一种基于液面监测的井筒液面平衡控制方法与流程

1.本发明属于井筒液面平衡控制技术领域，具体涉及一种基于液面监测的井筒液面平衡控制方法。


背景技术：

2.修井作业过程中，起下油管柱是一种很常规的作业，由于起下油管柱作业过程中会导致液面液位的变化，因此很可能出现很多意想不到的突发情况，如果液位较高，井底压力高于地层压力，有可能发生井漏；如果液位较低，井底压力低于地层压力，就有可能产生井涌，甚至井喷，酿成重大事故。因此，采取有效措施进行井筒液面深度控制，保证井筒液面平衡是修井作业安全的一个极其重要的环节。
3.成熟的液面液位检测装置多采用回声法探测，但修井时由于油管需要上提下放，因此防喷器需要打开，井筒顶部并不封闭，导致现有的采用回声法探测的装置无法直接使用，不能保证修井过程中液面液位的持续监测，也就不能保证修井过程中的安全性，容易发生井漏、井涌、井喷等重大事故。因此，如何在修井过程中保证持续监测液面液位，从而根据井筒液面液位决定灌液量，保证井筒液面平衡，是目前需要解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于液面监测的井筒液面平衡控制方法，利用声波式液面监测仪并结合抱箍式井口封堵座，实现油管起下钻的过程中井筒液面的实时且直接的监测，再根据液面监测结果控制向井筒内的灌液量，保持井筒液面深度在安全限值范围内，避免修井起下钻过程中井漏、井涌或井喷的发生，提高生产维修作业安全。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于液面监测的井筒液面平衡控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、在井筒支管上安装声波式液面监测仪和灌液管；步骤二、在井筒顶部安装抱箍式井口封堵座，所述抱箍式井口封堵座上设置有与油管外壁贴合的橡胶密封环，所述橡胶密封环与油管滑动配合；步骤三、使抱箍式井口封堵座抱合油管，所述橡胶密封环与油管贴合，对井筒顶部进行封闭，随后启动声波式液面监测仪，在油管的起下过程中，持续监测当前井筒液面深度，并根据当前井筒液面深度确定向井筒内的灌液量，保持井筒液面深度在安全限值范围内。
6.上述的一种基于液面监测的井筒液面平衡控制方法，其特征在于：所述井筒顶部由下至上依次设置有井筒支管、防喷器组和井口封堵座，所述井筒支管为四通管，所述四通管的底部通路与井筒顶部连接，所述四通管的顶部通路与防喷器组的底部连接，所述四通管的两侧通路分别与声波式液面监测仪和灌液管连接。
7.上述的一种基于液面监测的井筒液面平衡控制方法，其特征在于：所述声波式液
面监测仪与井筒支管之间设置有第一阀门，所述灌液管上设置有第二阀门和隔膜泵，灌液管远离井筒支管的一端连接有灌液池。
8.上述的一种基于液面监测的井筒液面平衡控制方法，其特征在于：所述井口封堵座包括与防喷器组顶部连接的双排滑轨和与双排滑轨滑动配合的油管抱合机构，所述油管抱合机构包括两个半抱合单元，所述半抱合单元包括沿双排滑轨滑动的滑座、设置在滑座上的半抱箍和控制滑座滑动的伸缩气缸，所述橡胶密封环包括两个半密封环，半密封环安装在半抱箍内侧，滑座下表面与防喷器组的顶部贴合。
9.上述的一种基于液面监测的井筒液面平衡控制方法，其特征在于：所述半密封环的内径小于油管管径，所述油管管径与半密封环的内径的差值不大于10mm。
10.上述的一种基于液面监测的井筒液面平衡控制方法，其特征在于：所述半密封环外圆周侧面到内圆周侧面的厚度逐渐减小。
11.上述的一种基于液面监测的井筒液面平衡控制方法，其特征在于：一个所述半密封环的两端均设置有限位凸块，另一个所述半密封环的两端均设置有供限位凸块插入的限位凹槽。
12.本发明与现有技术相比的优点为：本发明利用声波式液面监测仪并结合抱箍式井口封堵座，实现油管起下钻的过程中井筒液面的实时且直接的监测，再根据液面监测结果控制向井筒内的灌液量，保持井筒液面深度在安全限值范围内，避免修井起下钻过程中井漏、井涌或井喷的发生，提高修井作业过程安全。
13.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
14.图1为本发明的使用状态图。
15.图2为本发明采用的井口封堵座的结构示意图。
16.图3为本发明采用的井口封堵座中伸缩气缸的安装位置示意图。
17.图4为本发明采用的井口封堵座中半密封环和半抱箍的结构示意图。
18.附图标记说明:1-井筒支管； 2-声波式液面监测仪； 3-灌液管；4-井筒； 5-抱箍式井口封堵座； 6-油管；7-防喷器组； 8-第一阀门； 9-第二阀门；10-隔膜泵；
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11-灌液池；
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12-监控主机；13-双排滑轨；
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14-滑座；
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15-半抱箍；16-伸缩气缸；
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17-半密封环；
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18-三色指示灯；19-限位凸块；
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20-限位凹槽；
