1.本發(fā)明屬于油氣資源勘探開發(fā)領(lǐng)域，尤其涉及一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

2.井漏是是鉆井過程中常發(fā)生的復(fù)雜情況，當(dāng)發(fā)生井漏時(shí)，必須及時(shí)、快速地應(yīng)用有效堵漏措施，減少或阻止鉆井液漏失，避免誘發(fā)井塌埋鉆具、井涌、溢流或井噴等重大事故的發(fā)生。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重漏失，出現(xiàn)鉆井液失返時(shí)，除進(jìn)行快速堵漏、持續(xù)向井內(nèi)灌注鉆井液外，還要監(jiān)測(cè)環(huán)空鉆井液液面，估算鉆井液漏速，進(jìn)而判斷井漏的性質(zhì)，評(píng)估井眼坍塌及井控風(fēng)險(xiǎn)，為優(yōu)化堵漏方案，快速封堵漏失層提供依據(jù)。本發(fā)明提供了一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)空液面位置，并提供了鉆井液漏速的計(jì)算方法。

3.目前，現(xiàn)有的液面監(jiān)測(cè)裝置一般通過計(jì)算聲波發(fā)射與反射接收的時(shí)間差來確定液面位置。但是，基于聲波的液面監(jiān)測(cè)裝置一般安裝在地面節(jié)流管匯分支管線端部，固定式安裝，承壓能力不能低于管匯壓力等級(jí)，裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，成本較高；聲源為變截面音爆及聲沖擊波、次聲波、電控聲波等，抗干擾能力較弱，需要停鉆、關(guān)封井器等附加作業(yè)步驟，作業(yè)周期長(zhǎng)，尤其是液面下降較少，聲部反射時(shí)間過短時(shí)，難以準(zhǔn)確獲得液面數(shù)值；對(duì)于定向井河大斜度井，液面位置監(jiān)測(cè)結(jié)果誤差較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

4.本發(fā)明的目的在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，主要解決現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備復(fù)雜、安裝位置受限、作業(yè)程序復(fù)雜、測(cè)量周期長(zhǎng)、抗干擾能力差的技術(shù)問題。

5.本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

6.一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法，包括如下步驟：

7.步驟1，將液面測(cè)量裝置安裝于鉆桿元件上，每一個(gè)鉆桿元件由鉆桿和鉆桿接頭構(gòu)成；

8.步驟2，液面測(cè)量裝置按照鉆桿元件的入井次序進(jìn)行編號(hào)，液面測(cè)量裝置在運(yùn)行時(shí)發(fā)射代表其所在鉆桿元件的編號(hào)信息；

9.步驟3，將信號(hào)接收與處理裝置設(shè)于鉆井井筒外部；

10.步驟4，液面測(cè)量裝置所處環(huán)境壓力等于大氣壓時(shí)，該液面測(cè)量裝置運(yùn)行，發(fā)射代表其所在鉆桿元件的編號(hào)信息并且監(jiān)測(cè)其它液面測(cè)量裝置發(fā)射的編號(hào)信息；

11.步驟5，處于運(yùn)行狀態(tài)的液面測(cè)量裝置監(jiān)測(cè)到先入井的液面測(cè)量裝置發(fā)射的編號(hào)信息時(shí)，發(fā)射先入井的液面測(cè)量裝置的編號(hào)信息；

12.步驟6，信號(hào)接收與處理裝置接收來自多個(gè)液面測(cè)量裝置的多組編號(hào)信息，當(dāng)信號(hào)接收與處理裝置接收到的編號(hào)信息相同時(shí)，根據(jù)相同的編號(hào)信息即可確定最接近環(huán)空液面的液面測(cè)量裝置，從而確定當(dāng)前環(huán)空液面位置。

13.本技術(shù)方案中，當(dāng)鉆井未發(fā)生漏失時(shí)，位于環(huán)空液面以下的液面測(cè)量裝置所處的環(huán)境壓力是大于大氣壓的，此時(shí)，位于環(huán)空液面以下的液面測(cè)量裝置并未運(yùn)行。當(dāng)某個(gè)或者某幾個(gè)液面測(cè)量裝置露出于環(huán)空液面時(shí)，處于環(huán)空液面之上的液面測(cè)量裝置所處的環(huán)境壓力為大氣壓，此時(shí)液面測(cè)量裝置開始運(yùn)行，向外界傳遞代表該液面測(cè)量裝置所處的鉆桿元件的編號(hào)信息，也即向其它處于運(yùn)行狀態(tài)的液面測(cè)量裝置以及信號(hào)接收與處理裝置傳遞其編號(hào)信息。其中，每一個(gè)液面測(cè)量裝置僅對(duì)應(yīng)一個(gè)鉆桿元件，并且，每一個(gè)處于運(yùn)行狀態(tài)的液面測(cè)量裝置在發(fā)射與其對(duì)應(yīng)的鉆桿元件的編號(hào)信息時(shí)也在接受其它處于運(yùn)行狀態(tài)的液面測(cè)量裝置所發(fā)射的編號(hào)信息，當(dāng)監(jiān)測(cè)到其它液面測(cè)量裝置發(fā)射的代表更接近井底的編號(hào)信息時(shí)，該液面測(cè)量裝置發(fā)射代表更接近井底的編號(hào)信息；隨著時(shí)間推移，各處于運(yùn)行狀態(tài)的液面測(cè)量裝置所發(fā)射的編號(hào)信息趨于一致，從而信號(hào)接收與處理裝置所接受到的來自各液面測(cè)量裝置所發(fā)射的編號(hào)信息趨于穩(wěn)定，信號(hào)接收與處理裝置能夠?qū)崟r(shí)確定離井口最遠(yuǎn)，即離鉆井井底最近的鉆桿元件的編號(hào)信息，從而確定環(huán)空液面的實(shí)時(shí)位置。

