專利名稱：井下液位監(jiān)控系統(tǒng)及其監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆井作業(yè)使用的監(jiān)控系統(tǒng)，具體涉及井下液位監(jiān)控系統(tǒng)及其監(jiān)控方法。
背景技術(shù)：
在石油鉆井、修井過程中，井涌和井漏是一種經(jīng)常出現(xiàn)的事故，給石油工業(yè)帶來巨大的人員、財力損失。目前國內(nèi)主要采用在地面泥漿罐內(nèi)對泥漿液位進行監(jiān)測，泥漿罐內(nèi)泥漿液位升高表示井涌、泥漿液位降低表示井漏。這種監(jiān)測泥漿罐液位的方法有很大的缺點首先，泥漿必須從井口通過防溢管流過振動篩、再經(jīng)泥漿槽流回到泥漿罐，使得監(jiān)測井涌和井漏需要的反應(yīng)時間長；其次，由于泥漿罐體積大，發(fā)生井涌或井漏后，泥漿灌液位變化緩慢，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)控井涌和井漏事故的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種快速、靈敏監(jiān)測井涌和井漏的井下液位監(jiān)控系統(tǒng)及其監(jiān)控方法。
本發(fā)明的一種井下液位監(jiān)控系統(tǒng)包括雷達液位儀、壓差液位儀和聲納裝置，雷達液位儀被安裝在井口防溢管上；防溢管下端安裝封井器；封井器下端安裝四通內(nèi)外閥門；四通內(nèi)外閥門下端安裝套管頭閥門；套管頭閥門下端連接井筒套管；壓差液位儀和聲納裝置被安裝在井口四通內(nèi)外閥門之間(或套管頭外側(cè)閥門上)；泥漿泵，通過泥漿上水管線抽取泥漿罐內(nèi)泥漿，并通過直立管灌輸?shù)姐@桿頂端；設(shè)置井口地面的一套灌漿泵，灌漿泵從通過管線與泥漿罐上水管線相連，用于必要時從泥漿罐中抽汲泥漿直接注入到防溢管內(nèi)，用來保持井筒內(nèi)泥漿液位高度，灌漿泵由工控計算機控制，可調(diào)節(jié)灌輸泥漿流量；雷達液位儀、壓差液位儀、聲納裝置的液位測量數(shù)據(jù)均通過信號電纜傳輸?shù)轿挥阡浘績?nèi)的工控計算機內(nèi)；外夾式流量計，安放在直立管上用于測量灌輸?shù)姐@桿內(nèi)的泥漿流量。
上述井下液位監(jiān)控系統(tǒng)，聲納裝置由高壓氮氣瓶和聲納槍組成，高壓氮氣瓶通過聲納槍向井筒內(nèi)釋放瞬間爆破聲波。
上述井下液位監(jiān)控系統(tǒng)，聲納裝置也可以安裝在套管頭閥門外側(cè)(或下四通內(nèi)外控閥門之間)，采用高壓法蘭盤連接套管頭閥門。
本發(fā)明的井下液位監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法如下在鉆進/泥漿循環(huán)過程中，利用安裝在防溢管上的雷達液位儀監(jiān)測防溢管內(nèi)泥漿液位，并將數(shù)據(jù)傳輸給工控計算機，當工控計算機判斷泥漿液位低于預(yù)定位置則發(fā)出井漏報警，當判斷泥漿液位高于預(yù)定位置則發(fā)出井涌報警；在起鉆、下鉆過程中，正常液位應(yīng)當保持在四通內(nèi)外閥門位置(H1)與封井器上端口(H2)之間，利用安裝在四通內(nèi)外閥門位置之間的壓差液位儀進行監(jiān)測液位，監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸給工控計算機，當工控計算機判斷液位低于H1時，發(fā)出指令啟動灌漿泵通過防溢管下部分向井筒內(nèi)灌輸泥漿，當工控計算機判斷液位高于或等于H2時，發(fā)出指令停止