专利名称：钻井用泥浆自动灌注装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于石油、天然气勘探及地质钻探过程中，向井内自动灌注钻井用泥浆(钻井液)的装置。特别是一种主要用于起钻时向井内自动补充钻井泥浆(钻井液)，从而达到平衡地层压力，预防井喷等作用的自动灌注装置。
背景技术：
目前，在油、气田勘探，地质钻探过程中，为了平衡地层压力、预防井喷等。在起钻过程中，当提起钻具时，井筒液位将下降，其下降高度与起钻立柱的数量(长度)成正比，而应补充的钻井用泥浆的体积亦与起钻立柱的体积相当，并通过泥浆灌注装置注入井筒内。常规的钻井泥浆灌注装置包括主控制机(主监测控制机)、带搅拌器的泥浆罐及其液位监测器，包括泥浆泵、电动机、电控箱及流量传感器在内的灌注机构，溢流返回机构。其灌注方法是起钻时通过人工计算起出的立柱数，然后输入主机处理后向灌注机构发出灌注指令及需注入的泥浆体积，经泥浆泵及设于其泵口的流量传感器执行、计量，同时将信息返馈主机以控制其灌注量；但由于泥浆液粘度高，易造成流量计管线堵塞；因而又在泥浆罐上设一液位监测器，将其液位的下降量信号向主机返馈，以期望达到与流量传感器共同准确监测钻井泥浆灌注量的目的。该装置由于采用人工计算起钻立柱数，因井场各种因素的干挠，极易产生漏计或误记；采用对泥浆罐内整个自由浮动的液面进行监测的超声波液位监测器监测液位的变化，液体在搅拌器的作用下形成旋涡状涡流，液面高低不平，波形杂乱，其反射波很难被接收器准确接收，加之在搅拌状态下泥浆液易产生泡沫，从泡沫上端反射回的信号又将使监测数据失真，因而，很难与流量传感器配合达到其目的。因此，该泥浆灌注装置存在钻井泥浆灌注量准确性、可靠性差，易因误算、漏算、流量传感器失灵及泥浆罐液位监测失真，而造成漏灌或误灌，以及由此带来的不良后果等弊病。
发明内容
本实用新型的目的是针对背景技术存在的弊病，改进设计一种钻井用泥浆自动灌注装置，以达到自动根据起钻立柱长度，确定和控制钻井泥浆灌注量，避免漏灌、误灌发生，有效平衡起钻过程中地层压力，预防井喷事故的发生，提高生产率，确保安全生产等目的。
本实用新型的解决方案是在背景技术基础上，在绞车滚筒轴的端部增设一角位移测量计数器，以通过监测游车向上的位移来准确地测量每次起钻立柱的长度，并将该长度参数输入主机以确定钻井泥浆的灌注量；同时在泥浆罐内安装带有与钻井液下部连通的隔离管的超声波液位监测器，以代替背景技术中的泥浆泵流量传感器和泥浆罐液位液位监测器，从而确保对泥浆罐液位监测的准确性和可靠性；在溢流管上增设溢流量测量仪，监测所灌注泥浆的返回量并通过溢流返回与否的时间和状态及溢流量，以进一步确保泥浆灌注过程的可靠性和安全性。因此本实用新型包括主控制机，带搅拌器的泥浆罐及其液位监测器，泥浆灌注机构，含溢流管及溢流返回罐在内的溢流返回机构；关键在于该装置还增设有可监测绞车转筒角位移量的角位移测量器及与之配合以发出计数指令的液压大钳或吊钳液压旋向测量器；而泥浆罐液位监测器则为带有一与钻井液下部连通的隔离管的防干挠超声波液位监测器，在溢流返回机构中还设有一溢流量测量仪；角位移测量器通过数据总线与主控制机输入接口连接，并通过其传动轴的两端与绞车滚筒连接以采集信号，溢流量测量仪设于溢流管上，液压旋向测量器则紧固于井架底座上；泥浆灌注机构中数字电控箱的控制信号输入端及超声波液位监测器溢流量测量仪，液压大钳或吊钳旋向测量器的信号输出端亦通过数据总线分别与主控制机的输出及输入接口连接，液压旋向测量器通过尾绳拉力器与吊钳或液压大钳连接以接收信号；而泥浆灌注机构的泥浆出口及溢流管的进口在使用中仍与原井口上的防溢流管接通。