CN208137933U - 一种智能液位监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能液位监测装置，安装在石油钻井井口的防溢管上，防溢管具有排出管，包括与防溢管连通的监测管道以及位于监测管道上的液位计，监测管道与防溢管的接口位于排出管的下方，液位计位于排出管的上方，在监测管道上开设有位于排出管上方的排气口。不同于现有技术中通过对循环罐内返出钻井液液位或高架槽出口处钻井液的流量变化来监测溢流、井漏，本实用新型不需要通过排出管来监测钻井液的液位或流量的变化，而是通过监测管道与防溢管连接构成连通器，当钻井液到达排出管时，液位计能够对监测管道中钻井液的液位进行检测，从而尽早发现溢流、井漏，有效防止井喷事故的发生。

Description

一种智能液位监测装置

技术领域

本实用新型涉及石油钻井设备技术领域，具体来说，是指一种智能液位监测装置。

背景技术

在石油钻井生产中，处于井口防喷器组顶上的井口防溢管是钻井泥浆的排出通道。正常钻井时，泥浆泵将钻井液泵入钻柱内，钻井液通过钻柱到达钻头，再经过环空返回井口，最后通过井口防溢管排出到地面，完成一个循环。不管钻井液是否循环，只要防溢管内的钻井液处于正常位置，则整个井内就充满了钻井液，钻井生产就是安全的；当防溢管内的钻井液处于异常位置或者完全没有时，就可能预示着两种情况即将发生或者已经发生。一是“井漏”；二是由于井内钻井液液位下降，钻井液液柱产生的压力减少，可能发生“井喷”。这两种事故都严重威胁和危害钻井生产人员及设备的安全。因此，在钻井生产中，必须随时预防和监测这些可能发生的事故。

目前，石油钻井现场监测的方法大致有两种：一是通过对循环罐内返出钻井液液位的变化量监测来实现的。这种监测方法因循环罐面积较大，使得监测结果滞后；循环罐上安装的液位传感器监测的是行业规定值，但此规定值受钻井装置及钻井工艺流程的影响因素较多，使得溢流、井漏监测准确性非常低；循环罐内安装的搅拌器造成罐内液位较大的波动，也降低了溢流、井漏监测的准确性；井口返出的钻井液需要清除其中的岩屑才能进入循环罐，由于清除的岩屑会带走一部分钻井液，会造成循环罐内的液位存在一定的下降量，但上述规定值并没有考虑到这些影响的因素，造成溢流、井漏监测准确性降低。

二是通过监测高架槽出口处的返出流量的变化量来实现。但是高架槽的安装基本是水平状态，槽内液流形态为非满管的流体状态，并且槽底还有一定的固相沉淀物，因此，利用这种情况下测得的流量监测溢流和井漏，其准确性同样是非常低的。

综合上述原因分析，通过对循环罐内返出钻井液液位和高架槽出口处流量的变化量来监测溢流、井漏，存在监测结果滞后、准确性低、不能及早发现溢流、井漏的缺陷，极易错过发现溢流、井漏的最佳时机，最终发生井喷事故，给钻井施工带来较大的安全隐患。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能液位监测装置，以解决现有技术中通过对循环罐内返出钻井液液位或高架槽出口处钻井液的流量变化来监测溢流、井漏，存在监测结果滞后、准确性低、不能及早发现溢流、井漏的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种智能液位监测装置，安装在石油钻井井口的防溢管上，防溢管具有排出管，包括与防溢管连通的监测管道以及位于监测管道上的液位计，所述监测管道与防溢管的接口位于排出管的下方，所述液位计位于排出管的上方，在监测管道上开设有位于排出管上方的排气口。

本实用新型的工作原理是：将监测管道与防溢管连接构成连通器，实现监测管道和防溢管二者之间的直接相通，当钻井液到达排出管时，液位计能够对监测管道中钻井液的液位进行检测，而防溢管又是井筒的延伸部分，通过液位计对监测管道内液位的实时监测来直接监测井筒内液位的变化情况，能够尽早发现溢流、井漏，有效防止井喷事故的发生。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述监测管道包括测量管与短节管，短节管与防溢管连通并固接，测量管通过接头与短节管密封并可拆卸连接。