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21-横向连杆；22-长条通孔。
具体实施方式
19.如图1至图4所示，本发明的一种基于液面监测的井筒液面平衡控制方法，包括以下步骤：步骤一、在井筒支管1上安装声波式液面监测仪2和灌液管3；
步骤二、在井筒4顶部安装抱箍式井口封堵座5，所述抱箍式井口封堵座5上设置有与油管6外壁贴合的橡胶密封环，所述橡胶密封环与油管6滑动配合；步骤三、使抱箍式井口封堵座5抱合油管6，所述橡胶密封环与油管6贴合，对井筒4顶部进行封闭，随后启动声波式液面监测仪2，在油管6的起下过程中，持续监测当前井筒液面深度，并根据当前井筒液面深度确定向井筒4内的灌液量，保持井筒液面深度在安全限值范围内。
20.需要说明的是，通过利用声波式液面监测仪2并结合抱箍式井口封堵座5，实现油管6起下钻的过程中井筒液面的实时且直接的监测，再根据液面监测结果控制向井筒4内的灌液量，保持井筒液面深度在安全限值范围内，避免修井起下钻过程中井漏、井涌或井喷的发生，提高生产维修作业安全。
21.本实施例中，在监控主机12内设置液面深度上限值和液面深度下限值对液面深度进行控制。具体使用时，在抱箍式井口封堵座5对井筒4顶部进行封闭后，启动声波式液面监测仪2连续监测液面深度，当检测到的实际液面深度小于液面深度下限值时，监控主机12控制隔膜泵10开启，通过四通管向井筒4灌液;当声波式液面监测仪2检测到的实际液面深度大于液面深度上限值时，停止灌液，暂停或减缓油管6的下放，同时防喷器组7工作，抱箍式井口封堵座5保持抱合，与监控主机12相连的三色指示灯18亮红灯报警，提示漏失或溢流危险。
22.本实施例中，所述井筒4顶部由下至上依次设置有井筒支管1、防喷器组7和井口封堵座5，所述井筒支管1为四通管，所述四通管的底部通路与井筒4顶部连接，所述四通管的顶部通路与防喷器组7的底部连接，所述四通管的两侧通路分别与声波式液面监测仪2和灌液管3连接。
23.需要说明的是，由于防喷器组7封闭井口时，油管无法上下移动，因此无法直接使用防喷器组7作为修井起下钻的井口封堵装置，需要额外进行封堵结构设计，所述井口封堵座5既可保证封闭井口的同时不影响油管6的上下动作，从而实现修井的同时采用声波式液面监测仪进行液面的实时检测。
24.本实施例中，所述声波式液面监测仪2与井筒支管1之间设置有第一阀门8，所述灌液管3上设置有第二阀门9和隔膜泵10，灌液管3远离井筒支管1的一端连接有灌液池11。
25.本实施例中，所述灌液池11内储存有修井液。
26.本实施例中，声波式液面监测仪2采用专利号为201720395204.9的实用新型专利《一体化油井动态液面测量装置》，声波式液面监测仪2与监控主机12通信，监控主机12根据声波式液面监测仪2的监测结果控制隔膜泵10的启停。
27.需要说明的是，声波式液面监测仪2可使用修井车上的车载电源和车载压缩气体工作，声波式液面监测仪2利用车载压缩气体瞬间声爆产生特定频率的次声波，声波沿井筒4环空传播，经过井筒液面产生反射回波，声波式液面监测仪2将回波信号处理为电信号后，通过有线rs485将信号传输给监控主机12，监控主机12将数据通过wifi无线方式传输到平板电脑，进行井筒液面深度的显示和控制。
28.本实施例中，除了根据检测到的井筒液面深度自动控制灌液外，还可根据实际需要进行手动或定时控制灌液，提高操作性。
29.本实施例中，步骤三中，对井筒4顶部进行封闭后，需要打开第一阀门8和第二阀门
9。
30.本实施例中，所述井口封堵座5包括与防喷器组7顶部连接的双排滑轨13和与双排滑轨13滑动配合的油管抱合机构，所述油管抱合机构包括两个半抱合单元，所述半抱合单元包括沿双排滑轨13滑动的滑座14、设置在滑座14上的半抱箍15和控制滑座14滑动的伸缩气缸16，所述橡胶密封环包括两个半密封环17，半密封环17安装在半抱箍15内侧，滑座14下表面与防喷器组7的顶部贴合。
31.本实施例中，所述双排滑轨13为两个工字钢滑轨，所述滑座14与所述工字钢滑轨的内侧滑道滑动配合。
32.本实施例中，所述伸缩气缸16的数量为四个，一个滑座14由两个伸缩气缸16控制，稳定性较好，两个伸缩气缸16分别安装在两个所述工字钢滑轨的外侧滑道上，伸缩气缸16的伸缩端通过横向连杆21与滑座14连接，所述工字钢滑轨的腹板上开有供横向连杆21滑动的长条通孔22。
33.需要说明的是，在所述橡胶密封环抱合在油管6上后，两个滑座14、半抱箍15和半密封环17将井筒4顶部封闭，使声波式液面监测仪2能够正常工作。
34.本实施例中，所述半密封环17的内径小于油管6管径，所述油管6管径与半密封环17的内径的差值不大于10mm。
35.需要说明的是，当两个半抱箍15抱合时，两个半密封环17挤压油管6侧壁，保证密封效果，但通过限制橡胶密封环的内径与油管6管径的差值，控制橡胶密封环对油管6的挤压力度，保证达到密封效果的同时油管6还能自由地上下运动，保证修井作业的正常进行。
36.本实施例中，所述半密封环17外圆周侧面到内圆周侧面的厚度逐渐减小。
37.需要说明的是，半密封环17的内侧厚度较小，从而具有相对较大的弹性，半密封环17的外侧厚度较大，弹性相对较小，支撑力更好，上述结构能够更好地保证对油管6的抱合密封效果。
38.本实施例中，一个所述半密封环17的两端均设置有限位凸块19，另一个所述半密封环17的两端均设置有供限位凸块19插入的限位凹槽20。
39.需要说明的是，油管6在上下提放时，或多或少会产生左右晃动，设置两个半密封环17通过限位凸块19和限位凹槽20卡接，再结合伸缩气缸16的抵推作用，防止两个半密封环17在油管6的运动干扰下错位，从而时刻保证井筒4顶部的密封性。
40.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。