專利名稱：防涌防浪激光液位監(jiān)測儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于石油鉆井工程技術領域，涉及一種鉆井液(俗稱泥漿)的液位與方量 的監(jiān)測裝置，尤其是能識別井涌井漏發(fā)生的液位方量監(jiān)測裝置。
背景技術：
在石油勘探開發(fā)與鉆井過程中，監(jiān)測泥漿罐泥漿液位方量的變化，是預防和及早 發(fā)現井涌井漏的基本條件。而連續(xù)、穩(wěn)定、準確的監(jiān)測技術是保障基本條件得以滿足的前提目前，國內鉆井過程中，對泥漿液位方量的監(jiān)測技術主要是靠人工間隔測量，輔助 以浮球式液位計或超聲波液位監(jiān)測儀等。以上技術的缺失在于人工間隔測量不能解決實 時監(jiān)控，也無法排除人為誤差因素，因此，測量的連續(xù)性、準確性不夠。浮球式液位計誤報現 象嚴重，不連續(xù)、不穩(wěn)定、不準確。而超聲波液位檢測儀雖然做到了連續(xù)性，但無法達到穩(wěn)定 和準確，因此也不能滿足實測需要?，F有技術之所以不能做到連續(xù)、穩(wěn)定、準確的測量，重要原因是沒有結合泥漿運動 的實際情況，制定出行之有效的方法。在石油天然氣鉆井過程中，為了發(fā)揮泥漿的使用特性，必須使泥漿處于不停地運 動狀態(tài)。為此，在泥漿罐中少則有1個，多則2-3個攪拌機不停地攪拌泥漿。由于攪拌產生 的旋轉波浪高低之間達到70CM，這就是監(jiān)測難點之一大波浪。難點之二是強涌動。泥漿是 要被大功率往復式泥漿泵從泥漿罐中不停地抽汲，這就導致在泥漿罐的底部會產生強烈的 涌動。難點之三，是變化快。在鉆井過程中隨著井深的增加或井底情況的變化，泥漿的密度 粘度都會發(fā)生很大變化。難點之四，是強腐蝕強干擾。泥漿液中強堿對測量體有極強的腐 蝕性，而泥漿罐平臺上和周圍全部是大功率電機在運轉，會產生強烈的電磁波和頻率干擾。

發(fā)明內容
為了克服現有的監(jiān)測技術不能連續(xù)、穩(wěn)定、準確的監(jiān)測泥漿液位方量的變化，針對 目前泥漿液位方量監(jiān)測技術上存在的問題，結合泥漿在泥漿罐中運動的特點，本發(fā)明提供 了一種在線防涌防浪激光液位監(jiān)測儀。該監(jiān)測儀不僅能連續(xù)、穩(wěn)定、準確的監(jiān)測泥漿液位方 量的變化，而且準確判斷鉆井過程中是否發(fā)生了井涌井漏，及時預警報警。本發(fā)明是由防 涌防浪測量管、專用激光測距傳感器、在線密度傳感器、PLC、及觸摸顯示屏等構成。本發(fā)明 解決其技術問題所采用的技術方案是設置一個內外雙層結構的防涌防浪測量管，將其垂 直插入泥漿罐中，它為激光測距傳感器提供穩(wěn)定的測量環(huán)境。防涌防浪測量管內外管壁上 開有孔，可以為泥漿的流入流出提供通道。內管孔徑小于外管孔徑，內管開孔數目大于外管 開孔數目，內管壁上的孔與外管壁上的孔錯開成直角。防涌防浪測量管內有一個隨泥漿方 量的多少而升降變化的平涌浮子，它為激光測距傳感器提供可靠地探測平臺。圓柱形浮子 的長度小于內管頂端到安裝盤的距離，圓柱形浮子的直徑略小于內管內徑，在液體密度為 1.0時浮子頂面與液面持平。激光測距傳感器與防涌防浪測量管上下相連，傳感器連續(xù)不斷 的發(fā)射激光束探射平涌浮子，并通過浮子表面的反射測得傳感器到浮子的距離，這就獲得了泥漿液位的初始高度。PLC連接著激光測距傳感器和密度在線傳感器，它會及時尋訪到激 光測距傳感器的初始高度，同時也會尋訪到密度在線傳感器的泥漿密度信息，根據設定的 程序，PLC可以把因密度變化使浮子浮出泥漿液面的高度值扣減掉，從而還原泥漿液面的真 實高度，這就是解密還原技術。