灌漿泵向井筒內(nèi)灌輸泥漿；當工控計算機監(jiān)測到泥漿液位長時間低于四通內(nèi)外閥門安裝位置時，工控計算機判斷進入井漏狀態(tài)，此時工控計算機啟動聲納裝置采用壓縮氮氣做動力，向井筒內(nèi)發(fā)射脈沖聲波，脈沖聲波沿井筒與鉆桿之間環(huán)形空間向井底傳播，遇井筒內(nèi)泥漿液位后，從井筒內(nèi)沿鉆桿上返回，聲納裝置接受到返回的脈沖聲波后轉(zhuǎn)換為電信號傳輸給工控計算機，工控計算機自動記錄脈沖信號，由于鉆桿接頭的直徑和厚度大于鉆桿本體直徑、厚度，脈沖聲波在鉆桿接頭傳播時，波形的振幅要大一些，所對應(yīng)的電信號強度也大，工控計算機計算強信號的數(shù)量，每一個強信號就代表一根鉆桿，從而井筒內(nèi)液位位置到地面之間的鉆桿數(shù)量，從而推算出井下液位的深度；工控計算機根據(jù)井筒內(nèi)液位深度調(diào)節(jié)灌漿泵灌輸泥漿的流量，啟動灌漿泵向井筒內(nèi)灌輸泥漿。
利用本發(fā)明的井下液位監(jiān)控系統(tǒng)和方法，可以及時、有效監(jiān)控鉆井作業(yè)各個過程中泥漿液位，并及時、準確控制泥漿液位保持在適當、安全位置。


圖1為本發(fā)明的井下液位監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為聲納裝置工作原理示意圖；圖3表示在各種狀態(tài)下工控計算機監(jiān)測防溢管內(nèi)泥漿液位示意圖。
具體實施例方式
附圖中的各部件以下列附圖標記表示(1)封井器；(2)四通內(nèi)外閥門；(3)套管頭閥門；(4)壓差液位儀；(5)工控計算機；(6)揚聲器；(7)泥漿泵；(8)泥漿罐；(9)井筒；(10)灌漿泵；(11)電纜；(12)泥漿上水管線；(13)防溢管；(14)管線；(15)聲納裝置；(16)雷達液位儀；(17)外夾式流量計；(18)鉆桿；(19)鉆桿接頭，(20)井內(nèi)泥漿液面。
如圖1所示的本發(fā)明井下液位監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法為鉆機正常鉆進/泥漿循環(huán)過程中，井筒內(nèi)液位在防溢管出口處，此時由雷達液位儀(16)和外夾式流量計(17)進行液位監(jiān)控；外夾式流量計(17)監(jiān)測泥漿循環(huán)的流量。不同泥漿循環(huán)流量情況下，防溢管內(nèi)的泥漿液位高度不同，工控計算機(5)將根據(jù)雷達液位儀(16)和外夾式流量計(17)監(jiān)測的正常鉆進時防溢管(13)內(nèi)的泥漿液位高度變化曲線，如果液位高于預(yù)先設(shè)定的井涌報警值，則工控計算機通過揚聲器發(fā)出井涌報警，如果液位低于預(yù)先設(shè)定的井漏報警值，則工控計算機通過揚聲器發(fā)出井漏報警。圖3所示為工控計算機對防溢管內(nèi)泥漿液位監(jiān)測的示意圖。當防溢管內(nèi)泥漿液面超過預(yù)定上、下限值，通過揚聲器發(fā)出相應(yīng)的報警信號。
在正常起下鉆過程中，首先在工控計算機(5)上對井筒內(nèi)泥漿液的要求設(shè)定泥漿液位高度浮動范圍H1和H2，H2＞H1。通常將H2設(shè)置為封井器(1)上端口位置高度，將H1設(shè)置為四通內(nèi)外閥門(2)位置高度。井筒內(nèi)的泥漿液位高于四通內(nèi)外閥門時，由壓差液位儀(4)來監(jiān)測井筒內(nèi)的泥漿液位高度，壓差液位儀(4)將實際監(jiān)測到的液位高度數(shù)據(jù)H通過信號電纜(11)傳輸?shù)桨惭b在錄井房內(nèi)的工控計算機(5)，工控計算機將實測到液位高度H與H1和H2對比，如果H＜H1，工控計算機會發(fā)出指令自動啟動灌漿泵(10)，由灌漿泵(10)抽汲泥漿罐(8)內(nèi)的泥漿，并通過管線(14)從井口防溢管(13)下部分處將泥漿灌入井筒內(nèi)，當工控計算機判斷H＞H2，工控計算機會自動控制灌漿泵停止向井筒內(nèi)灌輸泥漿。由此將井筒內(nèi)的泥漿液位始終保持在H2與H1之間。
