一種石油井下非接觸式超聲波液位監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及石油、天然氣鉆井的液位監(jiān)控設(shè)備，更具體的說，本實用新型涉及一種石油井下非接觸式超聲波液位監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油、天然氣勘探、開采鉆井時，為了冷卻鉆頭、實施噴射鉆井，以及將井底鉆頭切削下來的巖削從井底帶到地面都要使用鉆井泥漿，另外，還可以通過調(diào)整鉆井泥漿的密度，使井眼環(huán)空的泥漿液柱與井下的壓力相平衡，這種平衡可以防止可能發(fā)生的井噴事故。在起鉆過程中，當提起鉆具時，井筒液位將下降，其下降高度與起鉆鉆桿的數(shù)量(長度)成正比，而應(yīng)補充的鉆井用泥漿的體積亦與起鉆鉆桿的體積相當，并通過泥漿灌注裝置注入井筒內(nèi)。
[0003]常規(guī)的鉆井泥漿灌注裝置包括主控制機、帶攪拌器的泥漿罐及其液位監(jiān)測器，包括泥漿泵、電動機、電控箱及流量傳感器在內(nèi)的灌注機構(gòu)，溢流返回機構(gòu)。其灌注方法是起鉆時通過人工計算起出的鉆桿數(shù)，然后輸入主機處理后向灌注機構(gòu)發(fā)出灌注指令及需注入的泥漿體積，經(jīng)泥漿泵及設(shè)于其泵口的流量傳感器執(zhí)行、計量，同時將信息返饋主機以控制其灌注量。
[0004]正常情況下，泥漿池流出的泥漿和流入的泥漿保持平衡。如果出現(xiàn)不平衡，將意味著要發(fā)生井噴或漏井。當井筒內(nèi)泥漿液位下降時要及時準確的灌注泥漿，因此實時監(jiān)控井下鉆井液位的深度變化十分必要。
[0005]大多數(shù)情況下，石油井下的液位監(jiān)控是憑人工經(jīng)驗進行液位判定識別，并不能做到實時監(jiān)測液位，既不科學(xué)，也不確切。
[0006]對泥漿池液面進行測量，現(xiàn)有技術(shù)一般是現(xiàn)場采用一種浮子式液面檢測器和帶刻度的標尺，需要鉆井工人進行人工觀測、記錄和對比，再判斷是否出現(xiàn)溢流或井漏。因此，在正常情況下，從泥漿罐中泵到井下的泥漿與從井下返回的泥漿量應(yīng)基本相等，但是在遇到井漏時，從并下返回的泥漿就會很少或者完全失返，這時泥漿罐中的泥漿液面就會快速下降；或者在遇到井下突然發(fā)生的高壓而產(chǎn)生井涌時，井下向上的壓力就會推動井下環(huán)空中的泥漿向上涌，并進入泥漿罐，這時泥漿罐中泥漿液面就會快速的上升；當這兩種情況發(fā)生時，如果不能及時發(fā)現(xiàn)并采取灌注泥漿堵漏或者加重泥漿實施壓井，就會造成嚴重的事故。為了及時了解泥漿罐中液面的高低，目前基本方法是在鉆達預(yù)定層位時安排人員隨時檢測泥漿罐中的液面，還在泥漿罐上配備有液位顯示器，顯示器的另一端由軟繩連接一個浮子，當液面處于設(shè)定的高度時，剛好將浮子浮起，顯示器上的讀數(shù)也在設(shè)定的位置，當液位下降或者超過設(shè)定的高度時，顯示器就會被浮子拉著向下或者向上顯示出危險的液位；還有的采用聲波或者光對液面進行液面高低進行測試，測出超過液位的上、下限位時就會報警。目前這些裝置的問題是:前者由軟繩連接，因此測量的液位不準確，有時還會發(fā)生誤報；后者雖然采用了現(xiàn)代技術(shù)，但是所有的裝置都是電子產(chǎn)品，在鉆井現(xiàn)場的惡劣環(huán)境中使用很容易被損壞，特別是對泥漿罐進行清洗時，不可避免的會對這些電子產(chǎn)品帶來損壞，而且維護費用也很貴，維修也必須要專業(yè)技術(shù)人員才能完成。
[0007]另外泥漿罐體積大，發(fā)生井涌或井漏后，泥漿罐液位變化緩慢，不能靈敏地監(jiān)控井涌和井漏事故。因此，需要一種快速、靈敏監(jiān)控泥漿的系統(tǒng)。
