本发明专利技术公开了一种钻井用环空液面连续监测装置，属于井筒监测技术领域，其包括旋转防喷器、灌浆球阀、三通接头、液面监测球阀、声波式连续监测仪、灌浆泵、控制系统和MPD控压系统，旋转防喷器、灌浆球阀、三通接头和灌浆泵依次固定连接，声波式连续监测仪通过液面监测球阀与三通接头连接，控制系统分别与MPD控压系统、声波式连续监测仪、灌浆球阀、液面监测球阀和灌浆泵连接；以及公开了基于装置的方法。本发明专利技术能够以更为简单的结构及工序实现全过程环空液面的自动监测与泥浆自动灌注，从而达到动态保证井筒静液柱高度，降低井控风险的目的。的。的。
【技术实现步骤摘要】
一种钻井用环空液面连续监测装置及监测方法
[0001]本专利技术属于井筒监测
，具体涉及一种钻井用环空液面连续监测装置及监测方法。
技术介绍
[0002]目前，石油钻井已向着深层复杂地层推进，控压钻井技术的应用使钻井在多压力系统中也可进行。但在钻井、测井、固井、完井过程中存在井漏的情况，而在井漏的情况下，起下钻过程中又存在井筒静液面不在井口的情况，因此就需要对井筒静液面的高度进行监测，保证井筒压力，避免溢流。
[0003]目前常规的环空液面监测设备多安装在压井管汇上，并采用氮气提供动力监测环空液面，大概15分钟能测量一次。但一方面，其存在时间上的空隙，导致测量不能连续进行，而另一方面，各设备安装在压井管汇又会影响到井控安全。因而存在着实用性较差和监测效果较差的技术问题。
[0004]另外，公开号为CN100513736A的专利文献还公开了井下液位监控系统及其监控方法，虽然该专利能够较好的监测井下液位，但该专利正常钻进或循环钻进时使用的是雷达液位仪结合流量计判断，起下钻时使用的是压差液位仪监测，井漏时使用的是声呐测量液位。一方面，其涉及到的结构件较多，且各结构件需要安装在封井器周围，不仅导致监测成本上升，还导致监测工序较为复杂。另一方面，其采用声呐测量的方式仍然需要采用氮气提供动力，同样不能实现井下液位的连续监测及同样存在着测量不连续的问题。此外，在作业现场制氮和充氮比较麻烦，很多时候不具备条件。
技术实现思路
[0005]本专利技术针对上述技术问题提供了一种钻井用环空液面连续监测装置及监测方法，本专利技术能够以更为简单的结构及工序实现全过程环空液面的自动监测与泥浆自动灌注，从而达到动态保证井筒静液柱高度，降低井控风险的目的。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种钻井用环空液面连续监测装置，其特征在于：包括旋转防喷器、灌浆球阀、三通接头、液面监测球阀、声波式连续监测仪、灌浆泵、控制系统和MPD控压系统，旋转防喷器、灌浆球阀、三通接头和灌浆泵依次固定连接，声波式连续监测仪通过液面监测球阀与三通接头连接，控制系统分别与MPD控压系统、声波式连续监测仪、灌浆球阀、液面监测球阀和灌浆泵连接；其中，MPD控压系统用于采集井筒井口处的返出流量，控制系统用于监测MPD控压系统采集的返出流量；
[0008]当控制系统监测到返出流量为零时，控制系统控制灌浆球阀和液面监测球阀打开，并向声波式连续监测仪发送启动监测信号，由声波式连续监测仪通过声波连续测量环空液面高度；
[0009]当测量的环空液面高度大于设定值时，声波式连续监测仪继续保持环空液面监
测；当测量的环空液面高度小于设定值时，控制系统控制液面监测球阀关闭，并控制灌浆泵向井筒环空灌注预设泥浆量，然后再打开液面监测球阀并控制声波式连续监测仪连续测量环空液面高度；
[0010]当控制系统监测到返出流量大于零时，控制灌浆球阀和液面监测球阀关闭，声波式连续监测仪停止测量。
[0011]所述声波式连续监测仪包括壳体，壳体与液面监测球阀固定连接，壳体内固定有均与控制系统连接的电磁式声波发射器、声波接收器和温度传感器，电磁式声波发射器与声波接收器配合通过声波连续测量环空液面高度，温度传感器用于测试环空温度并校正声波速度。
[0012]所述预设泥浆量由控制系统根据测量的环空液面高度计算得出。
[0013]所述旋转防喷器与灌浆球阀之间通过DN80
‑
35盲板法兰连接，灌浆球阀与三通接头之间通过2＂1502由壬连接，三通接头与液面监测球阀之间通过4＂1002由壬连接，液面监测球阀与声波式连续监测仪之间通过DN100
‑
1.6法兰连接，三通接头与灌浆泵之间通过2＂1502由壬连接。
[0014]所述控制系统通过电缆线和信号线分别与灌浆球阀和液面监测球阀连接，所述控制系统通过信号线分别与声波式连续监测仪、灌浆泵和MPD控压系统连接。
[0015]一种钻井用环空液面连续监测方法，其特征在于包括以下步骤：
[0016]S1：采用MPD控压系统采集井筒井口处的返出流量，并将采集的返出流量发送至控制系统；
[0017]S2：控制系统根据接收到的返出流量判断井筒井口处是否有液体返出，若无液体返出，则发出环空液面监测信号，由声波式连续监测仪通过声波连续测量环空液面高度；
[0018]S3：由控制系统将测量的环空液面高度与设定值进行比较，若测量的环空液面高度大于设定值，则继续保持环空液面监测；若测量的环空液面高度小于设定值，则发出灌浆信号，由灌浆泵向井筒环空灌注预设泥浆量；