如果井下發(fā)生井漏后，由于泥漿流失過多，井筒內(nèi)的液位會低于四通內(nèi)外閥門位置。此時雷達液位儀(16)和壓差液位儀(4)均無法測量到液位數(shù)據(jù)，工控計算機判斷進入井漏狀態(tài)，并啟動聲納裝置(15)來監(jiān)測井下液位高度?，F(xiàn)場工程技術(shù)人員根據(jù)井下漏失情況和聲納裝置(15)監(jiān)測到的井下液位高度數(shù)據(jù)，選擇適當?shù)墓酀{流量，將該流量輸入到工控計算機，工控計算機就會根據(jù)這個灌漿流量灌漿泵(10)，通過防溢管下部分連續(xù)均勻地向井筒內(nèi)灌輸泥漿，同時聲納裝置(15)繼續(xù)監(jiān)測井下液位變化情況，井下液位就可以被維持在一個安全的范圍內(nèi)，以平衡地層壓力，防止井涌的發(fā)生。
無論是正常鉆進/泥漿循環(huán)、起鉆桿/下鉆桿還是井漏情況，均由工控計算機判斷并通過揚聲器發(fā)出報警聲音訊號。
圖2所示為聲納裝置的工作原理示意圖。本發(fā)明所采用得聲納裝置包括高壓氮氣瓶和聲納槍，高壓氮氣瓶通過聲納槍連接在四通內(nèi)外閥門的放噴管線，與油井套管內(nèi)環(huán)空相通，利用氮氣瓶里的高壓氮氣做動力，工控計算機每隔1至2分鐘定時控制聲納槍的開關(guān)，開關(guān)瞬間打開后又關(guān)閉，高壓氮氣快速進入井筒內(nèi)，產(chǎn)生爆破聲納波，該爆破聲納波為一瞬間得脈沖聲波，脈沖聲波通過套管內(nèi)環(huán)空傳至(20)井內(nèi)泥漿液面，遇泥漿液面后返回，聲納槍的傳感器接收從鉆桿上返回脈沖聲波，由于脈沖聲波在鉆桿接頭上傳播時振幅變大，工控計算機通過對各種井下噪聲信號進行濾波，計算出高振幅的回聲信號數(shù)量，此數(shù)量表示井筒內(nèi)泥漿液面到井口地面之間鉆桿數(shù)量，由此計算出井下液位深度。這樣就可以在線、實時地測量井漏情況下的液面，為控制液面位置提供及時、準確數(shù)據(jù)。
圖1所示為聲納裝置安裝在四通內(nèi)外閥門位置的情況。所述聲納裝置也可以安裝在位于地面位置的套管頭閥門外，并且通過法蘭盤與套管頭閥門連接。此安裝位置上，聲納裝置的工作方式與安裝在四通內(nèi)外閥門位置相同，不再重復(fù)描述。
圖3表示在各種狀態(tài)下工控計算機監(jiān)測防溢管內(nèi)泥漿液位示意圖。
權(quán)利要求
1.一種井下液位監(jiān)控系統(tǒng)，包括雷達液位儀、壓差液位儀和聲納裝置，雷達液位儀被安裝在井口防溢管上；防溢管下端安裝封井器；封井器下端安裝四通內(nèi)外閥門；四通內(nèi)外閥門下端安裝套管頭閥門；套管頭閥門下端連接井筒套管；壓差液位儀和聲納裝置被安裝在井口四通內(nèi)外閥門之間(或套管頭外側(cè)閥門上)；泥漿泵，通過泥漿上水管線抽取泥漿罐內(nèi)泥漿，并通過直立管灌輸?shù)姐@桿頂端；設(shè)置井口地面的一套灌漿泵，灌漿泵從通過管線與泥漿罐上水管線相連，用于必要時從泥漿罐中抽汲泥漿直接注入到防溢管內(nèi)，用來保持井筒內(nèi)泥漿液位高度，灌漿泵由工控計算機控制，可調(diào)節(jié)灌輸泥漿流量；雷達液位儀、壓差液位儀、聲納裝置的液位測量數(shù)據(jù)均通過信號電纜傳輸?shù)轿挥阡浘績?nèi)的工控計算機內(nèi)；外夾式流量計，安放在直立管上用于測量