进一步，所述短节管的内壁上涂覆有憎水涂层或憎油涂层。

进一步，所述接头为扣压式胶管接头。

进一步，所述防溢管上还设有与防溢管固定连接的支架，测量管安装在支架中并与防溢管平行。

进一步，所述液位计上设有可收发LoRa扩频信号的天线。

进一步，所述液位计上还设有位于天线上方的防雨罩。

进一步，所述液位计为超声波液位计、浮子式液位计、激光液位计、光纤液位计或雷达式液位计。

进一步，所述液位计为具有a电极、b电极以及c电极的电极式液位计。

进一步，所述a电极端部位于排出管的上管口，b电极位于排出管的中心，c电极位于排出管的下管口。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点及有益效果：

(1)不同于现有技术中通过对循环罐内返出钻井液液位或高架槽出口处钻井液的流量变化来监测溢流、井漏，本实用新型不需要通过排出管来监测钻井液的液位或者流量的变化，而是通过监测管道与防溢管连接构成连通器，当钻井液到达排出管时，液位计即能够对监测管道中钻井液的液位进行检测，从而尽早发现溢流、井漏，有效防止井喷事故的发生。

(2)本实用新型的短节管与防溢管固定连接，测量管与短节管可拆卸连接，有利于监测装置的快速安装，并且短节管内不易残留岩屑等固相沉淀物，进一步提高了对钻井液液位测量的精确程度。

(3)本实用新型在短节管的内壁上涂覆憎水涂层或憎油涂层，能够进一步避免岩屑等固相沉淀物残留在短节管中，在提高对钻井液液位测量精度的同时，也避免了岩屑等固相沉淀物对短节管造成堵塞的问题。

(4)本实用新型的扣压式胶管接头安装方便，便于测量管与短节管的快速连接，并且扣压式胶管接头具有良好的密封效果，能够有效防止钻井液由于外泄而导致其测量的不准确。

(5)本实用新型的天线可收发LoRa扩频信号，抗干扰性强，实现了信号的无线传输，使本实用新型能够成为液位数字化监测的重要手段，为工程技术人员和机构提供了准确的生产数据。

(6)本实用新型在监测过程中，当液位计测得监测管道内的液位大于或小于门限值时，液位计通过天线将信号无线传输给主机，主机发出溢流或井漏的报警信号，以便于操作人员的观察及后续使用该数据。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的一种实施方式结构示意图；

图2是本实用新型的另一种实施方式结构示意图；

图中，1—天线；2—防雨罩；3—液位计；4—排气口；5—测量管；6—支架；7—a电极；8—b电极；9—c电极；10—接头；11—短节管；12—排出管；13—防溢管。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全面的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

实施例1：

一种智能液位监测装置，如图1所示，该装置安装在石油钻井井口的防溢管13上，防溢管13具有排出管12，该装置包括与防溢管13连通的监测管道以及位于监测管道上的液位计3，其中，监测管道包括测量管5与短节管11，短节管11具有结构弯角，可实现短节管11内自动清除返出岩屑或钻井液的沉淀，以避免岩屑等固相沉淀物堆积在短节管11中，短节管11与防溢管13焊接一体成型并连通。测量管5的顶部开设有便于气体排出的排气口4，使测量管5能够与防溢管13形成连通器结构，为了使气体顺利排出，并且保持结构的稳定，沿测量管5的周向开有4～6个排气口4，测量管5通过接头10与短节管11密封并可拆卸连接，优选地，接头10采用扣压式胶管接头，扣压式胶管接头安装方便，便于测量管5与短节管11的快速连接，并且扣压式胶管接头具有良好的密封效果，能够有效防止钻井液由于外泄而导致其测量的不准确。当不需要监测钻井液液位时，可以拆下测量管5，以便于管件的存放；当需要监测钻井液液位时，通过扣压式胶管接头能够快速的对测量管5进行安装。

如图1所示，短节管11与防溢管13的接口位于排出管12的下方，液位计3安装在排出管12的顶部，当钻井液到达排出管12时，液位计3能够对测量管5内钻井液的液位进行检测。本实用新型由于不同于现有技术中通过对循环罐内返出钻井液液位或高架槽出口处钻井液的流量变化来监测溢流、井漏，本实用新型不需要通过排出管12来监测钻井液的液位或流量的变化，而是通过与防溢管13构成连通器的测量管5来监测钻井液的液位，因此，能够尽早发现溢流、井漏，有效防止井喷事故的发生。

另外，本实用新型在短节管11的内壁上，根据钻井液性质的不同涂覆有憎水涂层或憎油涂层，进一步提高短节管11内自动清污的效果，当钻井液到达短节管11后，钻井液中的岩屑等固相沉淀物才不会堆积在短节管11中，避免了对短节管11造成的堵塞，并且避免了由于岩屑等固相沉淀物堆积而对监测结果造成的影响。