最終PLC計算得出泥漿的準確液位方量值，并將這一數值輸 送給觸摸顯示屏。具有工控機功能的觸摸顯示屏會把PLC計算得出的泥漿準確液位方量值 與設定的預警報警值做比對，就可以及時判斷出鉆井過程中是否有井涌井漏發(fā)生。本發(fā)明的技術核心是內外雙管防涌防浪技術、側開孔引流技術、浮子平涌技術、 底板限流技術、解密還原技術、專用激光測距傳感器的設計技術、專用激光測距傳感器與內 外雙層防涌防浪測量管的連接使用技術。本發(fā)明的有益效果是可以連續(xù)工作、穩(wěn)定運行、準確監(jiān)測、及時報警、安全可靠， 達到了設計的預期目的。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1是本發(fā)明的結構原理圖，圖2是專用激光測距傳感器13的備件裝配圖，圖3 是線路板支架的立體圖，圖4是線路板支架的主視圖和A-A剖視圖。圖中1內管，2外管，3內管頂端絲扣，4安裝盤，5T型螺絲，6罐面網板，7內管孔，8 減震環(huán)，9頂絲，10圓柱形浮子，11外管孔，12限流底板，13專用激光測距傳感器，14環(huán)空， 15泥漿罐，16泥漿出口，17泥漿泵，18在線密度傳感器，19聲光報警器，20PLC, 21觸摸顯示 屏。
具體實施例方式在圖1所示的實施例中，直徑小的內管1套在大的外管2里。內管1的頂端套有 絲扣3，功能是與專用激光測距傳感器13同心連接。在頂端絲扣3的下方焊接有安裝盤4， 安裝盤4上有T型螺絲5，功能是保證安裝盤4與泥漿罐面網板6牢固連接。在安裝盤4 的下方，自上而下在內管1壁兩側開有等間距的小孔7，兩溜小孔相對相錯，功能是傳遞流 體壓力、引導液體出入。在內管1的底端裝有中間開孔的限流板12，功能是減小泥漿罐底 部因泥漿泵17從泥漿出口 16抽汲泥漿產生的涌動力。內管1里裝有一個可以上下自由浮 動的圓柱型浮子10，其功能一是把涌動力降到最?。欢菫閷Ｓ眉す鉁y距傳感器13提供反 射面。外管2的頂端裝有減震環(huán)8，功能是連接并扶正內管1，減小振動。在外管2壁的兩 側也開有等間距的小孔11，兩溜小孔相對相錯，功能是傳遞流體壓力、引導液體出入。在減 震環(huán)8的下方安裝有頂絲9，功能是頂緊內管1保證其與外管2牢固連接。內管1與外管2 共同插入泥漿罐15中。專用激光測距傳感器13與防涌防浪測量管的內管1連接。在線密 度傳感器18插入泥漿罐15中，專用激光測距傳感器13和在線密度傳感器18可以同時測 得泥漿的液位方量和密度。PLC 20連接13和18并讀取泥漿的液位方量和密度值，PLC把 因密度變化使浮子10浮出泥漿液面的高度值扣減掉，從而還原泥漿液面的真實高度。最終 PLC20計算得出泥漿的準確液位方量值，并將這一數值輸送給觸摸顯示屏21。具有工控機 功能的觸摸顯示屏21會把PLC20計算得出的準確泥漿液位方量值與設定的預警報警值做 比對，如有井涌井漏發(fā)生泥漿液位方量值會超出設定的預警報警值，此時聲光報警器19發(fā)出聲光報警。防涌防浪測量管的工作原理隔浪消浪。測量管的外管2在泥漿罐15中會把因攪拌機旋轉產生的大波浪阻隔在 管壁外，使液體只能通過管壁上的孔11進入內外雙管之間的環(huán)空14中，而環(huán)空14里的液 體又只能通過內管1壁上的小孔7流入到內管1里，從而保證內管1里的液面無波無浪。平涌。泥漿罐中除了有大波浪，還有因泥漿泵17從泥漿出口 16抽汲泥漿產生的 強涌，內管1底端的限流板12首先會化解強涌使其變?yōu)樾〉挠縿?，然后內?