专利名称：防涌防浪激光液位监测仪的制作方法
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。[0010] 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。
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。弓丨流。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。
权利要求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。
专利摘要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。
文档编号E21B21/08GK202000934SQ20102068982
公开日2011年10月5日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者于春, 何飞, 曹民, 赵刚 申请人:濮阳市百福瑞德石油科技有限公司