CN216240613U - 一种井下液面监测系统及灌液系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种井下液面监测系统及灌液系统，该井下液面监测系统包括井筒，所述井筒设置有溢流罐，所述井筒与所述溢流罐通过溢流管连通，还包括声音收发装置以及计算模组；所述声音收发装置与所述计算模组信号连接，所述计算模组根据所述声音收发装置发出以及采集到的回声信号实现液面高度的计算；所述井筒的侧壁还设置有连接管路，所述声音收发装置设置于所述连接管路上，通过结构设计，在能够实现井下液面监测的同时，保证监测设备的安装效率，且能够实现降低对钻杆发生干扰的概率。

Description

一种井下液面监测系统及灌液系统

技术领域

本实用新型涉及石油探测开采装置技术领域，具体来说，涉及一种井下液面监测系统及灌液系统。

背景技术

在石油探测开采过程中，常会设置井下液面监测仪以实现井下液面的变化情况监测，从而避免井涌、井漏和井喷事故的发生，其工作原理是通过声波反射原理来监测钻井液的变化情况，现常将仪器直接设置在井口位置，但是每次的安装与拆卸均会造成时间以及体能消耗，且存在影响钻杆的情况。

有鉴于此，特提出本申请。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型一方面提供了一种井下液面监测系统，通过结构设计，在能够实现井下液面监测的同时，保证监测设备的安装效率，且能够实现降低对钻杆发生干扰的概率；另一方面提供了一种灌液系统，对石油钻修井过程中的起钻、下钻、循环、静置和液面监测五种工况进行安全监测的同时，能够实现灌液，提高效率。

第一方面

本实用新型实施例提供了一种井下液面监测系统，包括井筒，所述井筒设置有溢流罐，所述井筒与所述溢流罐通过溢流管连通，还包括声音收发装置以及计算模组；所述声音收发装置与所述计算模组信号连接，所述计算模组根据所述声音收发装置发出以及采集到的回声信号实现液面高度的计算；所述井筒的侧壁还设置有连接管路，所述声音收发装置设置于所述连接管路上。

在本方案中，所述井下液面监测系统基于声波反射的原理进行测距，从而实现井下液面距离的测量，将所述声音收发装置设置在与所述井筒连通的连接管路上，可有效的避免将所述声音收发装置设置在井口位置所带来的安装与拆卸过长以及增加工作人员工作量的问题，且将所述声音收发装置设置在连通管路中，也能够有效的避免设置在进口位置对钻杆带来的影响，通过针对于所述井下液面监测系统的结构设计，在能够实现井下液面监测的同时，保证监测设备的安装效率，且能够实现降低对钻杆发生干扰的概率。

进一步的，所述连接管路与所述井筒的侧壁的连接端相对于所述井筒桶底的高度高于所述溢流管与所述井筒的侧壁的连接端相对于所述井筒桶底的高度，通过针对于所述连通管路的高度设计，能够有效的避免井下积液发生溢流时对所述声音收发装置带来的影响，保证声音收发装置的安全性。

进一步的，还包括控制模块，所述控制模块与所述声音收发装置信号连接，用于实现所述声音收发装置的声音发射周期的控制，通过所述控制模块的结构设计，能够周期性的控制所述声音收发装置进行声音的收发，从而实现液面的实时监测。

进一步的，还包括比较器，所述计算模组以及所述控制模块均与所述比较器信号连接；所述控制模块用于向所述比较器设定第一阈值以及第二阈值，所述第一阈值大于所述第二阈值；所述计算模组用于向所述比较器提供液面的实时数据，从而实现所述实时数据分别与所述第一阈值以及第二阈值进行比较，通过所述比较器的结构设计，能够有效的实现井漏以及溢液状态的判定，从而拓展所述液面监测系统的功能。

进一步的，还包括报警装置，所述报警装置与所述比较器信号连接，所述报警装置具有两种报警状态，当所述实时数据大于所述第一阈值时，所述报警装置呈现第一状态，发出第一报警信号；当所述实时数据小于所述第二阈值时，所述报警装置呈现第二状态，发出第二报警信号，通过所述报警装置的结构设计，能够发出报警信号，从而实现井下液面状态的提醒。