[0008]對于井筒內(nèi)的泥漿液位，國內(nèi)目前沒有成熟可靠的技術(shù)進行準確實時的監(jiān)控，更無法直接利用超聲波原理進行井下液位檢測，尤其不能做到非接觸式的應(yīng)用。國外利用超聲波對液態(tài)介質(zhì)的研宄也有。但是由于鉆井液(泥漿)，尤其是油基泥漿對超聲波的散射和吸收特性，即便是短距離傳遞超聲波信號都非常困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實用新型的目的在于有效克服上述技術(shù)的不足，提供一種石油井下非接觸式超聲波液位監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)不需要破壞內(nèi)套管的自身結(jié)構(gòu)進行介質(zhì)采樣，也不需要任何對內(nèi)套管進行額外加工和改變，可以實時監(jiān)控相關(guān)監(jiān)測點位的液面情況。
[0010]本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:它包括多個超聲波液位檢測儀，其原理及實施方案在于:超聲波液位檢測儀的上端連接于內(nèi)套管上，下端連接于接箍上，且接箍的下端與另一節(jié)內(nèi)套管相連接；超聲波液位檢測儀是跟隨內(nèi)套管下井的，其下鉆深度即為所需監(jiān)控、檢測點液位(或氣體)深度，因此是對鉆井液位的實時監(jiān)測。
[0011]所述超聲波液位檢測儀包括一體式支撐套座、超聲波發(fā)射接收集成電路板以及與之電性連接的超聲波發(fā)射傳感器和超聲波接收傳感器，超聲波發(fā)射傳感器和超聲波接收傳感器相對的設(shè)置于一體式支撐套座的兩側(cè)，一體式支撐套座具有與內(nèi)套管相連通的異形槽；
[0012]所述超聲波液位檢測儀上連接有鋼管電纜，其連接部位設(shè)有密封接頭，該鋼管電纜電性連接至超聲波發(fā)射接收集成電路板上，鋼管電纜的另一端連接至分線匯流接頭，該分線匯流接頭分別同地面電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理器以及監(jiān)控系統(tǒng)電性連接。
[0013]在上述結(jié)構(gòu)中，所述超聲波發(fā)射接收集成電路板上方設(shè)有電路板端蓋，超聲波發(fā)射傳感器上方設(shè)有發(fā)射端蓋板，超聲波接收端傳感器上方設(shè)有接收端蓋板。
[0014]在上述結(jié)構(gòu)中，所述發(fā)射端蓋板和接收端蓋板上還分別設(shè)有一限位蓋板。
[0015]在上述結(jié)構(gòu)中，所述的內(nèi)套管的外表面上安裝有電纜卡箍和電纜保護器，所述電纜卡箍用于緊固上述的鋼管電纜，電纜保護器對電纜起來保護作用。
[0016]在上述結(jié)構(gòu)中，所述的鋼管電纜通過穿管螺母連接在超聲波液位檢測儀上。
[0017]在上述結(jié)構(gòu)中，所述超聲波液位檢測儀與所述內(nèi)套管螺紋連接。
[0018]在上述結(jié)構(gòu)中，它包括兩個超聲波液位檢測儀，第一超聲波液位檢測儀的上端與第一內(nèi)套管相連接，下端與第一接箍連接，該第一接箍的下端則與第二內(nèi)套管相連接，第二超聲波液位檢測儀的上端則與第二內(nèi)套管的下端相連接，第二超聲波液位檢測儀的下端則與第二接箍相連接。
