[發明專利]可回收氣壓式井筒環空液面檢測裝置及其檢測方法

在審

• 申請號: 201510660304.5
• 申請日: 2015-10-14
• 公開（公告）號: CN105275454A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發明（設計）人: 吳章武;孫寶江;李金順;姜勇;李昊;董增輝;高永海;張國芳;李慶超;雷立書;王哲凱;郭艷麗;王金波
• 申請（專利權）人: 中國石油集團渤海鉆探工程有限公司
• 主分類號: E21B47/047
• 分類號: E21B47/047;E21B47/06;E21B47/13
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 王夢

1.一種可回收氣壓式井筒環空液面檢測裝置，其特征在于，包括設置在井口處的井口氣壓測量模塊(4)、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(10)和計算機終端(13)，

所述井口氣壓測量模塊(4)包括第一半圓環形外殼(15a)、第二半圓環形外殼(15b)和分別固定在所述第一半圓環形外殼(15a)和所述第二半圓環形外殼(15b)上端面上的兩個半圓環形永磁鐵(14)，且所述第一半圓環形外殼(15a)和所述第二半圓環形外殼(15b)的一端端部通過第一連接軸(19)連接為一體，在所述第一半圓環形外殼(15a)的下端面上設置有第一高能蓄電池(20)、第一中心處理器(21)和第一信號接收器(16)，在所述第二半圓環形外殼(15b)的下端面上設置有第一信號發射器(18)和第一精敏氣壓計(17)；

所述井筒環空液面測量模塊(10)包括第三半圓環形外殼(24a)、第四半圓環形外殼(24b)和分別固定在所述第三半圓環形外殼(24a)和第四半圓環形外殼(24b)內壁上的第一電磁鐵(29a)和第二電磁鐵(29b)，所述第三半圓環形外殼(24a)和第四半圓環形外殼(24b)的一端端部通過第二連接軸(25)連接為一體，在所述第三半圓環形外殼(24a)的上端面設置有第二信號接收器(22)和第二精敏氣壓計(23)，在所述第四半圓環形外殼(24b)的上端面上設置有第二中心處理器(28)、第二信號發射器(27)和第二高能蓄電池(26)；

所述計算機終端(13)通過數據連接總線(30)與第一中心處理器(21)連接，所述第一中心處理器(21)通過電纜分別與所述第一精敏氣壓計(17)、所述第一信號接收器(16)和所述第一信號發射器(18)連接，所述第二中心處理器(28)通過電纜分別與所述第二信號接收器(22)、所述第二精敏氣壓計(23)、所述第二信號發射器(27)和所述電磁鐵連接。

2.根據權利要求1所述的可回收氣壓式井筒環空液面檢測裝置，其特征在于，在所述第一半圓環形外殼(15a)和所述第二半圓環形外殼(15b)的下端面、在所述第三半圓環形外殼(24a)和第四半圓環形外殼(24b)的上端面上均向內凹陷形成有多個用于設置各個器件的內槽。

3.根據權利要求1或2所述的可回收氣壓式井筒環空液面檢測裝置，其特征在于，所述第二信號接收器(22)與第一信號發射器(18)設置在同一軸線上；所述第二信號發射(27)與第一信號接收器(16)設置在同一軸線上。

4.根據權利要求1或2所述的可回收氣壓式井筒環空液面檢測裝置，其特征在于，所述兩個半圓環形永磁鐵(14)與所述第一半圓環形外殼(15a)和所述第二半圓環形外殼(15b)的上端面之間，所述第一電磁鐵(29a)與所述第三半圓環形外殼(24a)之間，以及所述第二電磁鐵(29b)與所述第四半圓環形外殼(24b)均采用抗高溫抗水膠固定連接。

5.根據權利要求1或2所述的可回收氣壓式井筒環空液面檢測裝置，其特征在于，所述井筒環空液面測量模塊(10)的第三半圓環形外殼(24a)和第四半圓環形外殼(24b)為采用低密度耐腐蝕材料制成的半圓環形空心殼體。

6.根據權利要求1所述的可回收氣壓式井筒環空液面檢測裝置，其特征在于，所述第二信號接收器(22)與第一信號發射器(18)之間、所述第二信號發射(27)與第一信號接收器(16)之間均采用電磁波進行信號傳輸。

7.一種使用權利要求1所述的可回收氣壓式井筒環空液面檢測裝置的檢測方法，其特征在于，向計算機終端(13)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(4)和井筒環空液面氣壓測量模塊(10)分別測定出各時間段井口部位環空內的氣壓P₁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P₁和井筒內環空液面氣壓P₂通過井口氣壓測量模塊(4)回傳給計算機終端(13)，計算出各時間段井筒液面深度變化Δh，并與所測井的井涌的環空液面變化閥值C₁進行比較：當Δh<0，且|Δh|>C₁，則說明有井涌溢流危險，應要立即啟動預防措施。

