CN102121379A - 防涌防浪激光液位监测仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能识别井涌井漏的液位监测仪，它是在泥浆罐中设置一个防涌防浪测量管，防涌防浪测量管与专用激光测距传感器连接并为其提供稳定的探测环境，专用激光测距传感器与在线密度传感器并行连接到PLC上，PLC与触摸显示屏相连，PLC同时寻访专用激光测距传感器和在线密度传感器并得到距离和泥浆密度值，根据设定的程序就可以计算出泥浆的准确液位方量，具有工控机功能的触摸显示屏会把液位方量与预警报警值作比对，从而及时、准确、稳定、可靠地判断出是否有井涌井漏发生。

Description

防涌防浪激光液位监测仪

所属技术领域

本发明属于石油钻井工程技术领域，涉及一种钻井液(俗称泥浆)的液位与方量的监测装置，尤其是能识别井涌井漏发生的液位方量监测装置。

背景技术

在石油勘探开发与钻井过程中，监测泥浆罐泥浆液位方量的变化，是预防和及早发现井涌井漏的基本条件。而连续、稳定、准确的监测技术是保障基本条件得以满足的前提

目前，国内钻井过程中，对泥浆液位方量的监测技术主要是靠人工间隔测量，辅助以浮球式液位计或超声波液位监测仪等。以上技术的缺失在于：人工间隔测量不能解决实时监控，也无法排除人为误差因素，因此，测量的连续性、准确性不够。浮球式液位计误报现象严重，不连续、不稳定、不准确。而超声波液位检测仪虽然做到了连续性，但无法达到稳定和准确，因此也不能满足实测需要。

现有技术之所以不能做到连续、稳定、准确的测量，重要原因是没有结合泥浆运动的实际情况，制定出行之有效的方法。

在石油天然气钻井过程中，为了发挥泥浆的使用特性，必须使泥浆处于不停地运动状态。为此，在泥浆罐中少则有1个，多则2-3个搅拌机不停地搅拌泥浆。由于搅拌产生的旋转波浪高低之间达到70CM，这就是监测难点之一大波浪。难点之二是强涌动。泥浆是要被大功率往复式泥浆泵从泥浆罐中不停地抽汲，这就导致在泥浆罐的底部会产生强烈的涌动。难点之三，是变化快。在钻井过程中随着井深的增加或井底情况的变化，泥浆的密度粘度都会发生很大变化。难点之四，是强腐蚀强干扰。泥浆液中强碱对测量体有极强的腐蚀性，而泥浆罐平台上和周围全部是大功率电机在运转，会产生强烈的电磁波和频率干扰。

发明内容

为了克服现有的监测技术不能连续、稳定、准确的监测泥浆液位方量的变化，针对目前泥浆液位方量监测技术上存在的问题，结合泥浆在泥浆罐中运动的特点，本发明提供了一种在线防涌防浪激光液位监测仪。该监测仪不仅能连续、稳定、准确的监测泥浆液位方量的变化，而且准确判断钻井过程中是否发 生了井涌井漏，及时预警报警。本发明是由防涌防浪测量管、专用激光测距传感器、在线密度传感器、PLC、及触摸显示屏等构成。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：设置一个内外双层结构的防涌防浪测量管，将其垂直插入泥浆罐中，它为激光测距传感器提供稳定的测量环境。防涌防浪测量管内外管壁上开有孔，可以为泥浆的流入流出提供通道。内管孔径小于外管孔径，内管开孔数目大于外管开孔数目，内管壁上的孔与外管壁上的孔错开成直角。防涌防浪测量管内有一个随泥浆方量的多少而升降变化的平涌浮子，它为激光测距传感器提供可靠地探测平台。圆柱形浮子的长度小于内管顶端到安装盘的距离，圆柱形浮子的直径略小于内管内径，在液体密度为1.0时浮子顶面与液面持平。激光测距传感器与防涌防浪测量管上下相连，传感器连续不断的发射激光束探射平涌浮子，并通过浮子表面的反射测得传感器到浮子的距离，这就获得了泥浆液位的初始高度。PLC连接着激光测距传感器和密度在线传感器，它会及时寻访到激光测距传感器的初始高度，同时也会寻访到密度在线传感器的泥浆密度信息，根据设定的程序，PLC可以把因密度变化使浮子浮出泥浆液面的高度值扣减掉，从而还原泥浆液面的真实高度，这就是解密还原技术。最终PLC计算得出泥浆的准确液位方量值，并将这一数值输送给触摸显示屏。具有工控机功能的触摸显示屏会把PLC计算得出的泥浆准确液位方量值与设定的预警报警值做比对，就可以及时判断出钻井过程中是否有井涌井漏发生。

本发明的技术核心是：内外双管防涌防浪技术、侧开孔引流技术、浮子平涌技术、底板限流技术、解密还原技术、专用激光测距传感器的设计技术、专用激光测距传感器与内外双层防涌防浪测量管的连接使用技术。