14.進(jìn)一步的，

15.步驟7，當(dāng)運(yùn)行的液面測(cè)量裝置所處環(huán)境壓力大于大氣壓時(shí)，該液面測(cè)量裝置的編號(hào)信息設(shè)置為缺省值；

16.步驟8，設(shè)置為缺省值的液面測(cè)量裝置停止運(yùn)行。

17.本技術(shù)方案中，就正常鉆井未發(fā)生井漏或者鉆井環(huán)空灌滿鉆井時(shí)，液面測(cè)量裝置所處的環(huán)境壓力大于大氣壓力，恢復(fù)處于液面以下的液面測(cè)量裝置的編號(hào)信息為缺省值，然后，停止設(shè)置為缺省值的液面測(cè)量裝置的運(yùn)行。

18.優(yōu)選的，鉆桿元件上設(shè)置1-2個(gè)液面測(cè)量裝置。

19.優(yōu)選的，轉(zhuǎn)桿元件上設(shè)置2個(gè)液面測(cè)量裝置時(shí)，2個(gè)液面測(cè)量裝置為并聯(lián)連接。

20.本技術(shù)方案中，通過于一個(gè)鉆桿元件上設(shè)置2個(gè)并聯(lián)的液面測(cè)量裝置，從而2個(gè)液面測(cè)量裝置互為備用，以提高液面測(cè)量裝置所發(fā)射的編號(hào)信息的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

21.進(jìn)一步的，

22.步驟9，計(jì)算最接近環(huán)空液面的液面測(cè)量裝置所在的鉆桿元件與鉆井井底的距離l，其中，n為所述最接近環(huán)空液面的液面測(cè)量裝置所對(duì)應(yīng)的鉆桿元件至鉆井井口之間的鉆桿元件個(gè)數(shù)，l

dp

為一個(gè)鉆桿元件的長(zhǎng)度,即l＝n

·

l

dp

；

23.步驟10，根據(jù)最接近環(huán)空液面的液面測(cè)量裝置的安裝位置確定環(huán)空液面位置l

top

；

24.本技術(shù)方案的步驟10具體的指，若液面測(cè)量裝置安裝于鉆桿最上部，液面位置l

top

＝(n-1)

·

l

dp

；若液面測(cè)量裝置安裝于鉆桿最下部，則液面位置l

top

＝n

·

l

dp

；若液面測(cè)量裝置安裝于鉆桿中部，則液面位置l

top

＝(n-0.5)

·

l

dp

等。本技術(shù)方案中，通過確定離井底最近的處于運(yùn)行狀態(tài)的液面測(cè)量裝置所發(fā)射的編號(hào)信息，從而確定該編號(hào)信息所對(duì)應(yīng)的鉆桿元件的入井次序，進(jìn)而確定處于運(yùn)行狀態(tài)的最接近環(huán)空液面的液面測(cè)量裝置所對(duì)應(yīng)的鉆桿元件至鉆井井口之間的鉆桿元件個(gè)數(shù)n，基于每一個(gè)鉆桿元件的長(zhǎng)度相同，可以確定最接近環(huán)空液面的液面測(cè)量裝置所在的鉆桿元件與鉆井井底的距離l，基于確定液面測(cè)量裝在鉆桿元件上的位置，從而確定環(huán)空液面位置l

top

。

25.進(jìn)一步的，

26.步驟12，計(jì)算所述信號(hào)接收與處理裝置接收到相鄰液面測(cè)量裝置發(fā)射的編號(hào)信息時(shí)間差為δt；

27.步驟13，計(jì)算相鄰兩個(gè)液面測(cè)量裝置之間的環(huán)空容積v，其中，l

i-1,i

為相鄰兩個(gè)液面測(cè)量裝置之間的距離，r1為鉆井井眼半徑，r2為鉆桿外表面半徑，從而，相鄰兩個(gè)液面測(cè)量裝置之間的環(huán)空容積v為：

