溢管横截面（即径向截面）的半径，为第一位置和第三位置之间的距离，第三位置为经过防溢管横截面的圆心和第一位置的直线与激光发射侧管壁的交点位置。本专利技术另一方面提供了一种随钻防溢管液位监测方法。所述监测方法可包括以下步骤：在防溢管内设置n个反射组件，n≥1，每个反射组件都包括滑轨、升降机构和反射板，其中，滑轨竖直设置在防溢管内，反射板设置在滑轨上并能够在重力、浮力和驱动力中至少一种力的作用下沿滑轨上下滑动，升降机构能够提供所述驱动力；在防溢管内具有钻井液流动的情况下，使n个反射组件的反射板沿滑轨下放至与钻井液液面或堆积沉沙；在防溢管内的第一位置向n个反射组件的反射板发射激光，并接收到m个反射组件的反射板所反射的激光信号，其中，第一位置高于钻井液液面或堆积沉沙的高度，m≤n；对所述接收的激光信号进行处理，得到m个激光入射角度，m个激光入射角度与m个反射组件能够一一对应，激光入射角度为激光发射单元发射的激光与垂线之间的夹角；利用所述激光入射角度，确定所述m个反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度。根据本专利技术的随钻防溢管液位监测方法的一个或多个示例性实施例，所述n≥2，所述反射板的上板面具有一个反射响应点，利用式1来确定所述m个反射组件中第i个反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉砂高度，式1为：，其中，为第i个反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉砂高度，为第一位置与第i个反射组件的滑轨之间的垂直距离，为第一连线与垂线之间的夹角，为激光入射角度，为反射板厚度，第一连线为连接第一位置和第二位置的直线，第二位置为沿第i个反射组件的滑轨向下延伸的直线与防溢管内壁交汇的位置。根据本专利技术的随钻防溢管液位监测方法的一个或多个示例性实施例，所述方法还可可包括步骤：确定或的大小，并在或的情况下，判定井口流量异常，其中，，，其中，为所述m个反射组件中第i个反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度，为第i-1个反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度，为第1至第i个反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度之和，为第1至第i-1个反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度之和。与现有技术相比，本专利技术的有益效果可包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种随钻防溢管液位监测装置，其特征在于，所述装置包括：反射单元、激光发射单元、激光接收单元、处理单元和计算单元，其中，/n反射单元包括n个反射组件，n≥1，每个反射组件都包括滑轨、升降机构和反射板，其中，滑轨竖直设置在防溢管内，反射板设置在滑轨上并能够在重力、浮力和驱动力中至少一种力的作用下沿滑轨上下滑动，升降机构能够提供所述驱动力；/n激光发射单元安装在防溢管内的第一位置并能够向所述n个反射组件的反射板发射激光，第一位置高于防溢管内液面或堆积沉沙的高度；/n激光接收单元设置在防溢管内壁的上侧，并能够接收m个反射组件的反射板所反射的激光，m≤n；/n处理单元能够将所述激光接收单元接收的激光进行处理，得到m个激光入射角度，m个激光入射角度能够与m个反射组件一一对应，激光入射角度为激光发射单元发射的激光与垂线之间的夹角；/n计算单元能够利用激光入射角度，确定所述m个反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度。/n

【技术特征摘要】
1.一种随钻防溢管液位监测装置，其特征在于，所述装置包括：反射单元、激光发射单元、激光接收单元、处理单元和计算单元，其中，
反射单元包括n个反射组件，n≥1，每个反射组件都包括滑轨、升降机构和反射板，其中，滑轨竖直设置在防溢管内，反射板设置在滑轨上并能够在重力、浮力和驱动力中至少一种力的作用下沿滑轨上下滑动，升降机构能够提供所述驱动力；
激光发射单元安装在防溢管内的第一位置并能够向所述n个反射组件的反射板发射激光，第一位置高于防溢管内液面或堆积沉沙的高度；
激光接收单元设置在防溢管内壁的上侧，并能够接收m个反射组件的反射板所反射的激光，m≤n；
处理单元能够将所述激光接收单元接收的激光进行处理，得到m个激光入射角度，m个激光入射角度能够与m个反射组件一一对应，激光入射角度为激光发射单元发射的激光与垂线之间的夹角；
计算单元能够利用激光入射角度，确定所述m个反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度。


2.根据权利要求1所述的随钻防溢管液位监测装置，其特征在于，所述n≥2，n个反射组件沿防溢管径向分布，所述激光发射单元能够通过发射激光来扫描所述n个反射组件的反射板。


3.根据权利要求2所述的随钻防溢管液位监测装置，其特征在于，所述反射板的上板面具有一个反射响应点，所述计算单元利用式1来确定所述m个反射组件中第i个反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉砂高度，
式1为：，
其中，为第i个反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉砂高度，为第一位置与第i个反射组件的滑轨之间的垂直距离，为第一连线与垂线之间的夹角，为激光入射角度，为反射板厚度，第一连线为连接第一位置和第二位置的直线，第二位置为沿第i个反射组件的滑轨向下延伸的直线与防溢管内壁交汇的位置。


4.根据权利要求1所述的随钻防溢管液位监测装置，其特征在于，所述装置还包括显示单元，显示单元能够显示出第一图像，其中，
第一图像包括m条曲线，m条曲线与所述m个反射组件能够一一对应，每条曲线都反应出对应高度随时间变化的情况，对应高度为曲线对应反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度。


5.根据权利要求1所述的随钻防溢管液位监测装置，其特征在于，所述装置还包括模拟单元和显示单元，模拟单元能够根据所述计算单元计算出的m个反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度，模拟出防溢管径向横截面的液位-沉沙曲线，并通过显示单元展示出来。


6.根据权利要求1所述的随钻防溢管液位监测装置，其特征在于，所述反射组件还包括浮标、减速挡板和限位器，其中，
浮标设置在反射板之下，并能够使所述反射板浮在钻井液液面或堆积沉沙上；
减速挡板位于反...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵磊，李香华，徐剑良，欧阳诚，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51