里的浮子10 會在重力作用下平抑小涌動，從而達到測量要求。引流。泥漿罐15里的泥漿溫度較高，在氣溫濕冷時會在內管1和外管2的內壁 產生冷凝水，這些冷凝水的不斷堆積就會在內管1里形成水柱，這會使實際測量泥漿液面 失真，而通過內外管壁上的側開孔7和11就可以把冷凝水引導出來，防止水柱形成。圖2是專用激光測距傳感器13的備件裝配中13-1不銹鋼筒體，13-2筒體頂端絲扣，13-3頂蓋，13-4密封蓋，13-5多芯插 座，13-6筒體底端絲扣，13-7環(huán)形連接底座，13-8底座外絲口，13-9環(huán)形凸臺，13-10臺階 上部絲扣，13-11臺階下部絲扣，13-12玻璃罩，13-13線路板支架，13-14激光發(fā)射器，13-15 激光接收器，13-16線路板，13-17大小圓環(huán)船頭形，13-18半圓筒船身形.。在圖2所示的實施例中，專用激光測距傳感器13外部設計為不銹鋼圓筒形，不銹 鋼筒13-1的頂端內壁有絲扣13-2，功能是螺接密封蓋13-4和頂蓋13_3。在密封蓋13_4下 方不銹鋼筒壁開有一側孔，安裝多芯插座13-5。不銹鋼筒13-1的底端內壁有絲扣13-6與 環(huán)形連接底座13-7螺接。環(huán)形連接底座13-7內外有絲扣，外部絲扣13-8與不銹鋼筒13_1 的底端絲扣13-6螺接。內部絲扣又分為臺階上部絲扣13-10和臺階下部絲扣13-11兩部 分，臺階上部絲扣13-10螺接線路板支架13-13，臺階下部絲扣13-11螺接防涌防浪測量管 的內管1。臺階上部絲扣13-10與臺階下部絲扣13-11兩部分之間有環(huán)形凸臺13-9，環(huán)形 凸臺13-9上裝有玻璃保護罩13-12。線路板支架13-13為一體化船形設計，船頭為大小兩 個同心圓環(huán)13-17，小圓環(huán)在大圓環(huán)前面，小圓環(huán)有外絲扣與環(huán)形連接底座13-7的臺階上 部絲扣13-10螺接，船身為半圓筒形13-18，大圓環(huán)在半圓筒形船身13-18前面，大圓環(huán)與半 圓筒內外徑相同，大圓環(huán)外徑小于不銹鋼筒13-1的內徑，大圓環(huán)內安裝激光發(fā)射器13-14 和激光接收器13-15，半圓筒的剖面安裝線路板。圖3是線路板支架的立體4是線路板支架的主視圖和A-A剖視中13-13船形線路板支架，13-17大小圓環(huán)船頭形，13-18半圓筒船身.形。
權利要求
1.一種在線防涌防浪激光液位監(jiān)測儀，觸摸顯示屏連接PLC和聲光報警器，PLC連接 專用激光測距傳感器和在線密度傳感器，專用激光測距傳感器與內外雙層防涌防浪測量管 連接，內外雙層防涌防浪測量管的內管里安裝有可以上下自由浮動的平涌浮子，內外雙層 防涌防浪測量管插入泥漿罐的泥漿中，其特征是使用的方法有內外雙管防涌防浪、側開 孔引流、浮子平涌、底板限流、解密還原，工作步驟是專用激光測距傳感器發(fā)射激光束探射 內外雙層防涌防浪測量管內的平涌浮子頂面，通過浮子頂面的反射光測得傳感器到浮子的 距離，并把距離信息及時傳輸給PLC，同時在線密度傳感器把泥漿的密度信息及時傳輸給 PLC,經PLC計算處理就可以把因泥漿密度使浮子浮出泥漿液面的高度值扣減掉，最終獲得 泥漿液位的真實高度。
2.根據權利要求1所述的在線防涌防浪激光液位監(jiān)測儀，其特征是專用激光測距傳 感器的設計和使用，專用激光測距傳感器與內外雙層防涌防浪測量管的連接方法，內外雙 層防涌防浪測量管與泥漿罐的連接方法。
3.根據權利要求1所述的在線防涌防浪激光液位監(jiān)測儀，其特征是專用激光測距傳 感器與在線密度傳感器配合使用。