第二方面

本实用新型实施例还提供了一种灌液系统，包括上述井下液面监测系统，还包括用于向所述井筒中灌液的灌液组件，所述灌液组件包括灌液泵、灌液罐，所述灌液泵设置于所述灌液罐与所述井筒之间，所述灌液组件用于接收所述井下液面监测系统监测的液位信息，实现向所述井筒中灌液。

在本方案中，所述灌液系统包括灌液组件以及上述井下液面监测系统，所述井下液面检测系统与所述灌液组件信号连接，所述灌液组件用于接收所述井下液面检测系统监测的井下的液面信息，并通过开启或关闭所述灌液泵的方式，实现向所述井筒中的灌液控制，通过针对于灌液系统的结构设计，对石油钻修井过程中的起钻、下钻、循环、静置和液面监测五种工况进行安全监测的同时，能够实现灌液，提高效率。

进一步的，所述灌液组件还包括用于检测所述灌液组件向所述井筒中灌液量的流量传感器，通过流量传感器的结构设计，能够实时监测灌液量，并进行判定。

进一步的，所述溢流罐设置有用于检测所述溢流罐内液位变化的液位传感器。

进一步的，还包括钻杆，所述钻杆套设于所述井筒中，所述钻杆远离所述井筒桶底的一端设置有起重组件，所述起重组件包括用于实现所述钻杆升降的挂钩以及用于检测下钻柱时所述挂钩悬重的液压传感器。

进一步的，还包括控制系统，所述控制系统包括PLC控制器，所述流量传感器、所述液位传感器以及所述液压传感器均与所述PLC控制器信号连接；还包括与井下液面监测系统信号连接的操控组件，所述操控组件具有显示屏，用于显示井下的实时液位，所述操控组件还与所述PLC控制器，用于实现灌液控制，通过所述控制系统的结构设计，能够结合对应的传感器，实现所述灌液系统的集中控制。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型涉及的一种井下液面监测系统及灌液系统，通过针对于所述井下液面监测系统的结构设计，在能够实现井下液面监测的同时，保证监测设备的安装效率，且能够实现降低对钻杆发生干扰的概率；

2、本实用新型涉及的一种井下液面监测系统及灌液系统，通过针对于所述连通管路的高度设计，能够有效的避免井下积液发生溢流时对所述声音收发装置带来的影响，保证声音收发装置的安全性；

3、本实用新型涉及的一种井下液面监测系统及灌液系统，通过所述控制模块的结构设计，能够周期性的控制所述声音收发装置进行声音的收发，从而实现液面的实时监测；

4、本实用新型涉及的一种井下液面监测系统及灌液系统，通过所述比较器的结构设计，能够有效的实现井漏以及溢液状态的判定，从而拓展所述液面监测系统的功能；

5、本实用新型涉及的一种井下液面监测系统及灌液系统，通过所述报警装置的结构设计，能够发出报警信号，从而实现井下液面状态的提醒；

6、本实用新型涉及的一种井下液面监测系统及灌液系统，通过针对于灌液系统的结构设计，对石油钻修井过程中的起钻、下钻、循环、静置和液面监测五种工况进行安全监测的同时，能够实现灌液，提高效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型整体结构正视示意图；

图2为本实用新型电控模块的示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

100-井筒、120-连接管路、200-溢流罐、210-溢流管、220-液位传感器、300-声音收发装置、400-计算模组、510-灌液泵、520-灌液罐、530-流量传感器、600-钻杆、700-起重组件、710-液压传感器。

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明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本实用新型。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本实用新型至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

实施例

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种井下液面监测系统，包括井筒100，所述井筒100设置有溢流罐200，所述井筒100与所述溢流罐200通过溢流管210连通，还包括声音收发装置300以及计算模组400；所述声音收发装置300与所述计算模组400信号连接，所述计算模组400根据所述声音收发装置300发出以及采集到的回声信号实现液面高度的计算；所述井筒100的侧壁还设置有连接管路120，所述声音收发装置300设置于所述连接管路120上。