28.v＝π

·

l

i-1,i

·

(r

12-r

22

)；

29.步驟14，計(jì)算漏失速度δq：δq＝v/δt。

30.本技術(shù)方案中，液面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過監(jiān)測(cè)井底液面測(cè)量裝置發(fā)射電磁波信號(hào)，可實(shí)時(shí)獲得最下端井底液面測(cè)量裝置編號(hào)信息，快速確定環(huán)空液面位置，并根據(jù)時(shí)間井底液面測(cè)量裝置編號(hào)變化時(shí)間差，獲得環(huán)空液面下降速度，進(jìn)而獲得鉆井液漏速。本系統(tǒng)基于電磁波信號(hào)傳輸，速度快，無延時(shí)，抗干擾能力強(qiáng)；液面測(cè)量裝置由壓力傳感器觸發(fā)，全自動(dòng)運(yùn)行，無需人工干預(yù)，無需額外作業(yè)步驟，監(jiān)測(cè)效率高；液面位置和鉆井液漏速由接收到的確定信號(hào)計(jì)算獲得，與井型和液面位置無關(guān)，監(jiān)測(cè)結(jié)果可靠準(zhǔn)確；信號(hào)接收與處理裝置安裝在地面井口空曠位置，無特殊要求，操作簡(jiǎn)單，對(duì)鉆井系統(tǒng)無干擾。

31.基于上述的鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法，還提出一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

32.包括設(shè)于鉆桿元件上的液面測(cè)量裝置以及設(shè)于鉆井井口的信號(hào)接收與處理裝置；

33.其中，液面測(cè)量裝置由壓力傳感模塊、單片機(jī)、電磁波收發(fā)模塊、供電模塊構(gòu)成；壓力傳感模塊與單片機(jī)電連接，單片機(jī)又與電磁波收發(fā)模塊電連接，單片機(jī)又與供電模塊電連接。其中，單片機(jī)接收來自所述壓力傳感模塊的信號(hào)并將本液面測(cè)量裝置所代表的編號(hào)信息傳輸至電磁波收發(fā)模塊；所述電磁波收發(fā)模塊向其它液面測(cè)量裝置以及信號(hào)接收與處理裝置傳輸代表自身的編號(hào)信息，也接收來自其它液面測(cè)量裝置的編號(hào)信息并傳遞至所述單片機(jī)。

34.其中，單片機(jī)存儲(chǔ)并比較第一編號(hào)字段和第二編號(hào)字段，所述第一編號(hào)字段為不可變的自身編號(hào)信息，第二編號(hào)字段為可變的位置編號(hào)信息。所述可變的位置編號(hào)信息指其它液面測(cè)量裝置所傳輸?shù)木幪?hào)信息，單片機(jī)將第一編號(hào)字段和第二編號(hào)字段進(jìn)行比較，向電磁波收發(fā)模塊傳輸更接近環(huán)空液面的編號(hào)信息。

35.其中，所述信號(hào)接收與處理裝置由無線接收端和第二單片機(jī)構(gòu)成。所述無線接收端接收來自多個(gè)所述液面測(cè)量裝置的多個(gè)編號(hào)信息并將所述編號(hào)信息傳輸至第二單片機(jī)；所述第二單片機(jī)按照既定算法輸出結(jié)果信息至顯示設(shè)備進(jìn)行顯示。

36.本技術(shù)方案中，入井的壓力傳感模塊一直處于運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液面測(cè)量裝置所處的環(huán)境壓強(qiáng)，當(dāng)壓力傳感模塊監(jiān)測(cè)到環(huán)境壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)時(shí)，單片機(jī)、電磁波收發(fā)模塊開始運(yùn)行，其中，電磁波收發(fā)模塊向其它處于運(yùn)行狀態(tài)的電磁波收發(fā)模塊以及信號(hào)接收與處理裝置發(fā)射代表其所在的鉆桿元件的初始編號(hào)信息，同時(shí)電磁波收發(fā)模塊接收來自其它處于運(yùn)行狀態(tài)的電磁波收發(fā)模塊所發(fā)射的編號(hào)信息并將接收到的編號(hào)信息傳輸至單片機(jī)，由單片機(jī)將初始編號(hào)信息以及來自電磁波收發(fā)模塊的編號(hào)信息進(jìn)行比較，由單片機(jī)向電磁波收發(fā)模塊傳遞代表實(shí)時(shí)最遠(yuǎn)離井口的，即最接近環(huán)空液面的，處于運(yùn)行狀態(tài)的液面測(cè)量裝置的電磁波收發(fā)模塊所發(fā)射的編號(hào)信息，從而，隨著時(shí)間推移，各處于運(yùn)行狀態(tài)的液面測(cè)量裝置所發(fā)射的編號(hào)信息趨于一致，從而，信號(hào)接收與處理裝置所接收到的編號(hào)信息趨于穩(wěn)定。為保證信號(hào)接收與處理裝置所接收到的編號(hào)信息的穩(wěn)定性以及準(zhǔn)確性，信號(hào)接收與處理裝置將所接收到的編號(hào)信息傳輸至第二單片機(jī)進(jìn)行處理，由第二單片機(jī)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)離鉆井井口最遠(yuǎn)的鉆桿元件的編號(hào)信息，并存儲(chǔ)接收到該編號(hào)信息的時(shí)間。

