一种自动同步高精度记录冲洗液体积及泵压的装置及方法

技术领域

本发明属于钻孔施工过程中冲洗液监测技术领域，具体涉及一种自动同步高精度记录冲洗液体积及泵压的装置及方法。

背景技术

冲洗液在钻井过程中起到清洗井底、带出岩粉、冷却钻杆及钻头等作用，冲洗液消耗量初步反映了所揭露地层的地质及水文地质条件，监测冲洗液消耗量及泵压，对及时调整钻井参数或冲洗液配比，防止出现埋钻等孔内事故，保证安全施工具有重要意义。由于冲洗液中含有泥浆、岩粉等，不适合用常见的流量计记录其消耗量，故多采用钻井前后冲洗液体积差的方法推算其消耗量；泵压一般采用用泥浆泵附带的压力表示值。

传统的循环池液位和泵压多由人工记录，在记录和电子化过程中难免存在误差，且记录的数据量有限，难以精确反映地质或水文地质条件出现变化的深度；由于在钻井场地，循环池、泥浆泵、钻机之间的距离一般较远，且不同设备开启时间不一致，难以同时记录循环池液位和泵压；若由专人往返监测循环池液位和泵压，不仅人力成本较高，而且由于场地内管线较多，增大了事故风险。

因此需要提供一种自动同步高精度记录冲洗液体积及泵压的装置及方法，解决现有技术存在的不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动同步高精度记录冲洗液体积及泵压的装置及方法，一次操作同时完成冲洗液体积和泵压的记录，并实时将数据显示给现场操作人员，方便及时制定应对措施。

实现本发明目的的技术方案：

一种自动同步高精度记录冲洗液体积及泵压的装置，该装置包括超声波液位计a、液位计安装管a、超声波液位计b、液位计安装管b、无纸记录仪、电源开关、平膜压力计和泥浆泵；

其中，超声波液位计a、超声波液位计b、平膜压力计分别与无纸记录仪连接，超声波液位计a与液位计安装管a连接，超声波液位计b与液位计安装管b连接，平膜压力计另一端连接泥浆泵，无纸记录仪与泥浆泵分别与电源开关连接。

所述的超声波液位计a、超声波液位计b、平膜压力计分别通过数据线与无纸记录仪连接。

所述的超声波液位计a通过螺纹连接液位计安装管a，液位计安装管a垂直焊接于清水箱中。

所述的超声波液位计b通过螺纹连接液位计安装管b，液位计安装管b垂直焊接于循环池中。

所述的平膜压力计通过三通与出水高压管连接。

所述的无纸记录仪与泥浆泵分别通过电源线b、电源线a与同电源开关连接。

所述的泥浆泵一端和进水高压管连接，另一端和平膜压力计和出水高压管连接。

所述的一种自动同步高精度记录冲洗液体积及泵压的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1进行钻孔施工现场的布置；

步骤2将超声波液位计a、超声波液位计b、平膜压力计通过数据线与无纸记录仪连接并接入施工现场的管路；

步骤3测量清水箱初始水位并在记录软件中换算为体积；

步骤4进行钻探施工；

步骤5利用无纸记录仪记录的数据推算耗水量。

所述的步骤1包括以下步骤：

步骤1.1准备清水箱、循环池，其中清水箱高于循环池；

步骤1.2布置进水高压管、泥浆泵、出水高压管。

所述的步骤2包括以下步骤：

步骤2.1准备液位计安装管a、液位计安装管b，长度略高于清水箱、循环池；液位计安装管a、液位计安装管b由一端至2/3长度部分钻直径1cm圆孔，孔间距2cm，形成滤水管；

步骤2.2分别将液位计安装管a、液位计安装管b垂直焊接于将清水箱、循环池中；

步骤2.3分别将超声波液位计a与液位计安装管a固定连接，超声波液位计b与液位计安装管b固定连接，将平膜压力计与三通连接；

步骤2.4分别将超声波液位计a、超声波液位计b、平膜压力计通过三条数据线与无纸记录仪的数据端口连接；

步骤2.5将无纸记录仪、泥浆泵通过分别通过电源线b、电源线a与同一电源开关的一端连接。

所述的步骤3包括以下步骤：

步骤3.1测量清水箱的底面积，记为S1；测量循环池的底面积，记为S2；

步骤3.2测量超声波液位计a底部至清水箱底部的距离，记为H1；测量超声波液位计b至循环池底部的距离，记为H2；

步骤3.3将超声波液位计a和超声波液位计b测得距离换算为体积：假设超声波液位计a测得的其底部至清水箱中冲洗液面的距离为h1，假设超声波液位计b测得的其底部至循环池中冲洗液面的距离为h2；在无纸记录仪中，将超声波液位计a的显示值设置为V1＝(H1-h1)×S1，即显示的数值为清水箱中实际存在的冲洗液体积；在无纸记录仪中，将将超声波液位计b的显示值设置为V2＝(H2-h2)×S2，即显示的数值为循环池中实际存在的冲洗液体积；