4.根據權利要求2所述專用激光測距傳感器，其特征是不銹鋼圓柱形筒體，不銹鋼筒 豎立時上端內壁有絲扣，自下而上依次螺接密封蓋和頂蓋，不銹鋼筒壁開有一側孔，安裝多 芯插座，不銹鋼筒的底端內壁有絲扣與環(huán)形連接底座螺接，環(huán)形連接底座內外有絲扣，外絲 扣與不銹鋼筒的底端絲扣螺接，內絲扣又分為臺階上部絲扣和臺階下部絲扣兩部分，臺階 上部絲扣螺接不銹鋼筒體內的線路板支架，臺階下部絲扣螺接內外雙層防涌防浪測量管， 臺階上部絲扣與臺階下部絲扣之間有凸臺，凸臺上裝有玻璃保護罩。
5.根據權利要求4所述專用激光測距傳感器內的線路板支架，其特征是一體化船形 設計，船頭為大小兩個同心圓環(huán)，小圓環(huán)在大圓環(huán)前面，小圓環(huán)有外絲扣與環(huán)形連接底座的 上部絲扣螺接，船身為半圓筒形，大圓環(huán)在半圓筒形船身前面，大圓環(huán)與半圓筒內外徑相 同，大圓環(huán)外徑小于不銹鋼筒內徑，大圓環(huán)內安裝激光發(fā)射器和激光接收器，半圓筒的剖面 安裝線路板。
6.根據權利要求1所述的在線防涌防浪激光液位監(jiān)測儀，其特征是內外雙層防涌防 浪測量管為內外雙管結構，直徑小的內管套在直徑大的外管里，內外兩管之間必須有距離 形成環(huán)空，外管的頂端裝有減震環(huán)，內管在減震環(huán)里可以緊密活動，推拉內管可以調節(jié)兩管 總高度，外管壁上安裝有頂絲，調節(jié)好兩管總高度擰緊頂絲固定內管。
7.根據權利要求6所述的內外雙層防涌防浪測量管，其特征是內管壁和外管壁兩側 各開有等間距的孔，兩側孔相對相錯，內管孔徑小于外管孔徑，內管開孔數目大于外管開孔 數目，內管壁的孔與外管壁的孔錯開不在一條垂直線上。
8.根據權利要求6所述的內外雙層防涌防浪測量管，其特征是內管里裝有一個可以 上下自由浮動的圓柱形浮子，圓柱形浮子的長度小于內管頂端到安裝盤的距離，圓柱形浮 子的直徑略小于內管內徑，在液體密度為1.0時浮子頂面與液面持平，圓柱形浮子隨泥漿 罐內泥漿方量的多少而升降變化。
9.根據權利要求6所述的內外雙層防涌防浪測量管，其特征是內管的底端裝有限流 底板，限流底板上開有孔，孔徑小于圓柱形浮子的直徑。
10.根據權利要求2所述的連接方法，其特征是內管的頂端套有外絲扣，與專用激光測距傳感器的環(huán)形連接底座的下部內絲扣螺接，內管上部焊接有與內管垂直的安裝盤，安 裝盤上有T型螺絲，T型螺絲可以穿過泥漿罐面網板，調節(jié)好安裝高度可以用T型螺絲把安 裝盤與泥漿罐面網板牢固連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能識別井涌井漏的液位監(jiān)測儀，它是在泥漿罐中設置一個防涌防浪測量管，防涌防浪測量管與專用激光測距傳感器連接并為其提供穩(wěn)定的探測環(huán)境，專用激光測距傳感器與在線密度傳感器并行連接到PLC上，PLC與觸摸顯示屏相連，PLC同時尋訪專用激光測距傳感器和在線密度傳感器并得到距離和泥漿密度值，根據設定的程序就可以計算出泥漿的準確液位方量，具有工控機功能的觸摸顯示屏會把液位方量與預警報警值作比對，從而及時、準確、穩(wěn)定、可靠地判斷出是否有井涌井漏發(fā)生。
文檔編號E21B47/10GK102121379SQ20101061412
公開日2011年7月13日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權日2010年12月30日
發(fā)明者于春, 何飛, 曹民, 趙剛 申請人:濮陽市百福瑞德石油科技有限公司