本发明的有益效果是：可以连续工作、稳定运行、准确监测、及时报警、安全可靠，达到了设计的预期目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构原理图，图2是专用激光测距传感器13的备件装配图，图3是线路板支架的立体图，图4是线路板支架的主视图和A-A剖视图。

图中1内管，2外管，3内管顶端丝扣，4安装盘，5T型螺丝，6罐面网板，7内管孔，8减震环，9顶丝，10圆柱形浮子，11外管孔，12限流底板，13专用激光测距传感器，14环空，15泥浆罐，16泥浆出口，17泥浆泵，18在线密度传感器，19声光报警器，20PLC，21触摸显示屏。

具体实施方式

在图1所示的实施例中，直径小的内管1套在大的外管2里。内管1的顶端套有丝扣3，功能是与专用激光测距传感器13同心连接。在顶端丝扣3的下方焊接有安装盘4，安装盘4上有T型螺丝5，功能是保证安装盘4与泥浆罐面网板6牢固连接。在安装盘4的下方，自上而下在内管1壁两侧开有等间距的小孔7，两溜小孔相对相错，功能是传递流体压力、引导液体出入。在内管1的底端装有中间开孔的限流板12，功能是减小泥浆罐底部因泥浆泵17从泥浆出口16抽汲泥浆产生的涌动力。内管1里装有一个可以上下自由浮动的圆柱型浮子10，其功能一是把涌动力降到最小；二是为专用激光测距传感器13提供反射面。外管2的顶端装有减震环8，功能是连接并扶正内管1，减小振动。在外管2壁的两侧也开有等间距的小孔11，两溜小孔相对相错，功能是传递流体压力、引导液体出入。在减震环8的下方安装有顶丝9，功能是顶紧内管1保证其与外管2牢固连接。内管1与外管2共同插入泥浆罐15中。专用激光测距传感器13与防涌防浪测量管的内管1连接。在线密度传感器18插入泥浆罐15中，专用激光测距传感器13和在线密度传感器18可以同时测得泥浆的液位方量和密度。PLC 20连接13和18并读取泥浆的液位方量和密度值，PLC把因密度变化使浮子10浮出泥浆液面的高度值扣减掉，从而还原泥浆液面的真实高度。最终PLC20计算得出泥浆的准确液位方量值，并将这一数值输送给触摸显示屏21。具有工控机功能的触摸显示屏21会把PLC20计算得出的准确泥浆液位方量值与设定的预警报警值做比对，如有井涌井漏发生泥浆液位方量值会超出设定的预警报警值，此时声光报警器19发出声光报警。

防涌防浪测量管的工作原理：

隔浪消浪。测量管的外管2在泥浆罐15中会把因搅拌机旋转产生的大波浪阻隔在管壁外，使液体只能通过管壁上的孔11进入内外双管之间的环空14中，而环空14里的液体又只能通过内管1壁上的小孔7流入到内管1里，从而保证内管1里的液面无波无浪。

平涌。泥浆罐中除了有大波浪，还有因泥浆泵17从泥浆出口16抽汲泥浆产生的强涌，内管1底端的限流板12首先会化解强涌使其变为小的涌动，然后内管1里的浮子10会在重力作用下平抑小涌动，从而达到测量要求。

引流。泥浆罐15里的泥浆温度较高，在气温湿冷时会在内管1和外管2的 内壁产生冷凝水，这些冷凝水的不断堆积就会在内管1里形成水柱，这会使实际测量泥浆液面失真，而通过内外管壁上的侧开孔7和11就可以把冷凝水引导出来，防止水柱形成。

图2是专用激光测距传感器13的备件装配图

图中13-1不锈钢筒体，13-2筒体顶端丝扣，13-3顶盖，13-4密封盖，13-5多芯插座，13-6筒体底端丝扣，13-7环形连接底座，13-8底座外丝口，13-9环形凸台，13-10台阶上部丝扣，13-11台阶下部丝扣，13-12玻璃罩，13-13线路板支架，13-14激光发射器，13-15激光接收器，13-16线路板，13-17大小圆环船头形，13-18半圆筒船身形.。

在图2所示的实施例中，专用激光测距传感器13外部设计为不锈钢圆筒形，不锈钢筒13-1的顶端内壁有丝扣13-2，功能是螺接密封盖13-4和顶盖13-3。在密封盖13-4下方不锈钢筒壁开有一侧孔，安装多芯插座13-5。不锈钢筒13-1的底端内壁有丝扣13-6与环形连接底座13-7螺接。环形连接底座13-7内外有丝扣，外部丝扣13-8与不锈钢筒13-1的底端丝扣13-6螺接。内部丝扣又分为台阶上部丝扣13-10和台阶下部丝扣13-11两部分，台阶上部丝扣13-10螺接线路板支架13-13，台阶下部丝扣13-11螺接防涌防浪测量管的内管1。台阶上部丝扣13-10与台阶下部丝扣13-11两部分之间有环形凸台13-9，环形凸台13-9上装有玻璃保护罩13-12。线路板支架13-13为一体化船形设计，船头为大小两个同心圆环13-17，小圆环在大圆环前面，小圆环有外丝扣与环形连接底座13-7的台阶上部丝扣13-10螺接，船身为半圆筒形13-18，大圆环在半圆筒形船身13-18前面，大圆环与半圆筒内外径相同，大圆环外径小于不锈钢筒13-1的内径，大圆环内安装激光发射器13-14和激光接收器13-15，半圆筒的剖面安装线路板。

