CN117780334B - 一种钻井液液位测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井液液位测量装置及测量方法，涉及钻井液液位测量领域，所述装置包括：采集单元，用于获得钻井液的类型信息；判断单元，用于基于所述类型信息判断钻井液是否为泡沫钻井液，若是则开启第一液位测量单元，若否则开启第二液位测量单元；第一液位测量单元，用于将发光体安装在钻井液池中，拍摄发光体与钻井液液面接触部分的图像，分析所述图像并基于发光体表面的刻度获得钻井液池的钻井液液位信息；第二液位测量单元，用于将液位传感器安装在钻井液池中，基于液位传感器获得钻井液池的钻井液液位信息；本发明能够针对不同类型的钻井液实现其液位的准确测量。

Description

一种钻井液液位测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及钻井液液位测量领域，具体地，涉及一种钻井液液位测量装置及测量方法。

背景技术

钻井液是钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体总称。钻井液是钻井的血液，又称钻孔冲洗液。

钻井液对于钻井过程很重要，钻井液将钻井过程中的杂质从井底带出，主要作用是把岩屑从井底携带至地面，钻井液的液位比较重要需要实时监测，比如液位突然上升可能出现地下水，或钻井液液位突然下降可能遇到地下洞穴等等，因此，钻井液的液位需要实时监测。

在现有技术中，钻井液的液位测量是在钻井液池中安装液位传感器进行测量，但是申请人发现随着泡沫钻井液的逐渐推广，与常规钻井液体系相比，泡沫钻井液中泡沫的流体密度较低，因此可以减少静液柱压力，降低漏失的发生，因此泡沫钻井液的应用逐渐广泛，但是传统的这种液位测量方式并不适合钻井液为泡沫钻井液，由于泡沫钻井液中含有较多的气泡，导致使用传统的测压式的液位传感器来测量泡沫钻井液的液位则会出现测量不准确的情况。

发明内容

本发明目的是能够针对不同类型的钻井液实现其液位的准确测量。

为实现上述目的，本发明提供了一种钻井液液位测量装置，所述装置包括：

采集单元，用于获得钻井液的类型信息；

判断单元，用于基于所述类型信息判断钻井液是否为泡沫钻井液，若是则开启第一液位测量单元，若否则开启第二液位测量单元；

第一液位测量单元，用于将发光体安装在钻井液池中，拍摄发光体与钻井液液面接触部分的图像，分析所述图像并基于发光体表面的刻度获得钻井液池的钻井液液位信息；

第二液位测量单元，用于将液位传感器安装在钻井液池中，基于液位传感器获得钻井液池的钻井液液位信息。

其中，本装置首先利用采集单元获得钻井液的类型信息，获得钻井液的类型目的是根据不同的类型采用不同的液位测量方式进行测量，避免传统采用单一的测量方式，导致无法对泡沫钻井液进行准确液位测量的问题，当钻井液为泡沫钻井液时，传统的压力式液位测量传感器则会出现测量不准确的情况，本装置利用第一液位测量单元实现对泡沫钻井液的液位的准确测量，第一液位测量单元的测量原理为：将发光体安装在钻井液池中，拍摄发光体与钻井液液面接触部分的图像，分析所述图像并基于发光体表面的刻度获得钻井液池的钻井液液位信息，即通过拍摄液位图像然后分析液位的刻度获得实际的液位信息，由于钻井液比较浑浊不易观察，且为了便于在夜间拍摄和识别，设计了发光体，利用发光体发光便于准确从图像中分析出液位。当钻井液为非泡沫钻井液时，则将液位传感器安装在钻井液池中，基于液位传感器获得钻井液池的钻井液液位信息。通过上述2种液位测量单元可以针对不同类型的钻井液开启相应的液位测量单元完成钻井液液位测量。

