可回收氣壓式井筒環空液面檢測裝置及其檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及石油工程技術領域，特別涉及一種可回收氣壓式井筒環空液面檢測裝 置及其檢測方法。
【背景技術】
[0002] 在石油工程鉆井過程中，常常由于一些不確定因素會導致溢流等復雜工況的發 生。溢流是指當鉆遇的高壓地層時，地層中的高壓流體會在壓差作用下流進井筒，并沿著井 筒向上運移擴散，如果在沒有采取任何檢測或防控措施的情況下，鉆井液很可能會噴出井 目艮，造成井涌或井噴事故。同樣道理，在關井期間或修井作業過程中，如果已鉆地層中存在 高壓易噴地層，井筒環空的流體液面就會有所變化，如果可以通過一定技術手段對這些變 化進行檢測，進而采取措施盡量減少損失和危害，保證鉆采正常作業的順利進行。
[0003] 經過一個多世紀的經驗積累和認識，人們盡管對井噴和井涌的危害有了比較深刻 的認識，而且越來越多的學者和專家對井涌早期監測和液面檢測的技術和方法進行了深入 的研究，也發展了一些檢測的方法。具體而言，即在井筒早期檢測中可以通過監控鉆井泥漿 池液面變化來判斷井涌發生概率，也可以通過在鉆井液出流管線上安裝流量計監測鉆井液 返出速度判斷井下溢流情況；而針對修井過程中或關井期間的液面檢測則多采用聲波方式 測量鉆井過程中泥漿液面。
[0004] 然而，雖然各種井涌監測和液面測量技術已經比較成熟，但仍存在精度低，反應遲 緩和回收困難等問題。因此研究出一種高效的檢測可回收式井筒環空液面檢測的方法和技 術來提高檢測精度，盡量避免鉆井過程中事故的發生是十分必要的。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的是提供一種通過測量關井或修井過程中的液面位置變化，為修井或 關井過程中的井涌溢流事故的發生提供預測或預警，減少鉆井事故發生的幾率的可回收氣 壓式井筒環空液面檢測裝置。
[0006] 本發明的另一目的是提供一種使用上述可回收氣壓式井筒環空液面檢測裝置以 實現井涌溢流事故的發生提供預測或預警的檢測方法。
[0007] 為此，本發明技術方案如下：
[0008] -種可回收氣壓式井筒環空液面檢測裝置，包括設置在井口處的井口氣壓測量模 塊、套裝在鉆桿上且設置在井筒與鉆桿之間的環空液面處的井筒環空液面測量模塊和計算 機終端。
[0009] 所述井口氣壓測量模塊包括第一半圓環形外殼、第二半圓環形外殼和分別固定在 所述第一半圓環形外殼和所述第二半圓環形外殼上端面上的兩個半圓環形永磁鐵，且所述 第一半圓環形外殼和所述第二半圓環形外殼的一端端部通過第一連接軸連接為一體，在所 述第一半圓環形外殼的下端面上設置有第一高能蓄電池、第一中心處理器和第一信號接收 器，在所述第二半圓環形外殼的下端面上設置有第一信號發射器和第一精敏氣壓計；
[0010] 所述井筒環空液面測量模塊包括第三半圓環形外殼24a、第四半圓環形外殼和分 別固定在所述第三半圓環形外殼和第四半圓環形外殼內壁上的第一電磁鐵和第二電磁鐵， 所述第三半圓環形外殼和第四半圓環形外殼的一端端部通過第二連接軸連接為一體，在所 述第三半圓環形外殼的上端面設置有第二信號接收器和第二精敏氣壓計，在所述第四半圓 環形外殼的上端面上設置有第二中心處理器、第二信號發射器和第二高能蓄電池；
[0011] 所述計算機終端通過數據連接總線與第一中心處理器連接，所述第一中心處理器 通過電纜分別與所述第一精敏氣壓計、所述第一信號接收器和所述第一信號發射器連接， 所述第二中心處理器通過電纜分別與所述第二信號接收器、所述第二精敏氣壓計、所述第 二信號發射器和所述電磁鐵連接。
[0012] 其中，所述井口氣壓測量模塊和所述井筒環空液面測量模塊均采用兩個半圓形外 殼部分組成且一端通過連接軸連接為一體，使得所述井口氣壓測量模塊和所述井筒環空液 面測量模塊均可以通過調節閉合程度實現對不同鉆桿尺寸的寬范圍調整。
