[发明专利]一种随钻防溢管液位监测装置和监测方法

说明书

本发明提供了一种随钻防溢管液位监测装置和监测方法。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；激光发射单元安装在防溢管内的第一位置并能够向反射组件的反射板发射激光；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，得到激光入射角度；计算单元能够利用激光入射角度，确定液面或堆积沉沙的高度。所述方法包括采用上述的装置进行监测工作。本发明的有益效果可包括：探测速度快，性能稳定，精准，应用场景更灵活，能够显著减少钻井液漏失风险及受限空间人身伤害风险。

技术领域

本发明涉及石油天然气领域，特别地，涉及一种随钻防溢管液位监测装置和监测方法。

背景技术

钻井过程中出口钻井液流量变化情况是表征钻井液和井下流体混合液返出地面的流量、速度及性质的重要观测参数。若其他工况不变，钻井液流量变少则可能发生井漏，而井漏是石油工程领域钻井过程中危害大、难发现、难确定的一种钻井液受地质或工程原因影响而漏失进入地层的现象，在损失钻井液发生经济损失的同时，可能导致地层污染、井壁失稳甚至井喷风险；若其他条件几乎不变的情况下，出口钻井液流量突然增大，则可能发生地层流体大规模侵入，溢流、井涌、井喷等险情发生的概率极大增加，因此，随钻出口流量检测是钻井过程中的重要任务。

现场地质和工程人员通常依赖出口流量的观测发现井漏或者钻井液溢出的现象，受限于井场条件和实际工况，钻井过程中钻井液在管线地面出口的流量变化情况监测通常依赖靶式流量检测器等传统流量检测器，但由于沉沙埋覆、流量突变，靶式装置设计缺陷及其他不确定性因素影响，流量监测难以准确计量，有必要引入新的测量和评价随钻出口流量变化情况的装置改善现有测量方式。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种检测速度快且稳定的随钻防溢管液位监测装置和监测方法。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种随钻防溢管液位监测装置。所述装置可包括：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≥1，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、浮力和驱动力中至少一种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；计算单元能够利用所述激光入射角度，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。

根据本发明的随钻防溢管液位监测装置的一个示例性实施例，所述n≥2，n个反射组件可以沿防溢管径向分布，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。

根据本发明的随钻防溢管液位监测装置的一个示例性实施例，所述反射板的上板面可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，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，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，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。