其中，在一些实施例中，所述第一液位测量单元包括：

悬挂机构、伸缩机构、发光体、图像采集模块和分析模块；

悬挂机构用于悬挂在钻井液池液面上方，伸缩机构与所述悬挂机构连接，伸缩机构与发光体上端连接，初始测量时，发光体下端延伸至钻井液池底部，伸缩机构用于调整发光体在钻井液池中的位置，图像采集模块用于拍摄发光体与钻井液液面接触部分的图像，分析模块用于分析所述图像并基于发光体表面的刻度获得钻井液池的钻井液液位信息。

其中，利用悬挂机构可以将第一液位测量单元的部分机构悬挂在钻井液池液面上方，利用伸缩机构的伸缩功能方便调整发光体伸入钻井液池的深度，便于在初始测量时，发光体下端延伸至钻井液池底部，这样才能够测量出准确的液位，以及在使用一段时间后钻井液池底部出现一层淤泥层，则利用伸缩机构将发光体向上移动一段距离脱离淤泥层，利用图像采集模块和分析模块的配合实现图像采集与分析功能最终实现获得钻井液池的钻井液液位信息。

其中，在一些实施例中，申请人研究发现，由于钻井液的作用是把岩屑从井底携带至地面，因此钻井液中含有较多的杂质，在循环使用的过程中很容易沉积在钻井液池中，导致钻井液池底部出现一层淤泥层，而在初始测量时，发光体下端延伸至钻井液池底部，这时当钻井液池底部已经出现一层淤泥层后仍然保持当前的状态进行液位测量则会由于淤泥层的影响导致液位测量不准确，因此，本发明进行了如下设计，对发光体进行了改进，通过改进后的发光体能够测量钻井液池底部是否有淤泥层以及淤泥层的厚度，进而根据淤泥层的厚度调整发光体的上移距离，进而准确的实现钻井液的液位测量。

所述发光体包括：

柱体和若干软质条带，若干软质条带沿柱体顶端至底端均匀分布在柱体上，软质条带一端与柱体表面固定连接，软质条带另一端用于随钻井液流动而摆动，软质条带和柱体上均匀分布有多个发光元件。

其中，本发明在柱体表面设计多个软质条带的目的是检测是否有淤泥层，钻井液池中的钻井液处于循环流动状态，因为正常情况下软质条带会由于流动钻井液的原因而出现摆动的情况，而当软质条带位于淤泥中时，则其会由于淤泥的原因则会无法随着钻井液的流动而摆动，并且位于淤泥中会导致软质条带上的发光元件部分光线被淤泥阻挡，导致其发射出的光线强度降低。因此可以通过检测软质条带是否随着钻井液摆动以及其光线强度来检测软质条带是否被淤泥覆盖，进而实现钻井液池底部是否有淤泥以及淤泥的厚度检测，淤泥的厚度可以通过位于淤泥层中的软质条带的位置信息来计算获得。如当有三根软质条带位于淤泥中时，则基于最上跟位于淤泥中的软质条带对应的刻度获得淤泥层的厚度。

其中，在一些实施例中，所述图像采集模块还用于在第一预设时间段内连续采集多个发光体的图像获得第一图像集，其中，采集多个连续的图像的目的是通过多个连续的图像判断软质条带是否随着钻井液的流动而摆动，若是则该钻井液可判断没有在淤泥中，若否则判断该钻井液位于淤泥中，所述分析模块还用于分析所述第一图像集判断是否有软质条带位于淤泥层中，若判断出有软质条带位于淤泥层中，则基于位于淤泥层中的软质条带的位置信息获得淤泥层的第一厚度，基于第一厚度伸缩机构将发光体向上抬起第一距离，其中，第一距离的大小等于第一厚度的大小。

其中，位于淤泥层中的软质条带的位置信息可以通过图像识别分析获得，通过识别出图像中的软质条带及其对应的刻度信息则可以获得软质条带的位置信息，基于位于淤泥层中的软质条带的位置信息获得淤泥层的第一厚度，基于第一厚度伸缩机构将发光体向上抬起第一距离，目的是将发光体***淤泥中的部分移出淤泥层使得液位测量准确，其中，第一距离的大小等于第一厚度的大小，这样设计的目的是使得发光体移动的距离等于淤泥层的厚度，避免移动少了有部分发光体仍然在淤泥层中，以及移多了导致发光体下端距离淤泥层仍然有一段距离导致液位测量不准确。