步骤3.4在无纸记录仪的操作界面中，将超声波液位计a、超声波液位计b、平膜压力计的采样频率均设置为5min。

所述的步骤4包括以下步骤：

步骤4.1将钻杆安装至钻孔中；

步骤4.2初次钻进时，将清水箱、循环池配制足量的冲洗液；

步骤4.3当前回次钻进开始时，连通电源开关，启动泥浆泵，无纸记录仪、超声波液位计a、超声波液位计b、平膜压力计同步启动，并自动开始测量和记录数据，测量的清水箱和循环池中冲洗液的体积、进水高压管中的冲洗液压力可通过无纸记录仪的显示面板实时显示；

步骤4.4当前回次钻进过程中，观察无纸记录仪显示的数据，在泵压异常时采取措施；

步骤4.5当前回次钻进过程中，当无纸记录仪显示的循环池内冲洗液体积不足时，打开阀门，使清水箱内的冲洗液自然流入循环池中；

步骤4.6当前回次钻进结束时，电源开关断开，泥浆泵停止运行，无纸记录仪、超声波液位计a、超声波液位计b、平膜压力计同步停止记录和测量。

所述的步骤5包括以下步骤：

步骤5.1将无纸记录仪中的数据导出为“.elsx”或“.els”格式；

步骤5.2计算单个钻进回次冲洗液的消耗量：利用数据筛选功能，筛选出无纸记录仪通电后第一组数据，假设记录的清水箱冲洗液体积为V1，记录的循环池冲洗液体积为V2；筛选出无纸记录仪断电前最后一组数据，假设记录的清水箱冲洗液体积为V1′，记录的循环池冲洗液体积为V2′；则单个钻进回次的冲洗液消耗量即为V＝V1+V2-V1′-V2′；

步骤5.3推算单个回次内任意进尺时冲洗液消耗量：计算无纸记录仪每次计数之间的冲洗液消耗量，假设t0时刻记录的清水箱冲洗液体积为V1

本发明的有益技术效果在于：

(1)本发明由电子装置自动记录数据并实时显示，实现了大量高精度数据的采集，便于后期精准的数据分析；

(2)本发明将超声波液位计与平膜压力计连接到一台无纸记录仪，并将无纸记录仪的电源与泥浆泵电源连接，实现了开泵的同时记录冲洗液体积和泵压；

(3)本发明所需增加的设备成本较低，一次投入可重复使用，节约了人力成本，避免了在机台内往返产生安全事故的风险。

附图说明

图1为本发明所提供的一种自动同步高精度记录冲洗液体积及泵压的装置结构示意图；

图2为本发明所提供的一种自动同步高精度记录冲洗液体积及泵压的装置的使用装配图；

图中：1-超声波液位计a；2-液位计安装管a；3-超声波液位计b；4-液位计安装管b；5-数据线；6-无纸记录仪；7-电源线a；8-电源线b；9-电源开关；10-平膜压力计；11-出水高压管；12-钻杆；13-清水箱；14-阀门；15-循环池；16-进水高压管；17-泥浆泵；18-三通；19-钻孔。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进行进一步描述：

如图1所示，本发明提供了一种自动同步高精度记录冲洗液体积及泵压的装置，该装置包括超声波液位计a1、液位计安装管a2、超声波液位计b3、液位计安装管b4、数据线5、无纸记录仪6、电源开关9、平膜压力计10和泥浆泵17；

其中，超声波液位计a1、超声波液位计b3、平膜压力计10分别通过数据线5与无纸记录仪6连接，超声波液位计a1与液位计安装管a2通过螺纹连接，超声波液位计b3与液位计安装管b4通过螺纹连接，平膜压力计10通过三通18与出水高压管11连接，无纸记录仪6与泥浆泵17分别通过电源线b8、电源线a7与电源开关9连接。

所述液位计安装管a2、液位计安装管b4分别垂直焊接于清水箱13、循环池15中。

当钻井开始开启泥浆泵17的同时，无纸记录仪6同步启动，与无纸记录仪6连接的超声波液位计a1、超声波液位计b3、平膜压力计10同步启动并开始采集数据和存储数据，并将数据实时显示于无纸记录仪6的显示面板；当钻井结束，关闭泥浆泵17的同时，无纸记录仪6、超声波液位计a1、超声波液位计b3、平膜压力计10同步停止采集和记录数据。