图3是线路板支架的立体图

图4是线路板支架的主视图和A-A剖视图

图中13-13船形线路板支架，13-17大小圆环船头形，13-18半圆筒船身.形。

Claims (10)

1.一种在线防涌防浪激光液位监测仪，触摸显示屏连接PLC和声光报警器，PLC连接专用激光测距传感器和在线密度传感器，专用激光测距传感器与内外双层防涌防浪测量管连接，内外双层防涌防浪测量管的内管里安装有可以上下自由浮动的平涌浮子，内外双层防涌防浪测量管插入泥浆罐的泥浆中，其特征是：使用的方法有内外双管防涌防浪、侧开孔引流、浮子平涌、底板限流、解密还原，工作步骤是专用激光测距传感器发射激光束探射内外双层防涌防浪测量管内的平涌浮子顶面，通过浮子顶面的反射光测得传感器到浮子的距离，并把距离信息及时传输给PLC，同时在线密度传感器把泥浆的密度信息及时传输给PLC，经PLC计算处理就可以把因泥浆密度使浮子浮出泥浆液面的高度值扣减掉，最终获得泥浆液位的真实高度。

2.根据权利要求1所述的在线防涌防浪激光液位监测仪，其特征是：专用激光测距传感器的设计和使用，专用激光测距传感器与内外双层防涌防浪测量管的连接方法，内外双层防涌防浪测量管与泥浆罐的连接方法。

3.根据权利要求1所述的在线防涌防浪激光液位监测仪，其特征是：专用激光测距传感器与在线密度传感器配合使用。

4.根据权利要求2所述专用激光测距传感器，其特征是：不锈钢圆柱形筒体，不锈钢筒竖立时上端内壁有丝扣，自下而上依次螺接密封盖和顶盖，不锈钢筒壁开有一侧孔，安装多芯插座，不锈钢筒的底端内壁有丝扣与环形连接底座螺接，环形连接底座内外有丝扣，外丝扣与不锈钢筒的底端丝扣螺接，内丝扣又分为台阶上部丝扣和台阶下部丝扣两部分，台阶上部丝扣螺接不锈钢筒体内的线路板支架，台阶下部丝扣螺接内外双层防涌防浪测量管，台阶上部丝扣与台阶下部丝扣之间有凸台，凸台上装有玻璃保护罩。

5.根据权利要求4所述专用激光测距传感器内的线路板支架，其特征是：一体化船形设计，船头为大小两个同心圆环，小圆环在大圆环前面，小圆环有外丝扣与环形连接底座的上部丝扣螺接，船身为半圆筒形，大圆环在半圆筒形船身前面，大圆环与半圆筒内外径相同，大圆环外径小于不锈钢筒内径，大圆环内安装激光发射器和激光接收器，半圆筒的剖面安装线路板。

6.根据权利要求1所述的在线防涌防浪激光液位监测仪，其特征是：内外双层防涌防浪测量管为内外双管结构，直径小的内管套在直径大的外管里，内外两管之间必须有距离形成环空，外管的顶端装有减震环，内管在减震环里可以紧密活动，推拉内管可以调节两管总高度，外管壁上安装有顶丝，调节好两管总高度拧紧顶丝固定内管。

7.根据权利要求6所述的内外双层防涌防浪测量管，其特征是：内管壁和外管壁两侧各开有等间距的孔，两侧孔相对相错，内管孔径小于外管孔径，内管开孔数目大于外管开孔数目，内管壁的孔与外管壁的孔错开不在一条垂直线上。

8.根据权利要求6所述的内外双层防涌防浪测量管，其特征是：内管里装有一个可以上下自由浮动的圆柱形浮子，圆柱形浮子的长度小于内管顶端到安装盘的距离，圆柱形浮子的直径略小于内管内径，在液体密度为1.0时浮子顶面与液面持平，圆柱形浮子随泥浆罐内泥浆方量的多少而升降变化。

9.根据权利要求6所述的内外双层防涌防浪测量管，其特征是：内管的底端装有限流底板，限流底板上开有孔，孔径小于圆柱形浮子的直径。

10.根据权利要求2所述的连接方法，其特征是：内管的顶端套有外丝扣，与专用激光测距传感器的环形连接底座的下部内丝扣螺接，内管上部焊接有与内管垂直的安装盘，安装盘上有T型螺丝，T型螺丝可以穿过泥浆罐面网板，调节好安装高度可以用T型螺丝把安装盘与泥浆罐面网板牢固连接。

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