其中，在一些实施例中，所述分析模块分析所述第一图像集判断是否有软质条带位于淤泥层中的具体方式为：

标记出第一图像集中每个图像中每个软质条带的位置和形态，并获得第一图像集中每个图像中每个软质条带的发光亮度，针对多个连续图像，获得每个软质条带的位置变化信息和形态变化信息，若某个软质条带的位置和形态均没有变化且发光亮度小于亮度阈值，则判断该软质条带位于淤泥层中。

其中，位于淤泥层中的软质条带由于淤泥的作用使得其无法随着钻井液的流动而摆动，并且其发出的光线部分会被淤泥层阻挡，导致其在图像中的光线强度会减弱，因此，可以利用多个图像中的软质条带的位置变化信息和形态变化信息来判断其是否随着钻井液的流动而摆动，并根据其的发光亮度来最终综合判断其是否在淤泥层中。

其中，在一些实施例中，第二液位测量单元包括：

第一液位传感器、第二液位传感器、DA模块、单片机、AD模块、显示屏、比较电路和放大电路；

第一液位传感器与DA模块连接，DA模块与单片机连接，单片机与AD模块连接，AD模块与显示屏连接；

第二液位传感器与比较电路连接，比较电路与放大电路连接，放大电路与钻井液池的排水装置控制器连接。

其中，第一液位传感器用于测量实时液位，并将测量的液位信息传递给DA模块将数字信号转换为模拟信号，然后将模拟信号传递给单片机进行处理，然后将处理后的信息传递给AD模块将模拟信号转换为数字信号，然后显示屏对数字信号进行显示。

其中，第二液位传感器与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的一端与第二电阻R2的一端连接，第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的另一端均接地，电压比较器的正输入端连接在第一电阻R1的一端与第二电阻R2的一端之间，第三电阻R3的一端与第四电阻R4的一端连接，第三电阻R3的另一端和第四电阻R4的另一端均接地，电压比较器的负输入端连接在第三电阻R3的一端与第四电阻R4的一端之间，电压比较器的输出端与放大器的正输入端连接，放大器的负输入端接地，放大器的输出端与排水装置的控制器连接，通过上述方式可以利用第二液位传感器测量获得液位信息，然后将测量获得的液位信息转换为钻井液池的排水装置控制器的控制信息。

其中，在一些实施例中，所述装置还包括获得单元，所述获得单元用于获得钻井液的PH值信息，所述判断单元还用于判断钻井液的PH值是否超过PH阈值，若超过则关闭第二液位测量单元开启第一液位测量单元。其中，在某些情况下，如地层里一般都会有氰化物硫化物产出，导致钻井液内混有碳酸硫酸根这些离子，酸化压裂的时候需要主动配入酸性的压裂液，这些都会导致钻井液的PH值出现酸性，在酸性条件下则不适合液位传感器的工作，会导致其腐蚀严重，因此，此刻则可以在即使不是泡沫钻井液的情况下也可以开启第一液位测量单元。

其中，在一些实施例中，所述装置还包括浮块，所述浮块中部设有通孔，所述柱体穿过所述通孔，所述浮块与所述柱体滑动连接。

申请人研究发现在进行液位测量时，由于泡沫钻井液在使用的过程中会产生较多的气泡，而大型的气泡则会浮在液面上，导致液面上有一层泡沫层，而利用摄像机或照相机在拍摄图像识别液位时则会错误的将泡沫层当成最上面的液位层进行识别，导致识别不准确，为了解决该问题，本发明设计了浮块，浮块可以漂浮在液面上，可以在随着液面的上升或下降在柱体上滑动，并且浮块具有一定的重量可以漂浮在液面上的同时可以压破泡沫，这样通过浮块就可以真实的反应出真实的液位，实现钻井液液位的准确测量。