37.本發(fā)明的有益效果為：

38.1.本系統(tǒng)基于電磁波信號(hào)傳輸，速度快，無延時(shí)，抗干擾能力強(qiáng)；

39.2.液面測(cè)量裝置由壓力傳感器觸發(fā)，全自動(dòng)運(yùn)行，無需人工干預(yù)，無需額外作業(yè)步驟，監(jiān)測(cè)效率高；

40.3.液面位置和鉆井液漏速由接收到的確定信號(hào)計(jì)算獲得，與井型和液面位置無關(guān)，監(jiān)測(cè)結(jié)果可靠準(zhǔn)確；

41.4.信號(hào)接收與處理裝置安裝在地面井口空曠位置，無特殊要求，操作簡(jiǎn)單，對(duì)鉆井系統(tǒng)無干擾。

附圖說明

42.為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施方式的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施方式中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作式對(duì)范圍的限定，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

43.圖1是本發(fā)明一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法第一實(shí)施例的流程圖；

44.圖2是本發(fā)明一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法第二實(shí)施例的流程圖；

45.圖3是本發(fā)明一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法第三實(shí)施例的流程圖；

46.圖4是本發(fā)明一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法第四實(shí)施例的流程圖；

47.圖5是本發(fā)明的一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)裝置安裝示意圖；

48.圖6是本發(fā)明一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的液面測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)圖；

49.圖7是本發(fā)明一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)接收與處理裝置結(jié)構(gòu)圖；

50.圖8是本發(fā)明一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體連接示意圖。

具體實(shí)施方式

51.以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說明。

52.為使本發(fā)明實(shí)施方式的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施方式中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述?；诒景l(fā)明中的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施方式，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施方式的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施方式。

53.實(shí)施例一

54.請(qǐng)參見圖1以及圖5，一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法，監(jiān)測(cè)前需要準(zhǔn)備若干液面測(cè)量裝置以及若干鉆桿元件，所述鉆桿元件的結(jié)構(gòu)如圖5所示，由鉆桿和鉆桿接頭構(gòu)成。在入井前，鉆桿元件的長(zhǎng)度經(jīng)過測(cè)量并對(duì)鉆桿元件進(jìn)行編號(hào)。

55.本實(shí)施例中，所述鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法包括步驟s1-s6,具體如下：

56.s1,液面測(cè)量裝置安裝于鉆桿元件上；

57.s2，液面測(cè)量裝置按照鉆桿元件的入井次序進(jìn)行編號(hào)，液面測(cè)量裝置在運(yùn)行時(shí)發(fā)射代表其所在鉆桿元件的編號(hào)信息；

58.優(yōu)選的，液面測(cè)量裝置按照其所在的鉆桿元件的入井先后次序，從小到大依次進(jìn)

行編號(hào)，并且，每一個(gè)液面測(cè)量裝置對(duì)應(yīng)一個(gè)鉆桿元件，每一個(gè)液面測(cè)量裝置在入井之前已經(jīng)預(yù)設(shè)了與其對(duì)應(yīng)的鉆桿元件的編號(hào)相應(yīng)的編號(hào)信息；優(yōu)選的，液面測(cè)量裝置安裝于鉆桿元件的底部，即液面測(cè)量裝置位于鉆桿接頭的下部；

59.優(yōu)選的，鉆桿元件上安裝至少2個(gè)液面測(cè)量裝置，所述至少2個(gè)液面測(cè)量裝置并聯(lián)連接，此處，通過于一個(gè)鉆桿元件上設(shè)置至少2個(gè)并聯(lián)的液面測(cè)量裝置，從而2個(gè)液面測(cè)量裝置互為備用，以提高液面監(jiān)測(cè)裝置所發(fā)射的編號(hào)信息的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

60.s3，信號(hào)接收與處理裝置設(shè)于鉆井井筒外部；信號(hào)接收與處理裝置用于接收來自若干液面測(cè)量裝置所發(fā)射的編號(hào)信息。

61.s4，由s401和s402依次構(gòu)成：s401,液面測(cè)量裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自身所處的環(huán)境壓力pi；s402，判斷pi是否與大氣壓強(qiáng)p

