CN202000934U - 防涌防浪激光液位监测仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型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。防涌防浪激光液位监测仪，包括防涌防浪测量管、激光测距传感器、在线密度传感器、PLC，防涌防浪测量管垂直插入泥浆罐中，防涌防浪测量管内放置平涌浮子，激光测距传感器与防涌防浪测量管相连，PLC连接着激光测距传感器和在线密度传感器，在线密度传感器插入泥浆罐。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。
Description
技术领域
本实用新型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，本实用新型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。
本实用新型提供的技术方案是：
防涌防浪激光液位监测仪，包括防涌防浪测量管、激光测距传感器、在线密度传感器、PLC，防涌防浪测量管垂直插入泥浆罐中，防涌防浪测量管内放置平涌浮子，激光测距传感器与防涌防浪测量管相连，PLC连接着激光测距传感器和在线密度传感器，在线密度传感器插入泥浆罐。
具体的，还包括声光报警器和触摸显示屏，声光报警器和触摸显示屏分别与PLC相连。
具体的，防涌防浪测量管由内、外管构成，外管套在内管外，外管与内管之间形成环空，内管与外管管壁上开有孔。
优选的，平涌浮子的长度小于内管顶端到泥浆罐罐顶的距离。
优选的，内管开孔数目大于外管开孔数目。
优选的，内管壁上的孔与外管壁上的孔交叉错开成直角。
优选的，在内管的底端有中间开孔的限流板，限流板中间开的孔的直径小于平涌浮子的直径。
优选的，外管上安有顶丝，顶丝穿过外管固定内管。
优选的，外管的顶端装有减震环。
优选的，自上而下在内管管壁两侧开有等间距的小孔，两溜小孔相对设置，两溜小孔的高度不同。
优选的，自上而下在外管管壁两侧开有等间距的小孔，两溜小孔相对设置，两溜小孔的高度不同。
具体的，激光测距传感器外部为不锈钢圆筒，不锈钢圆筒顶端内壁有丝扣与密封盖和顶盖连接，在不锈钢圆筒筒壁上安装一个多芯插座，环形连接底座内外壁上均有丝扣，不锈钢圆筒的底端内壁有丝扣与环形连接底座螺接，环形连接底座内壁上设有环形凸台，环形连接底座的内部丝扣分为台阶上部丝扣和台阶下部丝扣两部分，台阶上部丝扣螺接线路板支架，台阶下部丝扣螺接防涌防浪测量管，环形凸台上方装有玻璃保护罩，线路板支架前端为外壁有螺纹的圆筒，圆筒内安装激光发射器和激光接收器，线路板支架前端的圆筒与环形连接底座的台阶上部丝扣螺接，线路板支架后端为半剖的圆筒，线路板安装在半剖的圆筒上。
优选的，半剖的圆筒外径小于不锈钢圆筒的内径。
本实用新型是由防涌防浪测量管、激光测距传感器、在线密度传感器、PLC及触摸显示屏等构成。本实用新型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。防涌防浪测量管的内、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。圆柱形平涌浮子的长度小于内管顶端到安装盘的距离。安装盘固定在泥浆罐的罐顶。圆柱形平涌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，激光测距传感器连续不断的发射激光束探射平涌浮子，并通过平涌浮子表面的反射测得激光测距传感器到平涌浮子的距离，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在线密度传感器，它会及时寻访到激光测距传感器的初始高度，同时也会寻访到在线密度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平涌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。
本实用新型的技术核心是：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。
本实用新型的有益效果是：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
图1是本实用新型的结构原理图
图2是激光测距传感器的备件装配图
图3是线路板支架的立体图
图4是线路板支架的主视图
图5是图4中A-A剖视图
具体实施方式
如图所示，防涌防浪激光液位监测仪，包括防涌防浪测量管、激光测距传感器13、在线密度传感器18、PLC20、声光报警器19和触摸显示屏21。
防涌防浪测量管垂直插入泥浆罐15中，防涌防浪测量管内放置平涌浮子10，激光测距传感器13与防涌防浪测量管相连，PLC20连接着激光测距传感器13和在线密度传感器18，在线密度传感器18插入泥浆罐。声光报警器19和触摸显示屏21分别与PLC 20相连。平涌浮子10的长度小于内管1顶端到泥浆罐罐顶的距离。
防涌防浪测量管由内管1、外管2构成，外管2套在内管1外，内管1与外管2管壁上开有孔。外管2上安有顶丝9，顶丝9穿过外管2固定内管1。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。内管1开孔数目大于外管2开孔数目。内管1壁上的孔与外管2壁上的孔交叉错开成直角。在内管1 的底端有中间开孔的限流板12，限流板12中间开的孔的直径小于平涌浮子10的直径。外管2的顶端装有减震环8。自上而下在内管1管壁两侧开有等间距的小孔7，两溜小孔7相对设置，两溜小孔7的高度不同。自上而下在外管2管壁两侧开有等间距的小孔11，两溜小孔11相对设置，两溜小孔11的高度不同。
激光测距传感器外部为不锈钢圆筒13-1，不锈钢圆筒顶端内壁有丝扣13-2与密封盖13-4和顶盖13-3连接，在不锈钢圆筒13-1筒壁上安装一个多芯插座13-5，环形连接底座13-7内外壁上均有丝扣，不锈钢圆筒13-1的底端内壁有丝扣与环形连接底座13-7螺接，环形连接底座13-7内壁上设有环形凸台13-9，环形连接底座13-7的内部丝扣分为台阶上部丝扣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，环形凸台13-9上方装有玻璃保护罩13-12，线路板支架13-13前端为外壁有螺纹的圆筒13-17，圆筒13-17内安装激光发射器13-14和激光接收器13-15，线路板支架前端的圆筒13-17与环形连接底座13-7的台阶上部丝扣13-10螺接，线路板支架13-13后端为半剖的圆筒13-18，线路板安装在半剖的圆筒13-18上。半剖的圆筒13-18外径小于不锈钢圆筒13-1的内径。