上述泥浆灌注机构包括泥浆泵、电动机及其数字电控箱。而所述角位移测量器为包括光电编码器及齿轮传动机构在内的角位移计数测量器。液压大钳及吊钳液压旋向测量器为包括压力传感器、光电编码器及尾绳拉力器在内的液压旋向测量器。而溢流量测量仪则为含翻板式自动复位摆动器及光电编码器在内的溢流返回量数字测量仪。
本实用新型由于采用角位移测量器与吊钳或液压大钳旋向测量器配合，并经螺纹旋向测量器确定起钻立柱起始位置的基础上，通过绞车滚筒旋转角度及其周长自动准确地测定起钻立柱的长度，进而确定出需补充的钻井泥浆的量并通过主控制机向泥浆灌注机构发出灌浆指令；同时通过超声波液位监测器及溢流返回量测量仪对其每次的灌注量及灌注状态进行监控，并根据自动灌入的泥浆量及溢流状态通过主控制机或指令泥浆灌注机构停机或/和报警。因此，本实用新型具有可在起钻时实现自动、准确补充井内泥浆，以平衡地层压力、预防井喷、减少起钻时间、提高生产率，以及使用可靠性高，能有效避免漏灌、误灌等特点。
附图及
图1为本实用新型结构及使用状态示意图；图2为泥浆自动灌注电器控制方框图。
图中1、主控制机，2、角位移测量器，3、液压旋向测量器，3-1、尾绳，4、钻井泥浆溢流返回罐，4-1、溢流返回量测量仪，4-2、溢流管，5、泥浆罐，5-1、超声波液位监测器，5-2、搅拌器，6、泥浆灌注机构，6-1、数字电控箱，6-2、电动机，6-3、泥浆泵，6-4、泥浆输送管，7、数据总线，8、防溢管，9、绞车滚筒，10、操作台，11、吊钳，12、钻杆(立柱)，13、吊卡。
实施例本实施例主机1，采用带PCI-8310、12位、A/D转换模块，PCI-8450、DI输入模块及PCI-8407、DO输出模块的工业电脑，型号为DPC-5020；并通过STD数据总线7与角位移测量器2、液压旋向测量器3、液位监测器5-1、溢流量测量仪4-1及泥浆灌注机构的数字电控箱6-1连接，以接收数据信号和发出控制指令。角位移测量器2，量程为0～999圈；吊钳液压旋向测量器3使用时通过尾绳拉力器与吊钳11的尾绳连接，型号为DN-01-00，传感器量程为0～6Mpa，一级精度，均通过各自的E6CP-AG5C光电编码器将角位移及旋向信号转换成数据信号分别送往主机1。超声波液位监测器5-1，本实施例采用申请号为03249928.0的超声波监测装置，传感器型号为Q45ULIU64BCR，量程为0～3m、精度0.25级、隔离筒直径φ150mm。溢流返回量测量仪4-1为翻板自动复位摆动器，型号为NCC-02。泥浆灌注机构6中的数字电控箱6-1型号为BQC53-40的防爆电磁自动起动控制器，电机6-2功率11KW，泥浆泵6-3流量80m3/h，扬程23m，输送管6-4内径φ75mm。其余泥浆罐5及搅拌器5-2，钻井泥浆溢流返回罐4及溢流管4-2的直径等均与背景技术同。