大氣壓

相等。

62.當(dāng)pi大于p

大氣壓

時(shí)，表明液面測(cè)量裝置處于鉆井液面以下，此時(shí)，重復(fù)s401；當(dāng)pi等于p

大氣壓

時(shí)，表明液面測(cè)量裝置已經(jīng)從鉆井液面露出，此時(shí)，該液面測(cè)量裝置開始運(yùn)行，發(fā)射自身的初始編號(hào)信息并且監(jiān)測(cè)其它液面測(cè)量裝置發(fā)射的編號(hào)信息，隨后開始執(zhí)行s5。

63.s5，處于運(yùn)行狀態(tài)的所述液面測(cè)量裝置監(jiān)測(cè)到先入井的液面測(cè)量裝置發(fā)射的編號(hào)信息時(shí)，發(fā)射先入井的液面測(cè)量裝置的編號(hào)信息。本實(shí)施例中，由于編號(hào)按照鉆井桿元件入井的先后順序依次從小到大進(jìn)行的排列，故越遠(yuǎn)離鉆井井口的鉆桿元件的編號(hào)越小，從而設(shè)置在該鉆桿元件上液面測(cè)量裝置所預(yù)設(shè)的初始編號(hào)信息也就越小。

64.因此，當(dāng)初始編號(hào)信息小于其它液面監(jiān)測(cè)裝置發(fā)射的編號(hào)信息時(shí)，表明發(fā)射初始編號(hào)信息的液面測(cè)量裝置所在鉆桿元件離鉆井環(huán)空液面最近，此時(shí)，該液面測(cè)量裝置繼續(xù)發(fā)射初始編號(hào)信息；當(dāng)初始編號(hào)信息大于其它液面監(jiān)測(cè)裝置發(fā)射的編號(hào)信息時(shí)，表明發(fā)射初始編號(hào)信息的液面測(cè)量裝置所在的鉆桿元件并非離環(huán)空鉆井液面最近，此時(shí)，該液面測(cè)量裝置發(fā)射其它液面監(jiān)測(cè)裝置發(fā)射的編號(hào)信息。

65.s6，信號(hào)接收與處理裝置接收來自各液面測(cè)量裝置的多組編號(hào)信息；隨著時(shí)間推移，各處于運(yùn)行狀態(tài)的液面測(cè)量裝置所發(fā)射的編號(hào)信息趨于一致，從而信號(hào)接收與處理裝置所接受到的來自各液面測(cè)量裝置所發(fā)射的編號(hào)信息趨于穩(wěn)定，從而實(shí)時(shí)確定離井口最遠(yuǎn)的鉆桿編號(hào)以確定環(huán)空液面的實(shí)時(shí)位置。

66.實(shí)施例二

67.請(qǐng)參閱圖1、圖2以及圖5，示出了一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法的另一方法流程圖。

68.本實(shí)施例是在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上提出另一實(shí)施例，本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別具體如下：

69.s7，當(dāng)運(yùn)行的所述液面測(cè)量裝置所處環(huán)境壓力大于大氣壓時(shí)，該液面測(cè)量裝置的編號(hào)信息設(shè)置為缺省值；

70.s8，設(shè)置為缺省值的液面測(cè)量裝置停止運(yùn)行。

71.本實(shí)施例中，就正常鉆井未發(fā)生井漏或者鉆井環(huán)空灌滿鉆井液時(shí)，液面測(cè)量裝置所處的環(huán)境壓力大于大氣壓力，恢復(fù)處于液面以下的液面測(cè)量裝置的編號(hào)信息為缺省值，然后，停止設(shè)置為缺省值的液面測(cè)量裝置。

72.實(shí)施例三

73.請(qǐng)?jiān)俅螀⒁妶D1、圖2、圖3以及圖5，其示出了一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法的又一方法流程圖。

74.本實(shí)施例是在實(shí)施例一和實(shí)施例二的基礎(chǔ)上提出的另一實(shí)施例，本實(shí)施例與是實(shí)施例一和實(shí)施例二的區(qū)別在于：

75.s9,計(jì)算鉆井環(huán)空液面到鉆井井口的距為l，其中，n為所述最接近環(huán)空液面的液面測(cè)量裝置所對(duì)應(yīng)的鉆桿元件至鉆井井口之間的鉆桿元件個(gè)數(shù)，l

dp

為一個(gè)鉆桿元件的長(zhǎng)度：l＝n

·

l

dp

；

76.s10，根據(jù)最接近環(huán)空液面的液面測(cè)量裝置的安裝位置確定液面位置l

top

。

p

如將液面測(cè)量裝置安裝在鉆桿最上部，液面位置l

top

＝(n-1)

·

l

dp

；安裝在鉆桿最下部，l

top

＝n

·

l

dp

；安裝在鉆桿中部，l

top

＝(n-0.5)