[0013] 采用所述第一精敏氣壓計和所述第二精敏氣壓計測定兩個部位的壓力，保證測量 精度在0. lm以內。
[0014] 該裝置采用內嵌的高能蓄電池，解決了井下電能傳輸的難題。
[0015] 在所述第一半圓環形外殼和所述第二半圓環形外殼的下端面上、在所述第三半圓 環形外殼和第四半圓環形外殼的上端面上均凹陷形成有用于內嵌各器件的內槽，所述第一 高能蓄電池和第二高能蓄電池、第一中心處理器和第二中心處理器、第一信號接收器和第 二信號接收器、第一信號發射器和第二信號發射器、第一精敏氣壓計和第二精敏氣壓計內 嵌在半圓環形外殼內并形成密封。
[0016] 所述第二信號接收器與第一信號發射器設置在同一軸線上；所述第二信號發射與 第一信號接收器設置在同一軸線上，以增強信號傳輸的穩定性；具體地，上述兩部分的信號 接收器和信號發射器盡量保持相對應或同一軸線上，能盡量保持同一軸線的話那最好；但 考慮到工程實際，操作過程中很難保證始終在同一軸線的對應位置，因此只要能保證上述 兩部分的信號接收器和信號發射器保持相對應位置，使信號順利傳輸。
[0017] 所述兩個半圓環形永磁鐵與所述第一半圓環形外殼和所述第二半圓環形外殼的 上端面之間，所述第一電磁鐵與所述第三半圓環形外殼之間，以及所述第二電磁鐵與所述 第四半圓環形外殼均采用抗高溫抗水膠固定連接；具體地，可以選用可用于塑料、金屬等材 料粘結的型號為HR-5198的膠，其主要成分為α -氰基丙稀酸酯，最高抗l〇5°C的膠水，滿足 上述結構的粘結要求。
[0018] 所述井筒環空液面測量模塊的第三半圓環形外殼和第四半圓環形外殼為采用低 密度耐腐蝕材料制成的半圓環形空心殼體，使所述井筒環空液面測量模塊可以漂浮于液體 表面，具體地，采用361L不銹鋼這種防生銹材料制成殼體結構來實現漂浮和承載電子器件 功能。
[0019] 所述第二信號接收器與第一信號發射器之間、所述第二信號發射器與第一信號接 收器之間均采用電磁波進行信號傳輸，提高了測量信號的穩定性和有效性。具體地，所述 第二信號接收器、所述第一信號發射器、所述第二信號發射器和所述第一信號接收器均可 使用現有裝置實現功能，使所述第一信號接收器和第二信號接收器具有電磁波接收、電磁 波-電信號轉換和電信號傳輸功能；所述第二信號發射器和所述第一信號發射器具有電磁 波發射、電磁波-電信號轉換和電信號傳輸功能。
[0020] -種使用所述的可回收氣壓式井筒環空液面檢測裝置的檢測方法：
[0021] 向計算機終端設定合適的數據測試間隔時間以發出測試指令，通過井口氣壓測量 模塊和井筒環空液面氣壓測量模塊分別測定出各時間段井口部位環空內的氣壓h和井筒 內環空液面的氣壓P2，并將測得井口部位環空內的氣壓Pi和井筒內環空液面氣壓P 2通過井 口氣壓測量模塊回傳給計算機終端，計算出各時間段井筒液面深度變化△ h，并與所測井的 井涌的環空液面變化閥值Ci進行比較：當Ah〈0,且I AhlX^，則說明有井涌溢流危險，應要 立即啟動預防措施。
[0022] 具體地，包括如下具體步驟：
[0023] S1、將井口氣壓測量模塊和井筒環空液面氣壓測量模塊安裝在鉆桿上并與計算機 終端形成連接：
[0024] S2、井口部位環空內的氣SPi的測定：
[0025] 計算機終端向井口氣壓測量模塊發出井口環空氣壓測定指令，經的第一中心處理 器處理，向第一精敏氣壓計發出電信號測定指令，第一精敏氣壓計接收到指令信號后立即 開始測定井口環空部位氣壓Ρ:，其中計算機終端每發出一次指令，第一精敏氣壓計將進行 三次氣壓測量，將得到三個氣壓值，即Pn、P12和P 13通過電信號傳回第一中心處理器，并回 傳到計算機終端顯示和記錄Pi，最終測定的氣壓結果Pi是由測量的三次氣壓值取平均值得 到：
[0027] 式中，Pn、P12和P 13分別代表計算機發出一次指令第一精敏氣壓計所測量的三個氣 壓值，Pi為井口環空部位氣壓值；
[0028] S3、井筒內環空液面氣壓P2測定與回傳：
[0029] 計算機終端向井口氣壓測量模塊發出測定井筒環空液面處氣壓的指令，經第一中 心處理