其中，在一些实施例中，图像采集模块用于拍摄浮块与钻井液液面接触部分的图像，分析模块用于分析所述图像并基于浮块对应发光体表面的刻度获得钻井液池的钻井液液位信息。

其中，在一些实施例中，本发明还提供了一种钻井液液位测量方法，所述方法包括：

获得钻井液的类型信息；

基于所述类型信息判断钻井液是否为泡沫钻井液，若是将发光体安装在钻井液池中，拍摄发光体与钻井液液面接触部分的图像，分析所述图像并基于发光体表面的刻度获得钻井液池的钻井液液位信息；若否将液位传感器安装在钻井液池中，基于液位传感器获得钻井液池的钻井液液位信息。

本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明能够针对不同类型的钻井液实现其液位的准确测量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1为钻井液液位测量装置的组成示意图；

图2为第一液位测量单元的结构示意图；

图3为第二液位测量单元的结构示意图；

其中，1-悬挂机构，2-伸缩机构，3-柱体，4-软质条带，5-发光元件，6-浮块。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一；

请参考图1，图1为钻井液液位测量装置的组成示意图，本发明提供了一种钻井液液位测量装置，所述装置包括：

采集单元，用于获得钻井液的类型信息；其中，采集单元可以与钻井液循环管理***对接，通过钻井液循环管理***获得钻井液的类型信息；

判断单元，用于基于所述类型信息判断钻井液是否为泡沫钻井液，若是则开启第一液位测量单元，若否则开启第二液位测量单元；

第一液位测量单元，用于将发光体安装在钻井液池中，拍摄发光体与钻井液液面接触部分的图像，分析所述图像并基于发光体表面的刻度获得钻井液池的钻井液液位信息；

第二液位测量单元，用于将液位传感器安装在钻井液池中，基于液位传感器获得钻井液池的钻井液液位信息。

其中，在本发明实施例中，请参考图2，图2为第一液位测量单元的结构示意图，所述第一液位测量单元包括：

悬挂机构1、伸缩机构2、发光体、图像采集模块和分析模块；

悬挂机构用于悬挂在钻井液池液面上方，伸缩机构与所述悬挂机构连接，伸缩机构与发光体上端连接，初始测量时，发光体下端延伸至钻井液池底部，伸缩机构用于调整发光体在钻井液池中的位置，图像采集模块用于拍摄发光体与钻井液液面接触部分的图像，分析模块用于分析所述图像并基于发光体表面的刻度获得钻井液池的钻井液液位信息。

其中，悬挂机构可以为具有悬挂功能的机构，或具有能够将物件悬挂起来功能的机构，本发明对其具体结构组成不进行具体的限定，如悬挂架等。

其中，伸缩机构为能够伸缩或缩短的机构，如电动伸缩杆等等。

其中，图像采集模块为相机或摄像机，分析模块为具有图像分析功能的处理器，能够识别出图像中的信息，其中，为了准确的进行测量若图像采集模块的采集角度具有偏移则可以在分析时加入角度校正处理，本发明对具体的角度校正处理方式不进行赘述和限定。

其中，在本发明实施例中，所述发光体包括：

柱体3和若干软质条带4，若干软质条带沿柱体顶端至底端均匀分布在柱体上，软质条带一端与柱体表面固定连接，软质条带另一端用于随钻井液流动而摆动，软质条带和柱体上均匀分布有多个发光元件5。

柱体优选为光滑的柱体，软质条带优选为橡胶带或布料带，发光元件可以为LED灯等等。

其中，在本发明实施例中，所述图像采集模块还用于在第一预设时间段内连续采集多个发光体的图像获得第一图像集，如可以在连续30秒后拍摄10张图像，所述分析模块还用于分析所述第一图像集判断是否有软质条带位于淤泥层中，若判断出有软质条带位于淤泥层中，则基于位于淤泥层中的软质条带的位置信息获得淤泥层的第一厚度，基于第一厚度伸缩机构将发光体向上抬起第一距离，其中，第一距离的大小等于第一厚度的大小，如判断出淤泥层厚度为20CM，则可以将发光体向上抬起20CM。