·

l

dp

等。

77.本實(shí)施例中，通過確定離井底最近的處于運(yùn)行狀態(tài)的液面測(cè)量裝置所發(fā)射的編號(hào)信息，從而確定該編號(hào)信息所對(duì)應(yīng)的鉆桿元件的入井次序，進(jìn)而確定處于運(yùn)行狀態(tài)的最接近環(huán)空液面的液面測(cè)量裝置所對(duì)應(yīng)的鉆桿元件至鉆井井口之間的鉆桿元件個(gè)數(shù)n，基于每一個(gè)鉆桿元件的長(zhǎng)度相同，可以確定最接近環(huán)空液面的液面測(cè)量裝置所在的鉆桿元件與鉆井井底的距離l，基于確定液面測(cè)量裝在鉆桿元件上的位置，從而確定環(huán)空液面位置l

top

。

78.實(shí)施例四

79.請(qǐng)?jiān)俅螀⒁妶D1、圖2、圖4以及圖5，其示出了一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法的又一方法流程圖。

80.本實(shí)施例是在實(shí)施例一和實(shí)施例二的基礎(chǔ)上提出的另一實(shí)施例，本實(shí)施例與是實(shí)施例一和實(shí)施例二的區(qū)別在于：

81.s11，計(jì)算所述信號(hào)接收與處理裝置接收到相鄰兩個(gè)編號(hào)信息的時(shí)間差δt；

82.s12，計(jì)算相鄰兩個(gè)液面測(cè)量裝置之間的環(huán)空容積v，其中，l

i-1,i

為相鄰兩個(gè)液面測(cè)量裝置之間的距離，r1為井筒半徑，r2為鉆桿半徑，從而，相鄰兩個(gè)液面測(cè)量裝置之間的環(huán)空容積v為：v＝π

·

l

i-1,i

·

(r

12-r

22

)；

83.s13，計(jì)算漏失速度δq：δq＝v/δt。

84.通過本實(shí)施例，可對(duì)處于漏失狀態(tài)的鉆井環(huán)空液面位置及其漏失速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

85.實(shí)施例五

86.請(qǐng)參見圖5-圖8，基于上述實(shí)施例一至實(shí)施例四所述鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法，本實(shí)施例提供一種應(yīng)用上述任一環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

87.包括設(shè)于鉆桿元件的液面測(cè)量裝置100以及設(shè)于井口的信號(hào)接收與處理裝置200；

88.其中，所述液面測(cè)量裝置100由壓力傳感模塊101、單片機(jī)102、供電模塊103以及電磁波收發(fā)模塊104構(gòu)成；壓力傳感模塊101與單片機(jī)102連接，單片機(jī)102又與電磁波收發(fā)模塊104連接，單片機(jī)102又與供電模塊103連接；單片機(jī)102接收來自所述壓力傳感模塊101的信號(hào)并將本液面測(cè)量裝置所代表的初始編號(hào)信息傳輸至電磁波收發(fā)模塊104；所述電磁波收發(fā)模塊104向其它液面測(cè)量裝置100以及信號(hào)接收與處理裝置200傳輸代表自身的初始編號(hào)信息，也接收來自其它液面測(cè)量裝置100的編號(hào)信息并傳遞至所述單片機(jī)102。

89.其中，單片機(jī)102存儲(chǔ)并比較第一編號(hào)字段和第二編號(hào)字段，所述第一編號(hào)字段為不可變的自身編號(hào)信息，第二編號(hào)字段為可變的位置編號(hào)信息。所述可變的位置編號(hào)信息指其它液面測(cè)量裝置100所傳輸?shù)木幪?hào)信息，單片機(jī)102將第一編號(hào)字段和第二編號(hào)字段進(jìn)行比較，向電磁波收發(fā)模塊104傳輸更接近環(huán)空液面的編號(hào)信息。具體地，以液面測(cè)量裝置

100的編號(hào)按照鉆桿元件入井次序從小到大排序，越靠近鉆井井底的液面測(cè)量裝置100的自身編號(hào)就越小，此時(shí)，如果一個(gè)液面測(cè)量裝置100的第一編號(hào)字段自身編號(hào)信息小于或者等于第二編號(hào)字段位置編號(hào)信息，即該液面測(cè)量裝置100為最靠近環(huán)空液面的液面測(cè)量裝置，第二編號(hào)字段的編號(hào)信息更改為第一編號(hào)字段的編號(hào)信息，并將該編號(hào)信息傳輸至電磁波收發(fā)模塊104；如果一個(gè)液面測(cè)量裝置100的第一編號(hào)字段自身編號(hào)信息大于第二編號(hào)字段位置編號(hào)信息，說明該液面測(cè)量裝置100往鉆井井底以下還存在處于運(yùn)行狀態(tài)的液面測(cè)量裝置100，此時(shí)，將第二編號(hào)字段的編號(hào)信息傳輸至電磁波收發(fā)模塊104。

90.其中，信號(hào)接收與處理裝置200由無線接收端201和第二單片機(jī)202構(gòu)成。所述無線接收端201接收來自多個(gè)所述液面測(cè)量裝置100的多個(gè)編號(hào)信息并將所述編號(hào)信息傳輸至第二單片機(jī)202；所述第二單片機(jī)202按照既定算法輸出結(jié)果信息至顯示終端進(jìn)行顯示。