图1所示，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即泥浆罐的罐顶牢固连接。在安装盘4的下方，自上而下在内管1管壁两侧开有等间距的小孔7，两溜小孔相对相错；即两溜小孔相对设置，且两溜小孔的高度不同。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形平涌浮子10，其功能一是把涌动力降到最小；二是为激光测距传感器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管壁的两侧也开有等间距的小孔11，两溜小孔相对相错；即两溜小孔相对设置，且两溜小孔的高度不同。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。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，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。PLC20连接激光测距传感器13和在线密度传感器18并读取泥浆的液位方量和密度值，PLC把因密度变化使平涌浮子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PLC 20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。防涌防浪测量管的外管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，使液体只能通过外管2管壁上的孔11进入内、外管之间的环空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里的平涌浮子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，而通过内管1、外管2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所示，激光测距传感器13外部设计为不锈钢圆筒，不锈钢圆筒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下方不锈钢圆筒壁开有一侧孔，安装多芯插座13-5。不锈钢圆筒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与不锈钢圆筒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前端为外壁有螺纹的圆筒，圆筒内安装激光发射器和激光接收器，线路板支架13-13前端与环形连接底座13-7的台阶上部丝扣螺接，线路板支架13-13后端为半剖的圆筒13-18，线路板安装在半剖的圆筒13-18上。半剖的圆筒外径小于不锈钢圆筒的内径。
Claims (13)
1.防涌防浪激光液位监测仪，其特征在于，包括防涌防浪测量管、激光测距传感器、在线密度传感器、PLC，防涌防浪测量管垂直插入泥浆罐中，防涌防浪测量管内放置平涌浮子，激光测距传感器与防涌防浪测量管相连，PLC连接着激光测距传感器和在线密度传感器，在线密度传感器插入泥浆罐。
2.根据权利要求1所述防涌防浪激光液位监测仪，其特征在于，还包括声光报警器和触摸显示屏，声光报警器和触摸显示屏分别与PLC相连。
3.根据权利要求1所述防涌防浪激光液位监测仪，其特征在于，防涌防浪测量管由内、外管构成，外管套在内管外，外管与内管之间形成环空，内管与外管管壁上开有孔。
4.根据权利要求3所述防涌防浪激光液位监测仪，其特征在于，平涌浮子的长度小于内管顶端到泥浆罐罐顶的距离。
5.根据权利要求3所述防涌防浪激光液位监测仪，其特征在于，内管开孔数目大于外管开孔数目。
6.根据权利要求3所述防涌防浪激光液位监测仪，其特征在于，内管壁上的孔与外管壁上的孔交叉错开成直角。
7.根据权利要求3所述防涌防浪激光液位监测仪，其特征在于，在内管的底端有中间开孔的限流板，限流板中间开的孔的直径小于平涌浮子的直径。
8.根据权利要求3所述防涌防浪激光液位监测仪，其特征在于，外管上安有顶丝，顶丝穿过外管固定内管。
9.根据权利要求3所述防涌防浪激光液位监测仪，其特征在于，外管的顶端装有减震环。
10.根据权利要求3所述防涌防浪激光液位监测仪，其特征在于，自上而下在内管管壁两侧开有等间距的小孔，两溜小孔相对设置，两溜小孔的高度不 同。
11.根据权利要求3所述防涌防浪激光液位监测仪，其特征在于，自上而下在外管管壁两侧开有等间距的小孔，两溜小孔相对设置，两溜小孔的高度不同。
12.根据权利要求1所述防涌防浪激光液位监测仪，其特征在于，激光测距传感器外部为不锈钢圆筒，不锈钢圆筒顶端内壁有丝扣与密封盖和顶盖连接，在不锈钢圆筒筒壁上安装一个多芯插座，环形连接底座内外壁上均有丝扣，不锈钢圆筒的底端内壁有丝扣与环形连接底座螺接，环形连接底座内壁上设有环形凸台，环形连接底座的内部丝扣分为台阶上部丝扣和台阶下部丝扣两部分，台阶上部丝扣螺接线路板支架，台阶下部丝扣螺接防涌防浪测量管，环形凸台上方装有玻璃保护罩，线路板支架前端为外壁有螺纹的圆筒，圆筒内安装激光发射器和激光接收器，线路板支架前端的圆筒与环形连接底座的台阶上部丝扣螺接，线路板支架后端为半剖的圆筒，线路板安装在半剖的圆筒上。
13.根据权利要求12所述防涌防浪激光液位监测仪，其特征在于，半剖的圆筒外径小于不锈钢圆筒的内径。
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| CN2010206898222U CN202000934U (zh) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | 防涌防浪激光液位监测仪 |
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| CN2010206898222U CN202000934U (zh) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | 防涌防浪激光液位监测仪 |
Publications (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107167218A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-09-15 | 濮阳市百福瑞德石油科技有限公司 | 防泥浆堵塞的液位传感器测量管及液位传感器 |
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2010
- 2010-12-30 CN CN2010206898222U patent/CN202000934U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN107167218A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-09-15 | 濮阳市百福瑞德石油科技有限公司 | 防泥浆堵塞的液位传感器测量管及液位传感器 |
| CN107167218B (zh) * | 2017-07-10 | 2023-08-22 | 濮阳市百福瑞德石油科技有限公司 | 防泥浆堵塞的液位传感器测量管及液位传感器 |
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