鉆井過程中鉆遇高壓地層時，由于鉆井液靜被柱壓力不能有效的平衡地層壓力而引發(fā)井下雷達液位計［I］。雷達液位計發(fā)生時若不能及時處理，侵人鉆井液的氣體升至井口后會引發(fā)更為嚴重的井噴事故，尤其對于深井和超深井，更應(yīng)該加強井下雷達液位計的檢測。我國未探明石油儲量中約有73%在深部地層，因此深井超深井鉆井技術(shù)的發(fā)展對我國石油的勘探開發(fā)具有重要意義［2］。

對于深井、超深井的雷達液位計監(jiān)測，要求盡早發(fā)現(xiàn)、盡早排除［3］，如果監(jiān)測不及時，發(fā)生井噴，甚至井噴失控事故，現(xiàn)場工作人員及周圍群眾的生命安全將受到嚴重威脅。由于我國鉆井技術(shù)和鉆井設(shè)備條件的限制，井噴事故時有發(fā)生。zui為慘重的一起井噴事故發(fā)生于2003年川東北氣礦羅家16H井，事故造成大量人員傷亡，損失嚴重問。由此可見，及時、精確的進行雷達液位計早期監(jiān)測，防止井噴事故發(fā)生的問題亟待解決。

1雷達液位計監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀

目前雷達液位計監(jiān)測的方法較多，大致可分為地面雷達液位計監(jiān)測和井下雷達液位計監(jiān)測兩類。地面雷達液位計監(jiān)測手段由于技術(shù)簡單，經(jīng)濟可行，因此在國內(nèi)各大油田應(yīng)用較為廣泛；而地下雷達液位計監(jiān)測技術(shù)由于其技術(shù)、經(jīng)濟等條件的限制，僅在國外個別油田有所應(yīng)用。然而，兩類雷達液位計監(jiān)測手段都有其局限性，存在一定的不足。

1.1地面雷達液位計監(jiān)測技術(shù)

地面雷達液位計監(jiān)測技術(shù)包括傳統(tǒng)的泥漿池液位法、進出口泥漿流量對比法、起下鉆時灌入和排出泥漿體積與鉆具體積比較法，聲波氣侵技術(shù)［5］等。泥漿池液位監(jiān)測雷達液位計精度較低，而針對此缺點，有部分專家學者提出井口導管液面監(jiān)測和分離器液面監(jiān)測方案間，雖這兩種方案可提高雷達液位計監(jiān)測的精度，但是其使用范圍較窄，并不適用于所有鉆井過程。進出口泥漿流量對比技術(shù)受到流量監(jiān)測儀精度的影響，應(yīng)用較少。起下鉆時灌入和排除泥漿體積與鉆具體積比較法只適用于起下鉆時的雷達液位計監(jiān)測，無法對鉆進過程中的雷達液位計進行有效監(jiān)測。聲波氣侵監(jiān)測技術(shù)中，如何減少聲波在傳輸過程中的衰減問題還有待解決，需要進一步發(fā)展和完善。

1.2井下雷達液位計監(jiān)測技術(shù)

井下雷達液位計監(jiān)測技術(shù)包括隨鉆壓力測量、隨鉆聲波檢測和精細控壓鉆井技術(shù)等雷達液位計監(jiān)測輔助手段（7］。上述設(shè)備可安裝在特制的短節(jié)或者鉆鍵上［刻，實時測量井下溫度、壓力及流量等其它與雷達液位計密切相關(guān)的參數(shù)，并通過信息傳輸技術(shù)實時傳送至地面。技術(shù)人員通過分析實時數(shù)據(jù)，判斷雷達液位計的發(fā)生情況。井下雷達液位計監(jiān)測技術(shù)雖然能夠及時有效的監(jiān)測井下雷達液位計情況，但由于其技術(shù)復雜，難以在生產(chǎn)領(lǐng)域大規(guī)模的應(yīng)用，同時，其昂貴的監(jiān)測費用使得眾多油田公司望而卻步。