91.本實(shí)施例中，入井的壓力傳感模塊101一直處于運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液面測(cè)量裝置100所處的環(huán)境壓強(qiáng)，當(dāng)壓力傳感模塊101監(jiān)測(cè)到環(huán)境壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)時(shí)，單片機(jī)102、電磁波收發(fā)模塊104開始運(yùn)行，其中，電磁波收發(fā)模塊104向其它處于運(yùn)行狀態(tài)的電磁波收發(fā)模塊104以及信號(hào)接收與處理裝置200發(fā)射代表其所在的鉆桿元件的初始編號(hào)信息，同時(shí)電磁波收發(fā)模塊104接收來自其它處于運(yùn)行狀態(tài)的電磁波收發(fā)模塊104所發(fā)射的編號(hào)信息并將接收到的編號(hào)信息傳輸至單片機(jī)102，由單片機(jī)102將初始編號(hào)信息以及來自電磁波收發(fā)模塊104的編號(hào)信息進(jìn)行比較，由單片機(jī)102向電磁波收發(fā)模塊104傳遞代表實(shí)時(shí)最遠(yuǎn)離井口的處于運(yùn)行狀態(tài)的液面測(cè)量裝置100的電磁波收發(fā)模塊104所發(fā)射的編號(hào)信息，從而，隨著時(shí)間推移，各處于運(yùn)行狀態(tài)的液面測(cè)量裝置100所發(fā)射的編號(hào)信息趨于一致，從而，信號(hào)接收與處理裝置200所接收到的編號(hào)信息趨于穩(wěn)定。為保證信號(hào)接收與處理裝置200所接收到的編號(hào)信息的穩(wěn)定性以及準(zhǔn)確性，信號(hào)接收與處理裝置200將所接收到的編號(hào)信息傳輸至第二單片機(jī)202進(jìn)行處理，由第二單片機(jī)202實(shí)時(shí)存儲(chǔ)離鉆井井口最遠(yuǎn)的鉆桿元件的編號(hào)信息，并存儲(chǔ)接收到該編號(hào)信息的時(shí)間。

92.從而保證本實(shí)施例的鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。

93.本實(shí)施例的壓力傳感模塊101的硬件設(shè)備為市面上能夠見到或者買到的壓力傳感器，本實(shí)施例的單片機(jī)102、第二單片機(jī)202具體可為stm32、stc89c52、cc2530等，本實(shí)施例的供電模塊的硬件設(shè)備為市面上常見的鋰電池、紐扣電池、干電池等。

94.值得注意的是，本發(fā)明之構(gòu)思不僅僅應(yīng)用于解決鉆井井漏問題，也同樣適用于諸如石油井、天然氣生產(chǎn)井的動(dòng)態(tài)液面監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)施例所提及的裝置、設(shè)備可安裝于諸如油管等管柱上，采用同樣的方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

95.以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：步驟1，液面測(cè)量裝置安裝于鉆桿元件上，每一所述鉆桿元件由鉆桿和鉆桿接頭構(gòu)成；步驟2，所述液面測(cè)量裝置按照所述鉆桿元件的入井次序進(jìn)行編號(hào)，所述液面測(cè)量裝置在運(yùn)行時(shí)發(fā)射代表其所在鉆桿元件的編號(hào)信息；步驟3，信號(hào)接收與處理裝置設(shè)于鉆井井筒外部；步驟4，所述液面測(cè)量裝置所處環(huán)境壓力等于大氣壓時(shí)，該液面測(cè)量裝置運(yùn)行，發(fā)射代表其所在鉆桿元件的編號(hào)信息并且監(jiān)測(cè)其它液面測(cè)量裝置發(fā)射的編號(hào)信息；步驟5，處于運(yùn)行狀態(tài)的所述液面測(cè)量裝置監(jiān)測(cè)到先入井的液面測(cè)量裝置發(fā)射的編號(hào)信息時(shí)，發(fā)射先入井的液面測(cè)量裝置的編號(hào)信息；步驟6，所述信號(hào)接收與處理裝置接收來自多個(gè)所述液面測(cè)量裝置的多組編號(hào)信息，當(dāng)所述信號(hào)接收與處理裝置接收到的編號(hào)信息相同時(shí)，根據(jù)相同的編號(hào)信息即可確定最靠近環(huán)空液面的液面測(cè)量裝置，從而確定當(dāng)前環(huán)空液面位置。2.如權(quán)利要求1所述的一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：還包括，步驟7，當(dāng)運(yùn)行的所述液面測(cè)量裝置所處環(huán)境壓力大于大氣壓時(shí)，該液面測(cè)量裝置的編號(hào)信息設(shè)置為缺省值；步驟8，設(shè)置為缺省值的液面測(cè)量裝置停止運(yùn)行。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：所述鉆桿元件上設(shè)置1-2個(gè)液面測(cè)量裝置。4.如權(quán)利要求3所述的一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：所述鉆桿元件上設(shè)置2個(gè)液面測(cè)量裝置時(shí)，所述2個(gè)液面測(cè)量裝置并聯(lián)連接。5.如權(quán)利要求1或2所述的一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：還包括，步驟9，計(jì)算鉆井環(huán)空液面到鉆井井口的距離l，其中，n為所述最靠近環(huán)空液面的液面測(cè)量裝置所對(duì)應(yīng)的鉆桿元件至鉆井井口之間的鉆桿元件個(gè)數(shù)，l

