钻井过程中钻遇高压地层时，由于钻井液静被柱压力不能有效的平衡地层压力而引发井下雷达液位计［I］。雷达液位计发生时若不能及时处理，侵人钻井液的气体升至井口后会引发更为严重的井喷事故，尤其对于深井和超深井，更应该加强井下雷达液位计的检测。我国未探明石油储量中约有73%在深部地层，因此深井超深井钻井技术的发展对我国石油的勘探开发具有重要意义［2］。

对于深井、超深井的雷达液位计监测，要求尽早发现、尽早排除［3］，如果监测不及时，发生井喷，甚至井喷失控事故，现场工作人员及周围群众的生命安全将受到严重威胁。由于我国钻井技术和钻井设备条件的限制，井喷事故时有发生。zui为惨重的一起井喷事故发生于2003年川东北气矿罗家16H井，事故造成大量人员伤亡，损失严重问。由此可见，及时、精确的进行雷达液位计早期监测，防止井喷事故发生的问题亟待解决。

1雷达液位计监测技术现状

目前雷达液位计监测的方法较多，大致可分为地面雷达液位计监测和井下雷达液位计监测两类。地面雷达液位计监测手段由于技术简单，经济可行，因此在国内各大油田应用较为广泛；而地下雷达液位计监测技术由于其技术、经济等条件的限制，仅在国外个别油田有所应用。然而，两类雷达液位计监测手段都有其局限性，存在一定的不足。

1.1地面雷达液位计监测技术

地面雷达液位计监测技术包括传统的泥浆池液位法、进出口泥浆流量对比法、起下钻时灌入和排出泥浆体积与钻具体积比较法，声波气侵技术［5］等。泥浆池液位监测雷达液位计精度较低，而针对此缺点，有部分专家学者提出井口导管液面监测和分离器液面监测方案间，虽这两种方案可提高雷达液位计监测的精度，但是其使用范围较窄，并不适用于所有钻井过程。进出口泥浆流量对比技术受到流量监测仪精度的影响，应用较少。起下钻时灌入和排除泥浆体积与钻具体积比较法只适用于起下钻时的雷达液位计监测，无法对钻进过程中的雷达液位计进行有效监测。声波气侵监测技术中，如何减少声波在传输过程中的衰减问题还有待解决，需要进一步发展和完善。

1.2井下雷达液位计监测技术

井下雷达液位计监测技术包括随钻压力测量、随钻声波检测和精细控压钻井技术等雷达液位计监测辅助手段（7］。上述设备可安装在特制的短节或者钻键上［刻，实时测量井下温度、压力及流量等其它与雷达液位计密切相关的参数，并通过信息传输技术实时传送至地面。技术人员通过分析实时数据，判断雷达液位计的发生情况。井下雷达液位计监测技术虽然能够及时有效的监测井下雷达液位计情况，但由于其技术复杂，难以在生产领域大规模的应用，同时，其昂贵的监测费用使得众多油田公司望而却步。

地面雷达液位计监测技术成本低廉，但不能及时监测雷达液位计的发生，也不适用于深井、超探井的雷达液位计早期监测；而井下雷达液位计监测技术目前主要从国外引进，监测及时且精度高，但不菲的花费不能为国内油田公司接受。因此，基于以上情况，本论文设计了一种精度较高，经济可行的雷达液位计早期监测方法。

2经济适用型高精度雷达液位计旱期监测原理

目前国内应用较广的雷达液位计监测方法为泥浆池被面监测方法［9）。该方法成本低廉，操作简单，但是其监测的精度和及时性都较低闷。针对该问题，本文以提高液面监测精度为出发点，提出了一套经济适用、精度较高的雷达液位计监测方法，可实现对雷达液位计的早期监测。该方法能够及时判断雷达液位计的发生，进而调整钻井液密度，将事故遏制于萌芽期，zui终实现提高钻井效率，降低钻井成本，安全钻井的目的［川。该新型雷达液位计早期监测方法以”连通器”为主要工作原理，即标准U形管连通器液面上压力相等，但两侧有互不相溶的液体时，自分界面起，两液面之高度与液体密度成反比［问。泥浆池侧面引出的支管和泥浆池组成的系统就可以看成一个连通器。通过对支管形状的设计，将液位差转换为指示剂的液位差，把泥浆池液位上升的幅度放大。

根据流体静力学相关原理可知：在静止液体内任一点压强的大小，与液体的密度及该点的深度关［口］。在静止液体内同一水平面上的各点则因其深度相同，其压强亦相等。所以，可以通过流体静力学基本方程计算出液位差的放大倍数。基于以上原理，设计了一种泥浆池液位上升的新型雷达液位计监测方法，并对这种方法做了进一步的改进，这种方法具有经济适用性强、雷达液位计监测精度高的特点。