地面雷達液位計監(jiān)測技術(shù)成本低廉，但不能及時監(jiān)測雷達液位計的發(fā)生，也不適用于深井、超探井的雷達液位計早期監(jiān)測；而井下雷達液位計監(jiān)測技術(shù)目前主要從國外引進，監(jiān)測及時且精度高，但不菲的花費不能為國內(nèi)油田公司接受。因此，基于以上情況，本論文設(shè)計了一種精度較高，經(jīng)濟可行的雷達液位計早期監(jiān)測方法。

2經(jīng)濟適用型高精度雷達液位計旱期監(jiān)測原理

目前國內(nèi)應(yīng)用較廣的雷達液位計監(jiān)測方法為泥漿池被面監(jiān)測方法［9）。該方法成本低廉，操作簡單，但是其監(jiān)測的精度和及時性都較低悶。針對該問題，本文以提高液面監(jiān)測精度為出發(fā)點，提出了一套經(jīng)濟適用、精度較高的雷達液位計監(jiān)測方法，可實現(xiàn)對雷達液位計的早期監(jiān)測。該方法能夠及時判斷雷達液位計的發(fā)生，進而調(diào)整鉆井液密度，將事故遏制于萌芽期，zui終實現(xiàn)提高鉆井效率，降低鉆井成本，安全鉆井的目的［川。該新型雷達液位計早期監(jiān)測方法以”連通器”為主要工作原理，即標準U形管連通器液面上壓力相等，但兩側(cè)有互不相溶的液體時，自分界面起，兩液面之高度與液體密度成反比［問。泥漿池側(cè)面引出的支管和泥漿池組成的系統(tǒng)就可以看成一個連通器。通過對支管形狀的設(shè)計，將液位差轉(zhuǎn)換為指示劑的液位差，把泥漿池液位上升的幅度放大。

根據(jù)流體靜力學相關(guān)原理可知：在靜止液體內(nèi)任一點壓強的大小，與液體的密度及該點的深度關(guān)［口］。在靜止液體內(nèi)同一水平面上的各點則因其深度相同，其壓強亦相等。所以，可以通過流體靜力學基本方程計算出液位差的放大倍數(shù)?；谝陨显?，設(shè)計了一種泥漿池液位上升的新型雷達液位計監(jiān)測方法，并對這種方法做了進一步的改進，這種方法具有經(jīng)濟適用性強、雷達液位計監(jiān)測精度高的特點。

3經(jīng)濟適用型高精度雷達液位計早期監(jiān)測方法

由圖1可知，右邊L形管中黃色液體為指示劑，指示劑密度略小于鉆井液密度，且不與鉆井液互溶或反應(yīng)。當泥漿池液面上升高度為tiH時，L形管中黃色指示劑與泥漿的交界面也將上升，假設(shè)上升高度為tiL，且上升幅度遠遠大于泥漿池液面上升幅度，同時擴大室中的液位也將上升!iKotiL與tiK之間的關(guān)系為：

由于設(shè)計該方法時，可令L形管直徑遠小于擴大室直徑，假如兩直徑之比為1:50，那么指示劑與泥漿的交界面的上升高度與擴大室液面上升高度之比為2500:1，此時擴大室內(nèi)液面上升高度可以忽略不計。在此假設(shè)的前提下，指示劑與泥漿的交界面上升的高度將遠大于泥漿池液面上升高度，達到將泥漿池液面上升高度放大的目的，放大倍數(shù)計算公式推導如下：假設(shè)當無雷達液位計時，泥漿池及L形管中的液面位置如圖1所示，此時：

由（5）式可知，如果泥漿池內(nèi)液面上升'6.H，就可以在L型管中將此液位差放大Pi/(Pi-P2）倍，應(yīng)用時，可以通過調(diào)整指示劑與鉆井液的密度差，控制該方法將泥漿池液面上升高度放大的倍數(shù)，通過自動測量裝置測量出交界面的位置，就能反映出泥漿池液位的變化情況。由于交界面上升幅度遠遠大于泥漿池液面上升幅度。因此，當泥漿池液面有很小的變化時，也能準確的測量出來，進而監(jiān)測較小氣侵體積時的雷達液位計。