dp

為一個(gè)鉆桿元件的長(zhǎng)度：l＝n

·

l

dp

；步驟10，根據(jù)最靠近環(huán)空液面的液面測(cè)量裝置的安裝位置確定液面位置l

top

。6.如權(quán)利要求1或2所述的鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：還包括，步驟11，計(jì)算所述信號(hào)接收與處理裝置接收到的一致編號(hào)信息與下一次一致編號(hào)信息的時(shí)間差δt，其中，如果編號(hào)信息一直保持不變，則認(rèn)為液面保持不變；步驟12，計(jì)算相鄰液面測(cè)量裝置之間的環(huán)空容積v，其中，l

i-1,i

為相鄰液面測(cè)量裝置之間的距離，r1為鉆井井筒半徑，r2為鉆桿外表面半徑，從而，相鄰液面測(cè)量裝置之間的環(huán)空容積v為：v＝π

·

l

i-1,i

·

(r

12-r

22

)；步驟13，計(jì)算漏失速度δq：δq＝v/δt。7.一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括設(shè)于鉆桿元件的液面測(cè)量裝置以及設(shè)于鉆井井筒外部的信號(hào)接收與處理裝置；所述液面測(cè)量裝置由壓力傳感模塊、單片機(jī)、電磁波收發(fā)模塊、供電模塊構(gòu)成；所述信號(hào)接收與處理裝置由無線接收端和第二單片機(jī)構(gòu)成。

8.如權(quán)利要求7所述的一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述液面測(cè)量裝置中，所述單片機(jī)接收來自所述壓力傳感模塊的信號(hào)并將本液面測(cè)量裝置所代表的編號(hào)信息傳輸至所述電磁波收發(fā)模塊；所述電磁波收發(fā)模塊向其它液面測(cè)量裝置以及信號(hào)接收與處理裝置傳輸代表自身的編號(hào)信息，也接收來自其它液面測(cè)量裝置的編號(hào)信息并傳遞至所述單片機(jī)；所述供電模塊與所述單片機(jī)連接，對(duì)所述單片機(jī)進(jìn)行供電。9.如權(quán)利要求8所述的一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述單片機(jī)存儲(chǔ)并比較第一編號(hào)字段和第二編號(hào)字段，所述第一編號(hào)字段為不可變的自身編號(hào)信息，第二編號(hào)字段為可變的位置編號(hào)信息。10.如權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)所述的一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述信號(hào)接收與處理裝置中，所述無線接收端接收來自多個(gè)所述液面測(cè)量裝置的多個(gè)編號(hào)信息并將所述編號(hào)信息傳輸至第二單片機(jī)；所述第二單片機(jī)按照既定算法輸出結(jié)果信息至顯示設(shè)備進(jìn)行顯示。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明提供一種鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，鉆井環(huán)空液面監(jiān)測(cè)方法包括：液面測(cè)量裝置安裝于鉆桿元件上；液面測(cè)量裝置按照鉆桿元件的入井次序進(jìn)行編號(hào)，得到編號(hào)信息；信號(hào)接收與處理裝置設(shè)于鉆井井筒外部；液面測(cè)量裝置所處環(huán)境壓力等于大氣壓時(shí)運(yùn)行，發(fā)射代表所在鉆桿元件的編號(hào)信息并且監(jiān)測(cè)其它液面測(cè)量裝置發(fā)射的編號(hào)信息；液面測(cè)量裝置監(jiān)測(cè)到先入井的液面測(cè)量裝置發(fā)射的編號(hào)信息時(shí)，發(fā)射先入井的液面測(cè)量裝置的編號(hào)信息；信號(hào)接收與處理裝置接收來自多個(gè)液面測(cè)量裝置的多組編號(hào)信息；信號(hào)接收與處理裝置接收到的多組編號(hào)信息一致時(shí)，即可確定當(dāng)前環(huán)空液面位置。本發(fā)明能快速確定環(huán)空液面位置，對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)井漏、保障鉆井安全有積極作用。井安全有積極作用。井安全有積極作用。

技術(shù)研發(fā)人員：胡中志 饒芯 崔學(xué)兵

受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川輕化工大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2021.11.25

技術(shù)公布日：2022/3/1