CN102477863B - 煤层气无压井液面监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层气无压井液面监测装置，属于采油工程采气技术领域。所述装置包括发声装置和信号采集与执行装置：所述发声装置包括电源和微型压缩机，所述电源与所述微型压缩机连接，所述微型压缩机设有出气口和采气口。本发明通过将煤层气井套管内的气体变换后产生次声波，利用次声波测试井下液面深度，设备体积小、便于携带、使用方便、成本低、易于维护、操作安全并且使用过程中节省人力物力。

Description

煤层气无压井液面监测装置

技术领域

本发明涉及采油工程采气技术领域，特别涉及一种自动监测煤层气无压井液面深度的装置。

背景技术

在煤层气井开采初期，需要根据井下水位的变化及时调整煤层气井工作参数，因此需要对煤层气井下液面进行监测。

在煤层气开采初期，井口敞开与外部大气相通，井内气体压力为零的煤层气井被称为无压并。对无压井进行井下液面监测，大多通过人工制造声波，由仪器传感接收反射声波，再通过产生的声波计算液面深度。现有液面监测装置中常采用油田用的子弹枪或者氮气瓶，通过人工击发火药声弹或释放部分氮气产生声波。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：现有液面监测装置存在成本高、运输保管不方便及存在安全隐患的缺陷，由于煤层气新开井大多交通不便，井场条件有限，现有技术还会消耗大量人力物力。

发明内容

本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种煤层气无压井液面监测装置，所述装置将煤层气井套管内的气体变换后产生次声波，利用次声波计算井下液面深度，无需使用子弹枪或氮气瓶，因而所述液面监测装置体积小、便于携带、使用方便、成本低、易于维护、操作安全并且使用过程中节省人力物力。

为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：

一种煤层气无压井液面监测装置，包括发声装置和信号采集与执行装置：

所述发声装置包括电源和微型压缩机，所述电源与所述微型压缩机连接，所述微型压缩机设有出气口和采气口；所述信号采集与执行装置包括端板，所述端板上设有微音器和控制系统，所述微音器的输出端与所述控制系统的输入端连接，所述控制系统的输入端还与储气室压力传感器连接，所述控制系统的输出端与排气电磁阀以及所述电源连接，所述排气电磁阀的一端与所述端板连接，并且与所述微音器位于所述端板的两侧，所述排气电磁阀的另一端与储气室连通，所述储气室与所述储气室压力传感器连接，所述储气室设有进气口，所述进气口与所述出气口连接。

所述发声装置还包括机箱，所述电源与所述微型压缩机位于所述机箱内，所述出气口与所述采气口均设在所述机箱上。

所述机箱上设有控制信号插头，所述电源通过所述控制信号插头与所述控制系统输出端连接。

所述电源为充电电池。

所述机箱上设有充电插座，所述充电插座与所述充电电池连接。

所述信号采集与执行装置还包括壳体，所述端板位于所述壳体的一端，所述储气室位于所述壳体的另一端，所述微音器位于所述壳体外。

所述信号采集与执行装置还包括采气电磁阀，所述采气电磁阀的一端与所述端板连接，所述采气电磁阀的另一端设有采气接口，所述采气接口与所述采气口连接，所述采气电磁阀位于所述壳体内，所述采气接口穿过所述壳体，所述采气电磁阀与所述控制系统的输出端连接。

所述信号采集与执行装置还包括井内压力传感器，所述井内压力传感器与所述端板连接并且与所述控制系统的输入端连接。

所述信号采集与执行装置还包括井口连接接口，所述井口连接接口与所述端板连接，所述井口连接接口位于所述壳体外。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过微型压缩机将煤层气井套管内的气体变换后产生次声波，利用次声波计算井下液面深度，无需使用子弹枪或氮气瓶，大大减小了液面监测装置的体积，使所述液面监测装置便于携带、使用方便、成本低、易于维护、操作安全并且节省人力物力。

附图说明

图1是本发明实施例中提供的发声装置示意图；

图2是本发明实施例中提供的信号采集与执行装置示意图。

图中：

1、井口连接接口，2、微音器，3、端板，4、控制系统，5、第一连接件，6、排气电磁阀，7、采气电磁阀，8、第二连接件，9、储气室压力传感器，10、储气室；

11、采气接口，12、第三连接件，13、井内压力传感器，14、进气口，15、壳体，16、机箱，17、控制信号插头，18、充电插座，19、电源，20、采气口；

21、出气口，22、微型压缩机，23、发声装置，24、信号采集与执行装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