其中，所述井筒100侧壁还设置有连接管路120，所述连接管路120与所述井筒100的内腔连通，需要说明的是，作为本领域技术人员应当知晓，在进行钻井的建设过程中，会在井筒100上设计一些功能管路与所述井筒100的内腔连通，所述声音收发装置300可设置在对应的连通管路上，从而实现井筒100内液面的监测，将所述声音收发装置300设置在于所述井筒100连通的联通管路上，可在建设的初期既能实现声音收发装置300的安装，可有效的避免安装以及拆卸的带来的工作量，且设置在对应的连通管路上也能够有效降低对钻杆600发生干扰的概率。

需要说明的是，针对于本方案而言，其通过设置声音收发装置300以及计算模组400，实现距离的判定，其具体的判定方法是较为陈述的现有技术，基于声波反射的原理进行测距，就本方案而言，并未设计到计算机程序的改进。

在本方案中，所述井下液面监测系统基于声波反射的原理进行测距，从而实现井下液面距离的测量，将所述声音收发装置300设置在与所述井筒100连通的连接管路120上，可有效的避免将所述声音收发装置300设置在井口位置所带来的安装与拆卸过长以及增加工作人员工作量的问题，且将所述声音收发装置300设置在连通管路中，也能够有效的避免设置在进口位置对钻杆600带来的影响，通过针对于所述井下液面监测系统的结构设计，在能够实现井下液面监测的同时，保证监测设备的安装效率，且能够实现降低对钻杆600发生干扰的概率。

在一些实施例中，所述连接管路120与所述井筒100的侧壁的连接端相对于所述井筒100桶底的高度高于所述溢流管210与所述井筒100的侧壁的连接端相对于所述井筒100桶底的高度，通过针对于所述连通管路的高度设计，能够有效的避免井下积液发生溢流时对所述声音收发装置300带来的影响，保证声音收发装置300的安全性。

在一些实施例中，还包括控制模块，所述控制模块与所述声音收发装置300信号连接，用于实现所述声音收发装置300的声音发射周期的控制，通过所述控制模块的结构设计，能够周期性的控制所述声音收发装置300进行声音的收发，从而实现液面的实时监测。

其中，所述控制模块与所述声音收发装置300信号连接，用于实现所述声音收发装置300的声音发射周期的控制，所述控制模块用于控制所述声音收发装置300的声音发射周期，通过发射周期的控制，能够实现液面位置的实时监测，需要注意的是，所述控制模块可通过采用周期激发电路的方式，实现声音的周期性发射，作为本领域技术人员应当知晓的，还可采用其他的电路结构，实现声音的周期性激发。

在一些实施例中，还包括比较器，所述计算模组400以及所述控制模块均与所述比较器信号连接；所述控制模块用于向所述比较器设定第一阈值以及第二阈值，所述第一阈值大于所述第二阈值；所述计算模组400用于向所述比较器提供液面的实时数据，从而实现所述实时数据分别与所述第一阈值以及第二阈值进行比较，通过所述比较器的结构设计，能够有效的实现井漏以及溢液状态的判定，从而拓展所述液面监测系统的功能。

在一些实施例中，还包括报警装置，所述报警装置与所述比较器信号连接，所述报警装置具有两种报警状态，当所述实时数据大于所述第一阈值时，所述报警装置呈现第一状态，发出第一报警信号；当所述实时数据小于所述第二阈值时，所述报警装置呈现第二状态，发出第二报警信号，通过所述报警装置的结构设计，能够发出报警信号，从而实现井下液面状态的提醒。

其中，所述第一报警信号以及所述第二报警信号可为声音信号也可为灯光信号，需要说明的是，设置两个报警信号的目的在于进行具体的井下液面状态的区分，从而判定井筒100为井漏状态或溢液状态，故基于此，当两者同时为声音信号时，两者声音应当不同，当两者同时为灯光信号时，两者发出的灯光应当不同。