其中，在本发明实施例中，所述分析模块分析所述第一图像集判断是否有软质条带位于淤泥层中的具体方式为：

标记出第一图像集中每个图像中每个软质条带的位置和形态，并获得第一图像集中每个图像中每个软质条带的发光亮度，针对多个连续图像，获得每个软质条带的位置变化信息和形态变化信息，若某个软质条带的位置和形态均没有变化且发光亮度小于亮度阈值，则判断该软质条带位于淤泥层中。如某个软质条带一直在某个位置并没有随着钻井液摆动，且其发出的光线较暗。

其中，在本发明实施例中，请参考图3，图3为第二液位测量单元的结构示意图，第二液位测量单元包括：

第一液位传感器、第二液位传感器、DA模块、单片机、AD模块、显示屏、比较电路和放大电路；

第一液位传感器与DA模块连接，DA模块与单片机连接，单片机与AD模块连接，AD模块与显示屏连接；

第二液位传感器与比较电路连接，比较电路与放大电路连接，放大电路与钻井液池的排水装置控制器连接。

其中，第一液位传感器用于测量实时液位，并将测量的液位信息传递给DA模块将数字信号转换为模拟信号，然后将模拟信号传递给单片机进行处理，然后将处理后的信息传递给AD模块将模拟信号转换为数字信号，然后显示屏对数字信号进行显示。

其中，第一液位传感器和第二液位传感器为现有技术中的液位传感器，如压敏陶瓷液位传感器，本发明对其具体型号不进行限定，在具体应用时可以根据实际情况进行选择。

其中，第二液位传感器与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的一端与第二电阻R2的一端连接，第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的另一端均接地，电压比较器的正输入端连接在第一电阻R1的一端与第二电阻R2的一端之间，第三电阻R3的一端与第四电阻R4的一端连接，第三电阻R3的另一端和第四电阻R4的另一端均接地，电压比较器的负输入端连接在第三电阻R3的一端与第四电阻R4的一端之间，电压比较器的输出端与放大器的正输入端连接，放大器的负输入端接地，放大器的输出端与排水装置的控制器连接，通过上述方式可以利用第二液位传感器测量获得液位信息，然后将测量获得的液位信息转换为钻井液池的排水装置控制器的控制信息。

第二液位测量单元，所述装置还包括获得单元，所述获得单元用于获得钻井液的PH值信息，PH值信息可以利用PH值传感器实时监测，所述判断单元还用于判断钻井液的PH值是否超过PH阈值，若超过则关闭第二液位测量单元开启第一液位测量单元。

其中，在本发明实施例中，所述装置还包括浮块6，所述浮块中部设有通孔，所述柱体穿过所述通孔，所述浮块与所述柱体滑动连接。浮块为可以漂浮在钻井液上的物体，具体材质可以根据实际需要进行选择，本发明实施例不进行具体的限定。

其中，在本发明实施例中，图像采集模块用于拍摄浮块与钻井液液面接触部分的图像，分析模块用于分析所述图像并基于浮块对应发光体表面的刻度获得钻井液池的钻井液液位信息。

实施例二；

在实施例一的基础上，本发明实施例二还提供了一种钻井液液位测量方法，所述方法包括：

获得钻井液的类型信息；

基于所述类型信息判断钻井液是否为泡沫钻井液，若是将发光体安装在钻井液池中，拍摄发光体与钻井液液面接触部分的图像，分析所述图像并基于发光体表面的刻度获得钻井液池的钻井液液位信息；若否将液位传感器安装在钻井液池中，基于液位传感器获得钻井液池的钻井液液位信息。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种钻井液液位测量装置，其特征在于，所述装置包括：