如图2所示，本发明还提供了一种自动同步高精度记录冲洗液体积及泵压的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1进行钻孔施工现场的布置；

步骤1.1准备两个尺寸规则的铁质水箱，分别为清水箱13、循环池15，其中清水箱13高于循环池15，保证清水箱13内清水可在阀门14打开的情况下自然流入循环池15内；

步骤1.2按正常钻井场地内设备布置方法布置进水高压管16、泥浆泵17、出水高压管11。

步骤2将超声波液位计a1、超声波液位计b3、平膜压力计10通过三条数据线5与无纸记录仪6连接并接入施工现场的管路；

步骤2.1准备液位计安装管a2、液位计安装管b4，其长度略高于清水箱13、循环池15；液位计安装管a2、液位计安装管b4由一端至2/3长度部分钻直径1cm圆孔，孔间距2cm，形成滤水管；液位计安装管a2、液位计安装管b4另一端加工螺纹，螺纹规格与超声波液位计a1、超声波液位计b3底部安装螺纹规格一致；

步骤2.2分别将液位计安装管a2、液位计安装管b4垂直焊接于将清水箱13、循环池15中；

步骤2.3分别将超声波液位计a1、超声波液位计b3通过螺纹与液位计安装管a2、液位计安装管b4连接，将平膜压力计10通过螺纹与三通18连接；

步骤2.4分别将超声波液位计a1、超声波液位计b3、平膜压力计10通过三条数据线5与无纸记录仪6的数据端口连接；

步骤2.5将无纸记录仪6、泥浆泵17通过分别通过电源线8、电源线7与同一电源开关9的一端连接。

步骤3测量清水箱13初始水位并在记录软件中换算为体积；

步骤3.1测量清水箱13的底面积，记为S1；测量循环池15的底面积，记为S2；

步骤3.2测量超声波液位计a1底部至清水箱13底部的距离，记为H1；测量超声波液位计b3至循环池15底部的距离，记为H2；

步骤3.3将超声波液位计a1和超声波液位计b3测得距离换算为体积：假设超声波液位计a1测得的其底部至清水箱13中冲洗液面的距离为h1，假设超声波液位计b3测得的其底部至循环池15中冲洗液面的距离为h2；在无纸记录仪6中，将超声波液位计a1的显示值设置为V1＝(H1-h1)×S1，即显示的数值为清水箱中实际存在的冲洗液体积；在无纸记录仪6中，将将超声波液位计b3的显示值设置为V2＝(H2-h2)×S2，即显示的数值为循环池中实际存在的冲洗液体积；

步骤3.4在无纸记录仪6的操作界面中，将超声波液位计a1、超声波液位计b3、平膜压力计10的采样频率均设置为5min(也可设置为其他频率)。

步骤4进行钻探施工；

步骤4.1将钻杆12安装至钻孔19中；

步骤4.2初次钻进时，按照冲洗液配制要求，将清水箱13、循环池15配制足量的冲洗液；

步骤4.3当前回次钻进开始时，电源开关9连通，泥浆泵17启动，无纸记录仪6、超声波液位计a1、超声波液位计b3、平膜压力计10同步启动，并自动开始测量和记录数据，测量的清水箱13和循环池15中冲洗液的体积、进水高压管16中的冲洗液压力可通过无纸记录仪6的显示面板实时显示；

步骤4.4当前回次钻进过程中，现场操作人员只需观察无纸记录仪6显示的数据，在泵压异常时按照钻探施工有关规定及时采取措施；

步骤4.5当前回次钻进过程中，当无纸记录仪6显示的循环池15内冲洗液体积不足时，打开阀门14，使清水箱13内的冲洗液自然流入循环池15中；

步骤4.6当前回次钻进结束时，电源开关9断开，泥浆泵17停止运行，无纸记录仪6、超声波液位计a1、超声波液位计b3、平膜压力计10同步停止记录和测量。

步骤5利用无纸记录仪6记录的数据推算耗水量。

步骤5.1将无纸记录仪6中的数据导出为“.elsx”或“.els”格式；

步骤5.2计算单个钻进回次冲洗液的消耗量：利用数据筛选功能，筛选出无纸记录仪6通电后第一组数据，假设记录的清水箱13冲洗液体积为V1，记录的循环池15冲洗液体积为V2；筛选出无纸记录仪6断电前最后一组数据，假设记录的清水箱13冲洗液体积为V1′，记录的循环池15冲洗液体积为V2′；则单个钻进回次的冲洗液消耗量即为V＝V1+V2-V1′-V2′；

步骤5.3推算单个回次内任意进尺时冲洗液消耗量：计算无纸记录仪6每次计数之间的冲洗液消耗量，假设t0时刻记录的清水箱13冲洗液体积为V1

上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。