根據(jù)液面上升高度放大公式可知，該方法實施的一個關(guān)鍵工作是指示劑的篩選，因為液面上升放大倍數(shù)與鉆井液和指示劑密度密切相關(guān)。以水基鉆井液為工作指向的對象，指示劑的選擇主要應(yīng)考慮：

(I）指示劑在鉆井液中的溶解度應(yīng)盡可能小，保證鉆井液與指示劑交界面的清晰度，提高液面上升高度放大倍數(shù)計算的精確度；（2）指示劑與鉆井液的密度差應(yīng)合適，并且指示劑體系密度應(yīng)可調(diào)，滿足不同雷達液位計監(jiān)測精度對指示劑的要求；（3）指示劑的環(huán)保和揮發(fā)性。由于經(jīng)濟方面的原因，指示劑表面直接與大氣相通，故指示劑不能造成環(huán)境污染，更不能威脅到現(xiàn)場工作人員身體健康。另外，指示劑的揮發(fā)性應(yīng)盡量的小，減少指示劑的灌人量，節(jié)省資金和工作強度。由于上述監(jiān)測方法對指示劑的要求較為苛刻，故考慮對上述方法進行改進，使該方法的工作原理不但與指示劑與鉆井液的密度差有關(guān)，更與讀數(shù)小管和擴大室直徑之比密切相關(guān)。方法原理如圖2。

由圖2可知，右邊小室及指示管中黃色液體為指示劑，指示劑密度應(yīng)略小于泥漿密度，且不與泥漿互溶或反應(yīng)。當泥漿池液面上升時，擴大室中黃色指示劑與泥漿的交界面也上升，同時讀數(shù)小管中黃色液柱端面向右移動，且移動幅度遠遠大于泥漿池液面上升幅度。通過自動測量裝置測量出讀數(shù)小管中指示劑端面的位置，就能反映出泥漿池液面變化。由于指示劑端面移動幅度遠遠大于泥漿池液面上升幅度。因此，該方法能夠測量較小泥漿池液面的變化情況，使監(jiān)測方法能夠?qū)Ω∫?guī)模的雷達液位計及時做出反應(yīng)。

讀數(shù)小管中黃色液柱端面向右移動幅度遠遠大于泥漿池液面上升幅度的原理與2.2中改進前的方法相似，泥漿池液面上升高度放大倍數(shù)計算公式如下：

從公式（6）中可知，改進后雷達液位計早期監(jiān)測方法的液位變化放大倍數(shù)遠遠大于未改進方法的放大倍數(shù)。如果讀數(shù)小管的直徑與擴大室直徑相差較大，理論上可將泥漿池液位放大很多倍。在現(xiàn)場實際應(yīng)用中，根據(jù)泥漿性質(zhì)，設(shè)計出讀數(shù)小管直徑，就可以確定出放大倍數(shù)。不考慮泥漿與指示劑的密度差，設(shè)置擴大室直徑是讀數(shù)小管直徑的10倍為參數(shù)，可以將泥漿池液位上升幅度放大100倍以上。因此，該方法可將泥漿池液面上升高度放大的倍數(shù)非常可觀。

3結(jié)論

(1）經(jīng)濟適用型高精度雷達液位計監(jiān)測方法在深井、超深井的雷達液位計早期監(jiān)測方面具有較好的應(yīng)用前景，設(shè)備改造花費低，可將現(xiàn)用泥漿池液位監(jiān)測雷達液位計方法的精度大大提升，真正的實現(xiàn)深井、超深井雷達液位計早期監(jiān)測，為應(yīng)對雷達液位計事故爭取足夠的時間，減少井噴事故的發(fā)生。

(2）經(jīng)濟適用型高精度雷達液位計監(jiān)測方法基于連通器原理，可行性較強，不存在技術(shù)難關(guān)，只需進行細節(jié)探討，即可進人現(xiàn)場試驗階段。

(3）泥漿池液面上升放大的倍數(shù)可以通過改變讀數(shù)小管與擴大室直徑比調(diào)節(jié)，能夠靈活應(yīng)用于針對不同規(guī)模雷達液位計的監(jiān)測。

(4）該方法已被四川某油田采納，計劃進行現(xiàn)場應(yīng)用實驗。