[0019]本實用新型的有益效果在于:本實用新型采用這樣特殊的設(shè)計，超聲波傳感器并不直接與被監(jiān)測的介質(zhì)發(fā)生任何接觸，大大縮短了超聲波傳遞的距離，可以做到結(jié)構(gòu)上完全不受水基泥漿、油基泥漿、氣體介質(zhì)的影響，均可監(jiān)測監(jiān)控點的液面；該裝置解決了由于油基泥漿不能長距離傳遞超聲波信號，以及巧妙地避開了當套管中有鉆桿的情形，超聲波易被其干擾而改變傳播和接收方向的難題；另外，解決了現(xiàn)有石油井下的僅憑人工和經(jīng)驗的進行液位判定識別，不能做到實時監(jiān)測液位的技術(shù)難題；通過接收到的不同信號，從時間參數(shù)的不同和電壓脈沖信號狀態(tài)進行區(qū)分辨識，來判定井下該深度下到底是氣體還是泥漿介質(zhì)，從而可以指導(dǎo)地面上的操作人員進行相應(yīng)的操作；本實用新型的技術(shù)方案中，與需要判定的介質(zhì)是非接觸式的，即不需要破壞內(nèi)套管的自身結(jié)構(gòu)進行介質(zhì)采樣，也不需要任何對內(nèi)套管進行額外加工和改變，可以在通過地面電腦數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及示波軟件，實時監(jiān)控相關(guān)監(jiān)測點位(井深)的液面情況；本實用新型結(jié)合石油鉆井超聲波液位監(jiān)測原理，還可以大體判定該監(jiān)控深度下的液體介質(zhì)的情況，可以區(qū)分水基泥漿和油基泥漿，大致了解其比重和粘度情況。
[0020]【【附圖說明】】
[0021]圖1為本實用新型超聲波液位檢測儀的剖面視圖；
[0022]圖2為圖1中A-A處的剖視圖；
[0023]圖3為本實用新型超聲波液位檢測儀的主視圖；
[0024]圖4為本實用新型超聲波液位檢測儀的側(cè)視圖；
[0025]圖5為圖4中B-B處的剖視圖；
[0026]圖6為本實用新型的具體實施例圖。
[0027]【【具體實施方式】】
[0028]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的描述。
[0029]圖1是本實用新型中實施例1所述超聲波液位檢測儀的剖視圖。
[0030]圖2即為圖1截面視圖(從上至下，依次為超聲波發(fā)射傳感器槽107、短距離超聲波傳導(dǎo)路徑異型槽108、超聲波接收傳感器槽109)。
[0031]由于高頻超聲波在氣體介質(zhì)中的急劇衰減特性，如果異型槽界面是氣體，超聲波接收傳感器的是接收不到任何聲波信號。而如果異型槽中充滿的是液體介質(zhì)，無論是油基泥漿、水基泥漿，高密度高粘度泥漿，超聲波信號均能進行短距離傳遞，被超聲波接收傳感器所接收。該被接收信號又通過電線傳回超聲波發(fā)射接收集成電路中，經(jīng)過集成電路增益放大處理，將接收信號通過鋼管電纜的信號線送至地面，地面通過數(shù)據(jù)處理或示波器，即可獲得該接收信號。通過對比獲取的信號的差異，地面就可以判別該監(jiān)控位置深度是否是泥漿液位還是空氣界面。采用這樣特殊的設(shè)計，超聲波傳感器并不直接與被監(jiān)測的介質(zhì)發(fā)生任何接觸，大大縮短了超聲波傳遞的距離，可以做到結(jié)構(gòu)上完全不受水基泥漿、油基泥漿、氣體介質(zhì)的影響，均可監(jiān)測監(jiān)控點的液面。該裝置解決了由于油基泥漿不能長距離傳遞超聲波信號，以及巧妙地避開了當套管中有鉆鋌的情形，超聲波易被其干擾而改變傳播和接收方向的難題。
[0032]參照圖6所示，本實用新型揭示的一種石油井下非接觸式超聲波液位監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用超聲波在不同介質(zhì)下具有不同的傳播速度的特性以及氣體、液體、固體介質(zhì)不同的穿透特性，進行對石油井下鉆井液(俗稱泥漿)液位進行監(jiān)測。
[0033]具體的，結(jié)合圖1至圖6所示，即為本實用新型的公開的具體實施例，在本實施例中，該石油井下非接觸式超聲波液位監(jiān)