如图1所示，为了保证所安装的测量管5的稳定性，在防溢管13上还设有与防溢管13固定连接的支架6，测量管5安装在支架6中并与防溢管13平行，这样更有利于液位计3对钻井液的监测。

如图1所示，上述液位计3上设有可收发LoRa扩频信号的天线1，LoRa扩频信号抗干扰性强，能够实现信号的无线传输，液位计3通过无线传输将信号传输至主机，主机发出溢流或井漏的报警信号，以便于操作人员接收。在天线1的顶部设有防雨罩2，以避免长期户外使用对天线1造成损害。液位计3通过丝扣连接在测量管5的顶部，防雨罩2过盈配合套接在液位计3上。

其中，液位计3可以为超声波液位计，超声波液位计由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到钻井液液位的距离，从而能够对钻井液液位进行连续的监测。液位计3还可以是机械传动的浮子式液位计，或者是抗干扰性强的激光液位计，或者是采用无源设计的光纤液位计，或者是精确度较高的雷达式液位计。以上液位计均能对测量管5中钻井液的液位进行有效的监测，但本实用新型不仅限于所列举的这些液位计。

实施例2：

作为优选的，为更好地实现本实用新型，在上述实施例的基础上进一步优化，特别采用下述设置结构：

如图2所示，本实施例与上述实施例的不同之处在于：所采用的液位计3为具有a电极7、b电极8以及c电极9的电极式液位计，并且a电极7端部位于排出管12的上管口，b电极8位于排出管12的中心，c电极9位于排出管12的下管口。设定排出管12的底部与c电极9之间的高度为H1，排出管12的底部与b电极8之间的高度为H2，排出管12的底部与a电极7之间的高度为H3，排出管12的外径为φ。测量管5内的液位门限值：

H1＝10～30mm

H2mi n＝H2-(10～30)mm

H2max＝H2+(10～30)mm

H3＝φ-(5～20)mm。

监测过程中，当液位计3测得测量管5内的液位低于监测点位置H1时，液位计3发出井漏报警信号；当液位计3测得测量管5内的液位到达监测点位置H3处时，液位计3发出井筒内溢流的报警信号。

本实用新型的液位监测装置通过对测量管5内液位的变化可直接监测井筒内液位的变化情况，解决了现场因溢流、井漏的监测不准确，不能尽早发现溢流、井漏进而造成井喷的难题。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种智能液位监测装置，安装在石油钻井井口的防溢管(13)上，防溢管(13)具有排出管(12)，其特征在于：包括与防溢管(13)连通的监测管道以及位于监测管道上的液位计(3)，所述监测管道与防溢管(13)的接口位于排出管(12)的下方，所述液位计(3)位于排出管(12)的上方，在监测管道上开设有位于排出管(12)上方的排气口(4)。

2.根据权利要求1所述的智能液位监测装置，其特征在于：所述监测管道包括测量管(5)与短节管(11)，短节管(11)与防溢管(13)连通并固接，测量管(5)通过接头(10)与短节管(11)密封并可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的智能液位监测装置，其特征在于：所述短节管(11)的内壁上涂覆有憎水涂层或憎油涂层。

4.根据权利要求3所述的智能液位监测装置，其特征在于：所述接头(10)为扣压式胶管接头。

5.根据权利要求4所述的智能液位监测装置，其特征在于：所述防溢管(13)上还设有与防溢管(13)固定连接的支架(6)，测量管(5)安装在支架(6)中并与防溢管(13)平行。

6.根据权利要求1至5任一项所述的智能液位监测装置，其特征在于：所述液位计(3)上设有可收发LoRa扩频信号的天线(1)。

7.根据权利要求6所述的智能液位监测装置，其特征在于：所述液位计(3)上还设有位于天线(1)上方的防雨罩(2)。

8.根据权利要求7所述的智能液位监测装置，其特征在于：所述液位计(3)为超声波液位计、浮子式液位计、激光液位计、光纤液位计或雷达式液位计。

9.根据权利要求7所述的智能液位监测装置，其特征在于：所述液位计(3)为具有a电极(7)、b电极(8)以及c电极(9)的电极式液位计。

10.根据权利要求9所述的智能液位监测装置，其特征在于：所述a电极(7)端部位于排出管(12)的上管口，b电极(8)位于排出管(12)的中心，c电极(9)位于排出管(12)的下管口。