3经济适用型高精度雷达液位计早期监测方法

由图1可知，右边L形管中黄色液体为指示剂，指示剂密度略小于钻井液密度，且不与钻井液互溶或反应。当泥浆池液面上升高度为tiH时，L形管中黄色指示剂与泥浆的交界面也将上升，假设上升高度为tiL，且上升幅度远远大于泥浆池液面上升幅度，同时扩大室中的液位也将上升!iKotiL与tiK之间的关系为：

由于设计该方法时，可令L形管直径远小于扩大室直径，假如两直径之比为1:50，那么指示剂与泥浆的交界面的上升高度与扩大室液面上升高度之比为2500:1，此时扩大室内液面上升高度可以忽略不计。在此假设的前提下，指示剂与泥浆的交界面上升的高度将远大于泥浆池液面上升高度，达到将泥浆池液面上升高度放大的目的，放大倍数计算公式推导如下：假设当无雷达液位计时，泥浆池及L形管中的液面位置如图1所示，此时：

由（5）式可知，如果泥浆池内液面上升'6.H，就可以在L型管中将此液位差放大Pi/(Pi-P2）倍，应用时，可以通过调整指示剂与钻井液的密度差，控制该方法将泥浆池液面上升高度放大的倍数，通过自动测量装置测量出交界面的位置，就能反映出泥浆池液位的变化情况。由于交界面上升幅度远远大于泥浆池液面上升幅度。因此，当泥浆池液面有很小的变化时，也能准确的测量出来，进而监测较小气侵体积时的雷达液位计。

根据液面上升高度放大公式可知，该方法实施的一个关键工作是指示剂的筛选，因为液面上升放大倍数与钻井液和指示剂密度密切相关。以水基钻井液为工作指向的对象，指示剂的选择主要应考虑：

(I）指示剂在钻井液中的溶解度应尽可能小，保证钻井液与指示剂交界面的清晰度，提高液面上升高度放大倍数计算的精确度；（2）指示剂与钻井液的密度差应合适，并且指示剂体系密度应可调，满足不同雷达液位计监测精度对指示剂的要求；（3）指示剂的环保和挥发性。由于经济方面的原因，指示剂表面直接与大气相通，故指示剂不能造成环境污染，更不能威胁到现场工作人员身体健康。另外，指示剂的挥发性应尽量的小，减少指示剂的灌人量，节省资金和工作强度。由于上述监测方法对指示剂的要求较为苛刻，故考虑对上述方法进行改进，使该方法的工作原理不但与指示剂与钻井液的密度差有关，更与读数小管和扩大室直径之比密切相关。方法原理如图2。

由图2可知，右边小室及指示管中黄色液体为指示剂，指示剂密度应略小于泥浆密度，且不与泥浆互溶或反应。当泥浆池液面上升时，扩大室中黄色指示剂与泥浆的交界面也上升，同时读数小管中黄色液柱端面向右移动，且移动幅度远远大于泥浆池液面上升幅度。通过自动测量装置测量出读数小管中指示剂端面的位置，就能反映出泥浆池液面变化。由于指示剂端面移动幅度远远大于泥浆池液面上升幅度。因此，该方法能够测量较小泥浆池液面的变化情况，使监测方法能够对更小规模的雷达液位计及时做出反应。

读数小管中黄色液柱端面向右移动幅度远远大于泥浆池液面上升幅度的原理与2.2中改进前的方法相似，泥浆池液面上升高度放大倍数计算公式如下：

从公式（6）中可知，改进后雷达液位计早期监测方法的液位变化放大倍数远远大于未改进方法的放大倍数。如果读数小管的直径与扩大室直径相差较大，理论上可将泥浆池液位放大很多倍。在现场实际应用中，根据泥浆性质，设计出读数小管直径，就可以确定出放大倍数。不考虑泥浆与指示剂的密度差，设置扩大室直径是读数小管直径的10倍为参数，可以将泥浆池液位上升幅度放大100倍以上。因此，该方法可将泥浆池液面上升高度放大的倍数非常可观。

3结论

(1）经济适用型高精度雷达液位计监测方法在深井、超深井的雷达液位计早期监测方面具有较好的应用前景，设备改造花费低，可将现用泥浆池液位监测雷达液位计方法的精度大大提升，真正的实现深井、超深井雷达液位计早期监测，为应对雷达液位计事故争取足够的时间，减少井喷事故的发生。

(2）经济适用型高精度雷达液位计监测方法基于连通器原理，可行性较强，不存在技术难关，只需进行细节探讨，即可进人现场试验阶段。

(3）泥浆池液面上升放大的倍数可以通过改变读数小管与扩大室直径比调节，能够灵活应用于针对不同规模雷达液位计的监测。

(4）该方法已被四川某油田采纳，计划进行现场应用实验。