采集单元，用于获得钻井液的类型信息；

判断单元，用于基于所述类型信息判断钻井液是否为泡沫钻井液，若是则开启第一液位测量单元，若否则开启第二液位测量单元；

第一液位测量单元，用于将发光体安装在钻井液池中，拍摄发光体与钻井液液面接触部分的图像，分析所述图像并基于发光体表面的刻度获得钻井液池的钻井液液位信息；

第二液位测量单元，用于将液位传感器安装在钻井液池中，基于液位传感器获得钻井液池的钻井液液位信息；所述第一液位测量单元包括：

悬挂机构、伸缩机构、发光体、图像采集模块和分析模块；

悬挂机构用于悬挂在钻井液池液面上方，伸缩机构与所述悬挂机构连接，伸缩机构与发光体上端连接，初始测量时，发光体下端延伸至钻井液池底部，伸缩机构用于调整发光体在钻井液池中的位置，图像采集模块用于拍摄发光体与钻井液液面接触部分的图像，分析模块用于分析所述图像并基于发光体表面的刻度获得钻井液池的钻井液液位信息；所述发光体包括：

柱体和若干软质条带，若干软质条带沿柱体顶端至底端均匀分布在柱体上，软质条带一端与柱体表面固定连接，软质条带另一端用于随钻井液流动而摆动，软质条带和柱体上均匀分布有多个发光元件；所述图像采集模块还用于在第一预设时间段内连续采集多个发光体的图像获得第一图像集，所述分析模块还用于分析所述第一图像集判断是否有软质条带位于淤泥层中，若判断出有软质条带位于淤泥层中，则基于位于淤泥层中的软质条带的位置信息获得淤泥层的第一厚度，基于第一厚度伸缩机构将发光体向上抬起第一距离，其中，第一距离的大小等于第一厚度的大小；所述分析模块分析所述第一图像集判断是否有软质条带位于淤泥层中的具体方式为：

标记出第一图像集中每个图像中每个软质条带的位置和形态，并获得第一图像集中每个图像中每个软质条带的发光亮度，针对多个连续图像，获得每个软质条带的位置变化信息和形态变化信息，若某个软质条带的位置和形态均没有变化且发光亮度小于亮度阈值，则判断该软质条带位于淤泥层中；

所述装置还包括浮块，所述浮块中部设有通孔，所述柱体穿过所述通孔，所述浮块与所述柱体滑动连接；

图像采集模块用于拍摄浮块与钻井液液面接触部分的图像，分析模块用于分析所述图像并基于浮块对应发光体表面的刻度获得钻井液池的钻井液液位信息。

2.根据权利要求1所述的一种钻井液液位测量装置，其特征在于，第二液位测量单元包括：

第一液位传感器、第二液位传感器、DA模块、单片机、AD模块、显示屏、比较电路和放大电路；

第一液位传感器与DA模块连接，DA模块与单片机连接，单片机与AD模块连接，AD模块与显示屏连接；

第二液位传感器与比较电路连接，比较电路与放大电路连接，放大电路与钻井液池的排水装置控制器连接。

3.根据权利要求1所述的一种钻井液液位测量装置，其特征在于，所述装置还包括获得单元，所述获得单元用于获得钻井液的PH值信息，所述判断单元还用于判断钻井液的PH值是否超过PH阈值，若超过则关闭第二液位测量单元开启第一液位测量单元。

4.一种基于权利要求1-3中任意一项所述的一种钻井液液位测量装置的钻井液液位测量方法，其特征在于，所述方法包括：

获得钻井液的类型信息；

基于所述类型信息判断钻井液是否为泡沫钻井液，若是将发光体安装在钻井液池中，拍摄发光体与钻井液液面接触部分的图像，分析所述图像并基于发光体表面的刻度获得钻井液池的钻井液液位信息；若否将液位传感器安装在钻井液池中，基于液位传感器获得钻井液池的钻井液液位信息。