如图2所示，本实用新型实施例还提供了一种灌液系统，包括上述井下液面监测系统，还包括用于向所述井筒100中灌液的灌液组件，所述灌液组件包括灌液泵510、灌液罐520，所述灌液泵510设置于所述灌液罐520与所述井筒100之间，所述灌液组件用于接收所述井下液面监测系统监测的液位信息，实现向所述井筒100中灌液。

其中，所述灌液组件用于接收所述井下液面监测系统监测的液位信息，实现向所述井筒100中灌液，作为本领域技术人员应当知晓，当所述井下液位过低时，可开启所述灌液泵510，从而对井筒100内进行补液。

具体的，所述灌液组件接收所述井下液面监测系统监测的液位信息从而实现对井筒100内进行补液，通过控制系统与所述井下液面监测系统以及所述灌液泵510连接，从而实现集中控制。

在本方案中，所述灌液系统包括灌液组件以及上述井下液面监测系统，所述井下液面检测系统与所述灌液组件信号连接，所述灌液组件用于接收所述井下液面检测系统监测的井下的液面信息，并通过开启或关闭所述灌液泵510的方式，实现向所述井筒100中的灌液控制，通过针对于灌液系统的结构设计，对石油钻修井过程中的起钻、下钻、循环、静置和液面监测五种工况进行安全监测的同时，能够实现灌液，提高效率。

在一些实施例中，所述灌液组件还包括用于检测所述灌液组件向所述井筒100中灌液量的流量传感器530，通过流量传感器530的结构设计，能够实时监测灌液量，并进行判定。

在一些实施例中，所述溢流罐200设置有用于检测所述溢流罐200内液位变化。

其中，所述液位传感器220用于检测所述溢流罐200内液位变化，具体的，所述液位传感器220可为超声波液位计，对应的超声波液位计设置在所述溢流罐200灌顶位置。

在一些实施例中，还包括钻杆600，所述钻杆600套设于所述井筒100中，所述钻杆600远离所述井筒100桶底的一端设置有起重组件700，所述起重组件700包括用于实现所述钻杆600升降的挂钩以及用于检测下钻柱时所述挂钩悬重的液压传感器710。

具体的，所述液压传感器710用于监测所述挂钩的压力变化，并可通过对应的压力变化情况得到对应的起钻柱数，从而实现开启灌注泵进行灌液。

在一些实施例中，还包括控制系统，所述控制系统包括PLC控制器，所述流量传感器530、所述液位传感器220以及所述液压传感器710均与所述PLC控制器信号连接；还包括与井下液面监测系统信号连接的操控组件，所述操控组件具有显示屏，用于显示井下的实时液位，所述操控组件还与所述PLC控制器，用于实现灌液控制，通过所述控制系统的结构设计，能够结合对应的传感器，实现所述灌液系统的集中控制。

其中，所述操控组件可为电脑或工控机。

其中，所述显示屏可显示具体工况的人机交互界面，包括起钻界面、下钻界面、循环界面、静置界面和液面监测界面，可通过对应的液面监测界面设定监测周期、最高液面深度、最低液面深度和安全液面深度。

具体的，所述灌液系统可针对于如下工况进行液位控制：

在起钻过程中，液压传感器710采集所述挂钩的压力变化，并可通过对应的压力变化情况得到对应的起钻柱数，当起钻柱数达到设定值时，控制系统控制灌液泵510进行补液，所述流量传感器530监测具体的补液量，当补液量达到相应的排代量时，停止补液，其中，所述井下液面检测系统实时监测井下的液位情况，并通过设置具体的阈值，进行溢流报警；

在下钻时，利用起钻同样的原理检测下钻柱数，当下钻柱数达到设定值时，根据所述液位传感器220监测到的溢流罐200中液位变化值，来判断是否溢流或井漏，当变化值大于相应的排代量时，则为溢流并报警，小于时为井漏并报警；