[0019]S4：灌注完成后，重复步骤S2，若井筒井口处无液体返出，则由声波式连续监测仪继续测量环空液面高度；若井筒井口处有液体返出，则声波式连续监测仪停止测量。
[0020]步骤S2中声波式连续监测仪连续测量环空液面高度的频率为20～1500Hz。
[0021]步骤S3中的设定值根据井筒的静液柱高度与安全附加高度求和得出。
[0022]所述静液柱高度的计算方法为：
[0023]h＝P
Static
/ρg
[0024]其中，
[0025]BHP＝P
Static
+P
AFP
＞P
p
[0026]式中，h为静液柱高度，ρ为钻井液密度，g为重力加速度，BHP为井底压力，P
Static
为静液柱压力，P
AFP
环空循环摩擦阻力，P
p
为地韧劲孔隙压力。
[0027]所述的连续监测方法中，井筒井口处设有旋转防喷器，旋转防喷器的出口端依次连接有灌浆球阀和三通接头，声波式连续监测仪通过液面监测球阀与三通接头的一端连接，灌浆泵与三通接头的另一端连接，声波式连续监测仪在液面监测球阀和灌浆球阀打开时可通过声波连续测量环空液面高度，灌浆泵在灌浆球阀打开时可灌注泥浆。
[0028]采用上述技术方案，本专利技术的有益技术效果是：
[0029]1、本专利技术通过旋转防喷器、灌浆球阀、三通接头、液面监测球阀、声波式连续监测仪、灌浆泵、控制系统和MPD控压系统组成的环空液面连续监测装置及相应的监测方法，在实际应用时根据返出流量的实时数据及环空液面高度的实时数据，以及灌浆球阀和液面监测球阀的相应开闭，就能够利用同一通道实现全过程环空液面的自动监测与泥浆的自动灌注，动态保证井筒静液柱高度，有效地降低了井控风险。另外，本专利技术仅需要连接在旋转防喷器壳体出口端即可，还具有结构简单、监测方法简单的优点。
[0030]2、本专利技术采用特定结构的声波式连续监测仪，具有结构简单、测试方便、能够连接测量的优点，进一步提高了井控风险防控。
[0031]3、本专利技术分别通过盲板法兰和由壬实现旋转防喷器、灌浆球阀、三通接头、液面监测球阀、声波式连续监测仪和灌浆泵的连接，具有连接结构较为简单、稳定可靠、便于维护等优点。
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种钻井用环空液面连续监测装置，其特征在于：包括旋转防喷器(1)、灌浆球阀(2)、三通接头(3)、液面监测球阀(4)、声波式连续监测仪(5)、灌浆泵(6)、控制系统(7)和MPD控压系统(8)，旋转防喷器(1)、灌浆球阀(2)、三通接头(3)和灌浆泵(6)依次固定连接，声波式连续监测仪(5)通过液面监测球阀(4)与三通接头(3)连接，控制系统(7)分别与MPD控压系统(8)、声波式连续监测仪(5)、灌浆球阀(2)、液面监测球阀(4)和灌浆泵(6)连接；其中，MPD控压系统(8)用于采集井筒井口处的返出流量，控制系统(7)用于监测MPD控压系统(8)采集的返出流量；当控制系统(7)监测到返出流量为零时，控制系统(7)控制灌浆球阀(2)和液面监测球阀(4)打开，并向声波式连续监测仪(5)发送启动监测信号，由声波式连续监测仪(5)通过声波连续测量环空液面高度；当测量的环空液面高度大于设定值时，声波式连续监测仪(5)继续保持环空液面监测；当测量的环空液面高度小于设定值时，控制系统(7)控制液面监测球阀(4)关闭，并控制灌浆泵(6)向井筒环空灌注预设泥浆量，然后再打开液面监测球阀(4)并控制声波式连续监测仪(5)连续测量环空液面高度；当控制系统(7)监测到返出流量大于零时，控制灌浆球阀(2)和液面监测球阀(4)关闭，声波式连续监测仪(5)停止测量。2.根据权利要求1所述的一种钻井用环空液面连续监测装置，其特征在于：所述声波式连续监测仪(5)包括壳体(9)，壳体(9)与液面监测球阀(4)固定连接，壳体(9)内固定有均与控制系统(7)连接的电磁式声波发射器(10)、声波接收器(11)和温度传感器(12)，电磁式声波发射器(10)与声波接收器(11)配合通过声波连续测量环空液面高度，温度传感器(12)用于测试环空温度并校正声波速度。3.根据权利要求1所述的一种钻井用环空液面连续监测装置，其特征在于：所述预设泥浆量由控制系统(7)根据测量的环空液面高度计算得出。4.根据权利要求1所述的一种钻井用环空液面连续监测装置，其特征在于：所述旋转防喷器(1)与灌浆球阀(2)之间通过DN80
‑
35盲板法兰连接，灌浆球阀(2)与三通接头(3)之间通过2＂1502由壬连接，三通接头(3)与液面监测球阀(4)之间通过4＂1002由壬连接，液面监测球阀(4)与声波式连续监测仪(5)之间通过DN100
‑
1.6法兰连接，三通接头(3)与灌浆泵(6)之间通过2＂1502由壬连接。5.根据权利要求1所述的一种钻井用环空液面连续监测...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷雨，蒋林，贺明敏，肖劲超，彭泉霖，梁玉林，邓虎，魏强，吴琦，黄亚楼，姜林，唐明，
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：
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