漏失井钻井液面与漏失压力监测系统及方法技术领域
本发明涉及一种监测系统及方法，特别涉及一种漏失井钻井液面与漏失压力监测
系统及方法。
背景技术
目前,在石油钻井过程中，由于地层裂缝、孔洞发育和漏失压力低的原因，导致井
下恶性漏失等复杂情况经常发生。漏失发生后，钻井液失返，钻井液面迅速下降，液面位置
不明，地层漏失压力不清，给复杂问题的处理与下步施工带来重大安全隐患。在漏失井钻井
液面监测方面，目前采用的方法是:借鉴采油井监测井下油水液位的方法，通过在井口安装
声纳装置，利用声纳技术监测油水液面位置。但钻井漏失井的井筒环境比采油井的井筒环
境要复杂得多。采油井井筒内基本没有噪声干扰，其噪声过滤仅针对地面常规噪声采用高
通滤波的方法。但在钻井漏失井中，尤其是漏失发生初期，钻井液面是处于快速变化状态
的，同时伴有井下钻具的旋转和上下活动，形成的井筒内背景噪声较多，对钻井液面监测结
果造成很大影响，监测结果误差很大，常规噪声过滤方法无法满足要求。在地层漏失压力监
测方面，目前还没有直接监测的手段，只能在钻井施工前进行预测，具体方法是采用邻井岩
心及测井资料，通过室内岩心实验和测井资料处理开展数学建模，然后根据数学模型对施
工井进行预测。这种方法是采用邻井资料对施工井进行预测，由于地层条件的差异性，必然
存在误差，另外这种方法实施过程较长，不具备实时性。
发明内容
本发明的目的是为了解决在漏失井钻井液面监测方面存在的诸多问题而提供的
一种漏失井钻井液面与漏失压力监测系统及方法。
本发明提供的漏失井钻井液面与漏失压力监测系统是在钻井套管头下部的平板
阀上安设有井口集成模块，井口集成模块通过平板阀与井筒相连通，通过井口集成模块监
测钻井液面深度和地层漏失压力，井口集成模块由氮气源提供工作动力，井口集成模块由
工控计算机进行工作控制和数据、图形显示，并由工控计算机完成计算。
井口集成模块包括有电磁阀、声纳发射器、声纳接收器、整形放大器和单片机，氮
气源通过承压软管与电磁阀连接，由电磁阀控制氮气源为声纳发射器提供动力，声纳发射
器向井筒内发生声波，声波遇钻井液面后发生反射，由声纳接收器接收反射波并转换成电
信号，并进入整形放大器，由整形放大器整形放大后进入单片机，由单片机整流、滤波后由
工控计算机来显示曲线图，并由安装在工控计算机上的系统软件完成计算，得出钻井液面
深度和地层漏失压力。
本发明提供的漏失井钻井液面与漏失压力监测方法，其方法如下所述：
步骤一、由工控计算机发出工作指令，由单片机传输给下面的执行部件；
步骤二、启动声纳接收器首先接收井筒内背景噪声，经整形放大器处理后在单片
机中存储；然后打开电磁阀，对声纳发射器完成储能后关闭；
步骤三、启动声纳发射器向井筒内发射声波，声波在井筒内向下传播遇到钻井液
面后发生反射，声纳接收器中的声纳片接收反射波后发生压电效应，声波转换成电信号，进
入整形放大器进行常规噪声过滤，并进行放大处理，然后转换成脉冲信号输出到单片机，此
时将反射波信号与井筒内背景噪声信号进行比对，即可识别出掺杂在反射波信号中的井筒
内背景噪声信号并将其过滤，然后由工控计算机显示曲线图；
步骤四、依据声纳发射器发射声波到声纳接收器接收反射波的时间差和声波传播
速度，由系统软件完成钻井液面深度计算，根据液柱压力与地层漏失压力平衡原理，当钻井
液面最终稳定时，依据钻井液面稳定深度和钻井液密度，由系统软件完成地层漏失压力计
算，并将计算结果在工控计算机上输出或直接打印，最终实现对钻井液面和地层漏失压力
的监测。
本发明的有益效果：
本发明提供的漏失井钻井液面与漏失压力监测系统及方法的监测过程在20秒之
内可全部完成。由系统软件控制，按设定的监测频率不断向井筒内发射声波，即可实现对钻
井液面和地层漏失压力的连续监测。具有较强的抗噪声干扰能力，能够快速、准确监测漏失
井钻井液面和地层漏失压力的系统和方法。彻底解决了常规噪声过滤方法无法满足要求而
导致的监测结果误差大的问题。
附图说明
图1本发明所述的监测系统整体结构示意图。
图2为本发明所述的氮气源、承压软管、工控计算机和井口集成模块原理结构示意
图。
1、钻井套管头 2、平板阀 3、井口集成模块 4、井筒 5、钻井液面6、氮气源 7、电磁
阀 8、承压软管 9、声纳发射器 10、声纳接收器11、整形放大器 12、单片机 13、工控计算
机。
具体实施方式
请参阅图1和图2所示：
本发明提供的漏失井钻井液面与漏失压力监测系统是在钻井套管头1下部的平板
阀2上安设有井口集成模块3，井口集成模块3通过平板阀2与井筒4相连通，通过井口集成模
块3监测钻井液面5深度和地层漏失压力，井口集成模块3由氮气源6提供工作动力，井口集
成模块3由工控计算机13进行工作控制和数据、图形显示，并由工控计算机13完成计算。
井口集成模块3包括有电磁阀7、声纳发射器9、声纳接收器10、整形放大器11和单
片机12，氮气源6通过承压软管8与电磁阀7连接，由电磁阀7控制氮气源6为声纳发射器9提
供动力，声纳发射器9向井筒内发生声波，声波遇钻井液面5后发生反射，由声纳接收器10接
收反射波并转换成电信号，并进入整形放大器11，由整形放大器11整形放大后进入单片机
12，由单片机12整流、滤波后由工控计算机13来显示曲线图，并由安装在工控计算机13上的
系统软件完成计算，得出钻井液面5深度和地层漏失压力。
本发明提供的漏失井钻井液面与漏失压力监测方法，其方法如下所述：
步骤一、由工控计算机13发出工作指令，由单片机12传输给下面的执行部件；
步骤二、启动声纳接收器10首先接收井筒内背景噪声，经整形放大器11处理后在
单片机12中存储；然后打开电磁阀7，对声纳发射器9完成储能后关闭；
步骤三、启动声纳发射器9向井筒内发射声波，声波在井筒内向下传播遇到钻井液
面5后发生反射，声纳接收器10中的声纳片接收反射波后发生压电效应，声波转换成电信
号，进入整形放大器11进行常规噪声过滤，并进行放大处理，然后转换成脉冲信号输出到单
片机12，此时将反射波信号与井筒内背景噪声信号进行比对，即可识别出掺杂在反射波信
号中的井筒内背景噪声信号并将其过滤，然后由工控计算机13显示曲线图；
步骤四、依据声纳发射器9发射声波到声纳接收器10接收反射波的时间差和声波
传播速度，由系统软件完成钻井液面5深度计算，根据液柱压力与地层漏失压力平衡原理，
当钻井液面5最终稳定时，依据钻井液面5稳定深度和钻井液密度，由系统软件完成地层漏
失压力计算，并将计算结果在工控计算机13上输出或直接打印，最终实现对钻井液面5和地
层漏失压力的监测。