在循环工况时，按设定时间定时监测井涌和井漏，通过所述井下液面监测系统的实测液位与预设液位变量，计算分析判断井漏和井涌，并声光报警。

在静置工况时，当时间达设定时间Tj时，按设定量自动监测溢流，当罐内液量大于设定量时则为溢流并发出声光报警。

井筒100监测灌液：由所述井下液面监测系统监测井筒100液位高度，灌液系统读取对应井下液位高度，当液位高度达到设定值时，则自动启动泵向井筒100灌液，由流量传感器530检测到灌液量为计算的灌液量时，自动停泵。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种井下液面监测系统，包括井筒(100)，所述井筒(100)设置有溢流罐(200)，所述井筒(100)与所述溢流罐(200)通过溢流管(210)连通，其特征在于，

还包括声音收发装置(300)以及计算模组(400)；

所述声音收发装置(300)与所述计算模组(400)信号连接，所述计算模组(400)根据所述声音收发装置(300)发出以及采集到的回声信号实现液面高度的计算；

所述井筒(100)的侧壁还设置有连接管路(120)，所述声音收发装置(300)设置于所述连接管路(120)上。

2.根据权利要求1所述的一种井下液面监测系统，其特征在于，所述连接管路(120)与所述井筒(100)的侧壁的连接端相对于所述井筒(100)桶底的高度高于所述溢流管(210)与所述井筒(100)的侧壁的连接端相对于所述井筒(100)桶底的高度。

3.根据权利要求1所述的一种井下液面监测系统，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块与所述声音收发装置(300)信号连接，用于实现所述声音收发装置(300)的声音发射周期的控制。

4.根据权利要求3所述的一种井下液面监测系统，其特征在于，还包括比较器，所述计算模组(400)以及所述控制模块均与所述比较器信号连接；所述控制模块用于向所述比较器设定第一阈值以及第二阈值，所述第一阈值大于所述第二阈值；所述计算模组(400)用于向所述比较器提供液面的实时数据，从而实现所述实时数据分别与所述第一阈值以及第二阈值进行比较。

5.根据权利要求4所述的一种井下液面监测系统，其特征在于，还包括报警装置，所述报警装置与所述比较器信号连接，所述报警装置具有两种报警状态，当所述实时数据大于所述第一阈值时，所述报警装置呈现第一状态，发出第一报警信号；当所述实时数据小于所述第二阈值时，所述报警装置呈现第二状态，发出第二报警信号。

6.一种灌液系统，其特征在于，包括权利要求1-5任一所述的一种井下液面监测系统，还包括用于向所述井筒(100)中灌液的灌液组件，所述灌液组件包括灌液泵(510)、灌液罐(520)，所述灌液泵(510)设置于所述灌液罐(520)与所述井筒(100)之间，所述灌液组件用于接收所述井下液面监测系统监测的液位信息，实现向所述井筒(100)中灌液。

7.根据权利要求6所述的一种灌液系统，其特征在于，所述灌液组件还包括用于检测所述灌液组件向所述井筒(100)中灌液量的流量传感器(530)。

8.根据权利要求7所述的一种灌液系统，其特征在于，所述溢流罐(200)设置有用于检测所述溢流罐(200)内液位变化的液位传感器(220)。

9.根据权利要求8所述的一种灌液系统，其特征在于，还包括钻杆(600)，所述钻杆套设于所述井筒(100)中，所述钻杆(600)远离所述井筒(100)桶底的一端设置有起重组件，所述起重组件(700)包括用于实现所述钻杆(600)升降的挂钩以及用于检测下钻柱时所述挂钩悬重的液压传感器(710)。

10.根据权利要求9所述的一种灌液系统，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统包括PLC控制器，所述流量传感器(530)、所述液位传感器以及所述液压传感器(710)均与所述PLC控制器信号连接；还包括与井下液面监测系统信号连接的操控组件，所述操控组件具有显示屏，用于显示井下的实时液位，所述操控组件还与所述PLC控制器，用于实现灌液控制。

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