本实施例工作时，主机1通过角位移测量器2，吊钳液压旋向测量器3采集到的相应数据，则指令起动控制器(数字电控箱)6-1起动电动机6-2及泥浆泵6-3工作，向井筒内灌注泥浆；同时通过超声波液位监测器5-1及溢流返回量测量仪4-1监测灌浆过程，当液位监测器5-1采集到泥浆罐5中液位下降到位，而溢返回量测量仪4-1的信号(数据)亦表示有泥浆返回，则主机1、指令泥浆灌注机构6停机；而当液位监测器5～1返馈的信号表示灌浆量到位、而溢流返回量测量仪4-1无泥浆返回信号，或液位监测器5-1监测到的液位未达到灌浆量要求量时，而溢流返回量测量仪4-1返馈的数据又显示有大量的钻井泥浆返回，则报警或停机并报警。从而实现钻井泥浆自动灌注、实现平衡地层压力、预防井喷，有效避免漏灌、误灌等目的。
权利要求1.一种钻井用泥浆自动灌注装置，包括主控制机，带搅拌器的泥浆罐及其液位监测器，泥浆灌注机构，含溢流管及溢流返回罐在内的溢流返回机构；其特征在于该装置还增设有可监测绞车转筒角位移量的角位移测量器及与之配合以发出计数指令的液压大钳或吊钳液压旋向测量器；而泥浆罐液位监测器则为带有一与钻井液下部连通的隔离管的防干挠超声波液位监测器，在溢流返回机构中还设有一溢流量测量仪；角位移测量器通过数据总线与主控制机输入接口连接，并通过其传动轴的两端与绞车滚筒连接以采集信号，溢流量测量仪设于溢流管上；液压旋向测量器则紧固于井架底座上；泥浆灌注机构中数字电控箱的控制信号输入端及超声波液位监测器，溢流量测量仪，液压大钳或吊钳旋向测量器的信号输出端亦通过数据总线分别与主控制机的输出及输入接口连接，液压旋向测量器通过尾绳拉力器与吊钳或液压大钳连接以接收信号；而泥浆灌注机构的泥浆出口及溢流管的进口在使用中仍与原井口上的防溢流管接通。
2.按权利要求1所述钻井用泥浆自动灌注装置；其特征在于所述泥浆灌注机构包括泥浆泵、电动机及其数字电控箱。
3.按权利要求1所述钻井用泥浆自动灌注装置；其特征在于所述角位移测量器为包括光电编码器及齿轮传动机构在内的角位移计数测量器。
4.按权利要求1所述钻井用泥浆自动灌注装置；其特征在于所述液压大钳及吊钳液压旋向测量器为包括压力传感器、光电编码器及尾绳拉力器在内的液压旋向测量器。
5.按权利要求1所述钻井用泥浆自动灌注装置；其特征在于所述溢流量测量仪则为含翻板式自动复位摆动器及光电编码器在内的溢流返回量数字测量仪。
专利摘要该实用新型属于一种钻井用泥浆自动灌注装置，包括主控制机，绞车滚筒，角位移测量器，液压旋向测量器，带搅拌器的泥浆罐及其设有隔离管的超声波液位监测器、含泥浆泵、电动机及数字电控箱的泥浆灌注机构，钻井泥浆溢流返回罐及溢流量测量仪。该实用新型由于利用角位移测量器及起钻立柱旋向测量器通过对起钻立柱的测量而确定泥浆灌注量，同时通过主机及液位监测器、泥浆灌注机构及溢流量测量仪向井筒内自动灌注泥浆及监控灌注全过程并适时停机或报警。因而具有可在起钻时自动、准确补充井内泥浆、以平衡地层压力、预防井喷、减少起钻时间、提高生产率，以及可靠性高、能有效避免漏灌、误灌等特点。
文档编号E21B21/00GK2683830SQ20042003318
公开日2005年3月9日 申请日期2004年3月12日 优先权日2004年3月12日
发明者冉训, 冯江萍 申请人:冉训, 冯江萍