参照图1和图2，本实施例提供了一种煤层气无压井液面监测装置，包括发声装置23和信号采集与执行装置24：

发声装置23包括电源19和微型压缩机22，电源19与微型压缩机22连接，向微型压缩机22供电，微型压缩机22设有采气口21和出气口20，分别用于抽取气体和排放气体。本实施例中采气口20与高压导管连接，所述高压导管下放至井下，微型压缩机22通过所述高压导管抽取井下气体，这只是本发明实施例抽取气体的一种方式，并不用于限制本发明。

信号采集与执行装置24包括端板3、微音器2、控制系统4、排气电磁阀6、储气室压力传感器9以及储气室10。微音器2和控制系统4设在端板3上，微音器2的输出端与控制系统4的输入端连接，控制系统4的输入端还与储气室压力传感器9连接，控制系统4的输出端与排气电磁阀6以及电源19连接，排气电磁阀6的一端通过第一连接件5与端板3连接，并且第一连接件5穿过端板3，排气电磁阀6与微音器2位于端板3的两侧，排气电磁阀6的另一端通过第二连接件8与储气室10连接并与储气室10连通，储气室压力传感器9与储气室10连接，储气室10设有进气口14，进气口14通过高压导管与出气口21连接。

工作时，将发声装置23和信号采集与执行装置24一同放置在井口，端板3设有微音器2的一端朝向井下放置，控制系统4控制电源19开启，电源19开启后启动微型压缩机22，通过采气口20抽取井下套管内的气体，压缩后通过出气口21向储气室10充气，气体经出气口21、所述高压导管、进气口14不断进入储气室10，储气室10内形成高压，储气室压力传感器9随时监测储气室10内的压力并将压力数据传输给控制系统4，当控制系统4监测到储气室10内的压力达到预设压力值时，控制系统4控制电源19关闭，并控制排气电磁阀6开启，排气电磁阀6开启后将储气室10内的压缩气体快速释放到煤层气井套管内，井口煤层气井套管内的气体在井口处瞬间发生压缩，产生压缩冲击波，所述压缩冲击波为次声波，所述次声波脉冲沿套管环空向井下传播，遇到气液界面产生反射声波脉冲，微音器2接收所述反射声波脉冲并将其转换成电信号发送给控制系统4，控制系统4根据所述电信号提供的声波速度及所述声波从液面反射回来所用的时间计算出液面深度。

本实施例中的预设压力值为10个大气压，所述预设压力值可以根据不同的井况设置，并不用于限制本发明。

本实施例的控制系统4使用的是16位单片机87C196，控制系统4也可以使用PLC(Programmable Logic Controller，可编程控制器)等控制装置，并不用于限制本发明。

本实施例中所采用的微音器2为专利号为200720013187.4的声波接收传感器，本发明实施例还可以使用其他形式的声波接收传感器，本实施例所使用的声波接收传感器并不用于限制本发明。

本发明实施例通过微型压缩机将煤层气井套管内的气体压缩后重新释放回煤层气井套管内，使井口煤层气井套管内的气体瞬间发生压缩产生次声波，利用次声波计算井下液面深度，无需使用子弹枪或氮气瓶，大大减小了液面监测装置的体积，使所述液面监测装置便于携带、使用方便、成本低、易于维护、操作安全并且节省人力物力。

实施例2

本实施例以实施例1为基础，与实施例1的区别在于：

参照图1，本实施例提供的煤层气无压井液面监测装置，发声装置23还包括机箱16，电源19与微型压缩机22放置在机箱16内，出气口21与采气口20均设在机箱16上，从而方便与高压导管连接。

机箱16的设置方便了发声装置23的携带与运输，同时机箱16对内部的电源19及微型压缩机22能起到很好的保护作用。

机箱16上设有控制信号插头17，控制信号插头17与电源19连接，控制信号插头17与控制系统4输出端的连接线连接，从而实现了电源19与控制系统4的输出端连接。

控制信号插头17的设置可以方便发声装置23与信号采集与执行装置24的连接和拆卸，使用时将控制系统4输出端的连接线插入控制信号插头17，不使用时将所述连接线拔下，方便分别携带和运输发声装置23和信号采集与执行装置24。

为了满足电源19能够长时间支持工作，本发明实施例所使用的电源19为充电电池。机箱16上设有充电插座18，充电插座18与所述充电电池连接，方便给所述充电电池充电。

参照图2，本发明实施例的信号采集与执行装置24还包括壳体15，端板3位于壳体15的一端，储气室10位于壳体15的另一端，端板3、壳体15以及储气室10形成一个空腔，排气电磁阀6及储气室压力传感器9均位于所述空腔内，微音器2位于壳体15外。

