石油钻井泥浆液面检测方法探究

[摘要]石油钻井作业存在着较大风险。在正常石油钻井过程中，通过井底压力进行地层压力平衡，从而避免溢流井涌事故发生。然而在多种因素影响下，当地层压力超出井底压力时，则会引起溢流井涌事故发生。泥浆液面检测技术的应用，可以有效实现溢流早期监测，及时采取控制措施，保障石油钻井安全。本文在分析多种石油钻井泥浆液面检测方法的基础上，对其检测应用进行评价，并提出泥浆液面检测方法应用意见。

[关键词]石油钻井；泥浆液面检测；溢流；井涌

[中图分类号]TE2[文献标识码]A[文章编号]1005-6432（2014）14-0044-02

在正常石油钻井活动中，多是依靠井底压力进行地层压力平衡，防止出现溢流井涌事故。然而在多种因素影响下，地层压力会超出井底压力，在压力作用下，地层流体进入到井筒并引发溢流井涌事故。溢流井涌事故发生时表现在地面上，其主要特征为钻井泥浆面增加，泥浆出口返速增加。泥浆液面检测技术，通过检测石油钻井泥浆液面变化，可以及时发现溢流井涌问题，属于石油钻井中普遍应用的溢流早期监测方式。为保证监测质量，要求石油钻井泥浆液面检测装置精度较高，持续测量能力较强，满足在线及实时监测要求等。

1石油钻井泥浆液面检测方法探究

1.1超声波式液面检测方法

超声波式液面检测方法中，常见的超声发生器主要包括机械方式产生超声波与电气方式产生超声波两种，其中电气超声波发生器应用较为广泛。超声波式液面检测原理为：通过超声波发射器发生超声波并计时，超声波在介质中传播，在传播过程中一旦受到障碍则会返回，接收器接收到发射波停止计时。在石油钻井作业中，应用超声波式液面检测方法可以实现对钻井液面的实时检测，并判断出是否出现溢流井涌。通过超声波发射波及反射波，可以计算出发射及接收时间差，并计算出液面高度，实现液面检测。

在泥浆液面检测中，超声波式液面检测方法其装置安装与维护操作较为简单，响应时间较短，因其工作原理，可以实现非接触测量，可以对有毒液体、腐蚀性液体等进行测量。然而这种方式要求其检测对象可以充分反射声波，且超声波在传递过程中，容易受到介质种类、密度、周围环境温度、压力等因素影响，导致其测量精度稳定性较差。

1.2标尺式液面检测方法

标尺式液面检测装置主要包括气室、气室连通管、浮筒、游动标尺、气喇叭等部分，通过螺栓连接游动标尺及浮筒，游动标尺上设置触板，在阀座上安装报警阀，一旦泥浆液面出现变化时，浮筒则会带动游动标尺进行上下移动，并带动报警阀报警，从而实现对井喷、溢流、井涌预警。这种检测方法不需要派专人看管，装置结构简单，制造成本较低，在各种类型的液面检测中应用效果较好。然而这种方法容易受到液体黏度影响，导致测量精度不足。

1.3光纤式液面检测方法

光纤式液面检测装置主要包括输出及输入光纤束、光电转换器、传感器壳体等。其测量原理主要是根据光导纤维中光在不同介质中传输特性的改变来实现。装置发光器件将发射出的光传输给敏感元件，如容器中不存在液体，则敏感元件透射光量与反射光量则为一定值，当容器中存在液体时，则敏感元件透光量增加，反射量降低，实现对泥浆液面的检测。

光纤式液面检测装安全防爆、抗腐蚀性较好、体积较小、支持远距离传输，在多种液体液面检测时质量较好，在易燃易爆腐蚀性较好的溶液检测中适用性较好，精度较高。然而该装置故障率较高，且安装较为困难。

1.4激光式液面检测方法

激光式液面检测方法与超声波式检测方法原理类似，通过接收反射或散射激光脉冲实现对液面检测，其装置具有较好的抗干扰性，维护较为方便，安全防爆，然而其装置部分容易受到污染，导致其测量结果精度不稳定。

1.5电容式液面检测

电容式液面检测原理可以用以下公式来描述：

CH=2πεTε01lnD/dH+2πε01lnD/d（L-H）

其中CH代表传感器电容量，H代表液面高度，D代表外筒直径，εT代表被测液体介电常数，ε0代表绝对介电常数，一般取值为8.85×10-12F/m。因介电常数及外筒直径等属于定制，影响电容量的参数只有H，即液面高度值。采取电容式液面检查方法，其误差较小，灵敏性较好，环境适应性较强，整体效果优良。

1.6差压式与磁致伸缩式液面检测方法

差压式检测装置为密封封装，其灵敏性较高，性能稳定，在液面测量中广泛应用。磁致伸缩式液面检测装置应用稳定性良好，测量范围较大，环境适应性较强，温度变化对其测量影响较小，具备良好的防雷及抗干扰性，在多参数、高精度液面测量中应用效果较好。然而其造价较高，应用推广较为困难。

2石油钻井泥浆液面检测方法综合评价

综合对比各种石油钻井泥浆液面检测方法，并进行综合评价。超声波式液面检测装置在石油钻井现场应用较为广泛，测量精度较高，安装及维护方便，造价适中，然而存在着一定测量盲区，液面波动引起其测量准确度不稳定；标尺式液面检测装置结构简单，成本较低，在钻井现场应用十分普遍，然而因其液体黏度会对其工作性能造成一定影响，导致其测量精度不佳；光纤式液面检测装置故障率较高，机械传动部件较多，安装较为复杂，在钻井泥浆液面检测中适用性较低。电容式液面检测装置在检测中，因内外筒液面高度并不能全面真实反映钻井泥液面高度，从而引起检测误差较大，导致其不适用于泥浆液面检测作业中；差压式检测装置在检测中容易受到钻井液组分及温度变化影响，导致其测量误差较大，在泥浆液面检测中适用性较低；磁致伸缩式液面检测装置造价较高，随测量液体密度变化，其测量精度不稳定，不适用于钻井泥浆液面检测工作。

3石油钻井泥浆液面检测方法应用的建议

综合考虑多种泥浆液面检测方法及其适用性，考虑泥浆液面特性，为保障液面检测质量，保障石油钻井安全性，可以在钻井现场选择应用两套或两套以上检测装置，提高液面检测质量。为避免检测装置受到泥浆液面波动影响，可以在检测区域设置缓冲隔离带，消除液面波动所引起的误差。考虑到钻井液表面积较大，如出现小溢流量，则其液面变化不明显，无法及时发现溢流问题，为此，可以在钻井液出口位置设置流量计。提高泥浆液面检测装置整体质量，当前，液位传感器在科学发展的推动下其智能化及集成化趋势越发明显，通过应用多种新型传感器，可以有效提高泥浆液面检测质量及效率，保障石油钻井作业的安全性。