[发明专利]一种随钻防溢管液位监测装置和监测方法

权利要求书

1.一种随钻防溢管液位监测装置，其特征在于，所述装置包括：反射单元、激光发射单元、激光接收单元、处理单元和计算单元，其中，

反射单元包括n个反射组件，n≥2，n个反射组件沿防溢管径向分布，每个反射组件都包括滑轨、升降机构和反射板，其中，滑轨竖直设置在防溢管内，反射板设置在滑轨上并能够在重力和浮力的作用下沿滑轨上下滑动，反射板还能够在驱动力的作用下沿滑轨上下滑动，升降机构能够提供所述驱动力；

激光发射单元安装在防溢管内的第一位置并能够向所述n个反射组件的反射板发射激光，第一位置高于防溢管内液面或堆积沉沙的高度；

激光接收单元设置在防溢管内壁的上侧，并能够接收m个反射组件的反射板所反射的激光，m≤n；

处理单元能够将所述激光接收单元接收的激光进行处理，得到m个激光入射角度，m个激光入射角度能够与m个反射组件一一对应，激光入射角度为激光发射单元发射的激光与垂线之间的夹角；

计算单元能够利用激光入射角度，确定所述m个反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度；

所述装置还包括流量异常判断单元，流量异常判断单元能够确定或的大小，并在或的情况下，判定井口流量异常，其中，

其中，x_i为所述m个反射组件中第i个反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度，x_i-1为第i-1个反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度，∑x_i为第1至第i个反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度之和，∑x_i-1为第1至第i-1个反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度之和，a为0.12～0.25，b为0.08～0.12。

2.根据权利要求1所述的随钻防溢管液位监测装置，其特征在于，所述激光发射单元能够通过发射激光来扫描所述n个反射组件的反射板。

3.根据权利要求2所述的随钻防溢管液位监测装置，其特征在于，所述反射板的上板面具有一个反射响应点，所述计算单元利用式1来确定所述m个反射组件中第i个反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉砂高度，

式1为：

其中，x_i为第i个反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉砂高度，a_i为第一位置与第i个反射组件的滑轨之间的垂直距离，为第一连线与垂线之间的夹角，为激光入射角度，h_i为反射板厚度，第一连线为连接第一位置和第二位置的直线，第二位置为沿第i个反射组件的滑轨向下延伸的直线与防溢管内壁交汇的位置。

4.据权利要求1所述的随钻防溢管液位监测装置，其特征在于，所述装置还包括显示单元，显示单元能够显示出第一图像，其中，

第一图像包括m条曲线，m条曲线与所述m个反射组件能够一一对应，每条曲线都反应出对应高度随时间变化的情况，对应高度为曲线对应反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度。

5.据权利要求1所述的随钻防溢管液位监测装置，其特征在于，所述装置还包括模拟单元和显示单元，模拟单元能够根据所述计算单元计算出的m个反射组件的反射板所表征的液面或堆积沉沙的高度，模拟出防溢管径向横截面的液位-沉沙曲线，并通过显示单元展示出来。

6.据权利要求1所述的随钻防溢管液位监测装置，其特征在于，所述反射组件还包括浮标、减速挡板和限位器，其中，

浮标设置在反射板之下，并能够使所述反射板浮在钻井液液面或堆积沉沙上；

减速挡板位于反射板的一侧，且其板面与钻井液流动方向垂直；

限位器设置在所述滑轨上端，并能够限制所述反射板向上的位移。