壳体15的设置方便了的信号采集与执行装置24的携带与运输，同时壳体15对其内部的构件能起到很好的保护作用。

实施例3

本实施例以实施例2为基础，与实施例2的区别在于：

参照图1，本实施例提供的煤层气无压井液面监测装置，信号采集与执行装置24还包括采气电磁阀7，采气电磁阀7的一端通过第三连接件12与端板3连接，第三连接件12穿过端板3，采气电磁阀7的另一端设有采气接口11，采气接口11通过高压导线与采气口20连接，采气电磁阀7位于壳体15内，采气接口11穿过壳体15，采气电磁阀7与控制系统4的输出端连接。

信号采集与执行装置24还包括井内压力传感器13，井内压力传感器13与端板3连接，用于测试煤层气井套管内的压力，井内压力传感器13与控制系统4的输入端连接，能够向控制系统4传输井内压力数据。

在本实施例中，预先在控制系统4内设置监测时间，例如每半小时测定一次，测定时间可根据井况设定，井内压力传感器13将监测到的井内压力传输给控制系统4，如果所述井内压力小于设定值，则控制系统4控制电源19开启，控制采气电磁阀7打开，电源19开启后启动微型压缩机22，井下套管内的气体经采气电磁阀7、采气接口11、高压导管以及采气口20进入微型压缩机22，微型压缩机22将所述气体压缩后，通过出气口21向储气室10充气，后续步骤与实施例1相同；如果所述井内压力大于或等于设定值，则所述控制系统4控制采气电磁阀7及电源19关闭，停止使用本实施例提供的煤层气无压井液面监测装置，改用现有的有压井液面监测装置。用现有有压井液面监测装置测试液面高度时，当压力低于一临界值时将无法准确测出液面高度，所述设定值为一大于或等于所述临界值的压力值。

本实施例增加了井内压力传感器13和采气电磁阀7，控制系统4可以根据煤层气井下压力情况调整所述煤层气无压井液面监测装置的工作状态，在井下有压时，控制所述监测装置停止工作，改用有压井液面监测装置，由于有压井液面监测装置技术比较成熟、结构比较简单，使用起来更加节省人力、物力以及能源，因而使用本实施例的煤层气无压井液面监测装置能更好的节省整个煤层气井液面监测工作的人力、物力以及能源。

信号采集与执行装置24还包括井口连接接口1，井口连接接口1为空心结构，并与端板3连接，井口连接接口1位于壳体15外。

工作时，将井口连接接口1通过螺纹连接固定到油井采油树套管阀门上，方便了信号采集与执行装置24与井口的连接与固定。

以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现，控制软件存储在控制系统4的存储芯片中，数据分析程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如：计算机中的硬盘。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种煤层气无压井液面监测装置，其特征在于，包括发声装置和信号采集与执行装置：

所述发声装置包括电源和微型压缩机，所述电源与所述微型压缩机连接，所述微型压缩机设有出气口和采气口；

所述信号采集与执行装置包括端板，所述端板上设有微音器和控制系统，所述微音器的输出端与所述控制系统的输入端连接，所述控制系统的输入端还与储气室压力传感器连接，所述控制系统的输出端与排气电磁阀以及所述电源连接，所述排气电磁阀的一端与所述端板连接，并且与所述微音器位于所述端板的两侧，所述排气电磁阀的另一端与储气室连通，所述储气室与所述储气室压力传感器连接，所述储气室设有进气口，所述进气口与所述出气口连接；

所述信号采集与执行装置还包括井内压力传感器，所述井内压力传感器与所述端板连接并且与所述控制系统的输入端连接；

所述采气口与高压导管连接，所述高压导管下放至井下，所述微型压缩机通过所述高压导管抽取井下气体；

所述信号采集与执行装置还包括壳体，所述端板位于所述壳体的一端，所述储气室位于所述壳体的另一端，所述微音器位于所述壳体外；

所述信号采集与执行装置还包括采气电磁阀，所述采气电磁阀的一端与所述端板连接，所述采气电磁阀的另一端设有采气接口，所述采气接口与所述采气口连接，所述采气电磁阀位于所述壳体内，所述采气接口穿过所述壳体，所述采气电磁阀与所述控制系统的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的煤层气无压井液面监测装置，其特征在于，所述发声装置还包括机箱，所述电源与所述微型压缩机位于所述机箱内，所述出气口与所述采气口均设在所述机箱上。

3.根据权利要求2所述的煤层气无压井液面监测装置，其特征在于，所述机箱上设有控制信号插头，所述电源通过所述控制信号插头与所述控制系统输出端连接。

4.根据权利要求2所述的煤层气无压井液面监测装置，其特征在于，所述电源为充电电池。

5.根据权利要求4所述的煤层气无压井液面监测装置，其特征在于，所述机箱上设有充电插座，所述充电插座与所述充电电池连接。

6.根据权利要求1所述的煤层气无压井液面监测装置，其特征在于，所述信号采集与执行装置还包括井口连接接口，所述井口连接接口与所述端板连接，所述井口连接接口位于所述壳体外。