灌輸?shù)姐@桿內(nèi)的泥漿流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下液位監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于聲納裝置由高壓氮氣瓶和聲納槍組成，高壓氮氣瓶通過聲納槍向井筒內(nèi)釋放瞬間爆破聲波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的井下液位監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于聲納裝置安裝在套管頭閥門外側(cè)(或下四通內(nèi)外控閥門之間)，采用高壓法蘭盤連接套管頭閥門。
4.一種井下液位監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法在鉆進/泥漿循環(huán)過程中，利用安裝在防溢管上的雷達液位儀監(jiān)測防溢管內(nèi)泥漿液位，并將數(shù)據(jù)傳輸給工控計算機，當工控計算機判斷泥漿液位低于預(yù)定位置則發(fā)出井漏報警，當判斷泥漿液位高于預(yù)定位置則發(fā)出井涌報警；在起鉆、下鉆過程中，正常液位應(yīng)當保持在四通內(nèi)外閥門位置H1與封井器上端口H2之間，利用安裝在四通內(nèi)外閥門位置之間的壓差液位儀進行監(jiān)測液位，監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸給工控計算機，當工控計算機判斷液位低于H1時，發(fā)出指令啟動灌漿泵通過防溢管下部分向井筒內(nèi)灌輸泥漿，當工控計算機判斷液位高于或等于H2時，發(fā)出指令停止灌漿泵向井筒內(nèi)灌輸泥漿；當工控計算機監(jiān)測到泥漿液位長時間低于四通內(nèi)外閥門安裝位置時，工控計算機判斷進入井漏狀態(tài)，此時工控計算機啟動聲納裝置采用壓縮氮氣做動力，向井筒內(nèi)發(fā)射脈沖聲波，脈沖聲波沿井筒與鉆桿之間環(huán)形空間向井底傳播，遇井筒內(nèi)泥漿液位后，從井筒內(nèi)沿鉆桿上返回，聲納裝置接受到返回的脈沖聲波后轉(zhuǎn)換為電信號傳輸給工控計算機，工控計算機自動記錄脈沖信號，由于鉆桿接頭的直徑和厚度大于鉆桿本體直徑、厚度，脈沖聲波在鉆桿接頭傳播時，波形的振幅要大一些，所對應(yīng)的電信號強度也大，工控計算機計算強信號的數(shù)量，每一個強信號就代表一根鉆桿，從而井筒內(nèi)液位位置到地面之間的鉆桿數(shù)量，從而推算出井下液位的深度；工控計算機根據(jù)井筒內(nèi)液位深度調(diào)節(jié)灌漿泵灌輸泥漿的流量，啟動灌漿泵向井筒內(nèi)灌輸泥漿。
全文摘要
本發(fā)明涉及井下液位監(jiān)控系統(tǒng)及其監(jiān)控方法，該系統(tǒng)包括雷達液位儀、壓差液位儀和聲納裝置，雷達液位儀、壓差液位儀、聲納裝置的液位測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿挥阡浘績?nèi)的工控計算機內(nèi)，由工控計算機控制灌漿泵工作，完成井下液位的測量、控制；利用本發(fā)明的井下液位監(jiān)控系統(tǒng)和方法，可以及時、有效監(jiān)控鉆井作業(yè)各個過程中泥漿液位，并及時、準確控制泥漿液位保持在適當、安全位置。
文檔編號E21B21/08GK1908369SQ200610112449
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月18日
發(fā)明者余代美 申請人:北京石大德美科技有限責(zé)任公司