8.根據權利要求7所述的可回收氣壓式井筒環空液面檢測裝置的檢測方法，其特征在于，包括如下具體步驟：

S1、將井口氣壓測量模塊(4)和井筒環空液面氣壓測量模塊(10)安裝在鉆桿上并與計算機終端(13)形成連接：

S2、井口部位環空內的氣壓P₁的測定：

計算機終端(13)向井口氣壓測量模塊(4)發出井口環空氣壓測定指令，經的第一中心處理器(21)處理，向第一精敏氣壓計(17)發出電信號測定指令，第一精敏氣壓計(17)接收到指令信號后立即開始測定井口環空部位氣壓P₁，其中計算機終端(13)每發出一次指令，第一精敏氣壓計(17)將進行三次氣壓測量，將得到三個氣壓值，即P₁₁、P₁₂和P₁₃通過電信號傳回第一中心處理器(21)，并回傳到計算機終端(13)顯示和記錄P₁，最終測定的氣壓結果P₁是由測量的三次氣壓值取平均值得到：

P1=P11+P12+P133,]]>

式中，P₁₁、P₁₂和P₁₃分別代表計算機發出一次指令第一精敏氣壓計(17)所測量的三個氣壓值，P₁為井口環空部位氣壓值；

S3、井筒內環空液面氣壓P₂測定與回傳：

計算機終端(13)向井口氣壓測量模塊(4)發出測定井筒環空液面處氣壓的指令，經第一中心處理器(21)處理，向第一信號發射器(18)發出電信號測試指令，第一信號發射器(18)接收到電信號測試指令后轉換成電磁波信號在井筒(11)環空中向井下傳播至井筒環空液面氣壓測量模塊(10)的第二信號接收器(22)，第二信號接收器(22)接收測試指令的電磁波信號后轉換成電信號測試指令傳給第二中心處理器(28)，第二中心處理器(28)將電信號測試指令傳送給第二精敏氣壓計(23)，第二精敏氣壓計(23)接收到測試指令信號后立即進行氣壓測量；同樣的，計算機終端(13)每發出一次指令，第二精敏氣壓計(23)會進行三次測壓，將得到三次氣壓測量值，即P₂₁、P₂₂和P₂₃通過電信號傳回第二中心處理器(23)，繼而通過電信號傳給第二信號發射器(27)，第二信號發射器(27)接收到電信號后轉換為電磁波信號，電磁波沿井筒環空向上傳播，由第一信號接收器(16)接收并立即轉換成為電信號傳送到第一中心處理器(21)，并回傳到計算機終端(13)顯示和記錄P₂，最終測定的氣壓結果P₂由測量的三次氣壓值取平均值得到：

P2=P21+P22+P233,]]>

式中，P₂₁、P₂₂和P₂₃分別代表計算機發出一次指令第二精敏氣壓計(23)所測量的三個氣壓值；P₂為井口環空液面位置氣壓值；

S4、井筒環空液面位置h計算：

由于井口部位環空內的氣壓P₁和井口環空液面位置氣壓P₂這兩個壓力之差是由于井口到井筒液面這一段氣柱產生的，因此計算機終端(13)通過下式計算得到井筒液面深度：

h=|P2-P1|ρg,]]>

式中，P₁和P₂分別為井口位置和井筒內環空液面處的氣壓測量值；ρ為常溫常壓下的氣體密度，約為1.29Kg/m³；g為重力加速度，大小約為9.81m/s²；

S5、測量液面變化并預測井涌溢流可能性：

根據步驟S2～S4測量得到的數值可以計算得到初始的環空液面深度h₁；通過計算機終端(13)設定每次測量的間隔時間Δt，使得經過Δt時間后，計算機終端(13)再次自動發出指令重復步驟S2～S4的測量，并計算得到經過時間Δt后的液面位置h₂，得到Δt時間內的井筒環空液面的變化Δh：

Δh＝h₂-h₁，

當Δh<0，且|Δh|>C₁，則說明有井涌溢流危險，其中，C₁為井涌的環空液面變化閥值；

S6、井筒環空液面氣壓測量模塊回收：

當井筒環空液面測量完畢后，計算機終端(13)發出指令，回收指令電信號經井口氣壓測量模塊(4)內的第一中心處理器(21)傳送給第一信號發射器(18)，第一信號發射器(18)接收回收指令電信號后轉換為電磁波信號并發出，電磁波信號沿井筒環空向下傳播至第二信號接收器(27)，第二信號接收器(27)接收電磁波信號并轉換成電信號發送給第二中心處理器(28)，第二中心處理器(28)傳送電信號給電磁鐵，電磁鐵帶磁，受到井口氣壓測量模塊(4)永磁鐵(4)吸引作用將該測量模塊吸附到鉆桿外壁上，上提鉆桿實現該裝置的回收。