CN102966344A - 煤层气排采井井底气流上举参数检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤层气排采井井底气流上举参数检测装置，包括井下检测仪、数据传输部件和数据处理与显示系统，检测仪设有电器和实体部分，电器部分设有靶式应变传感器、压力传感器和数据采集转换板，实体部分由圆柱管和接箍组成，传感器装在圆柱管上，传感器的导线由导线孔引到圆柱管上表面再汇总接到数据采集转换板上；数据采集转换板中设有多路转换开关、滤波、放大、模数转换、单片机微处理器和串行数据传输电路，还装有驱动模块；数据传输部件有电缆线和驱动模块，信息由驱动模块驱动后经电缆线传输到井上，通过数据处理与显示系统的工控机处理、存储与显示。本装置适用于煤层气的抽采，也适用于石油天然气、页岩气和天然气水合物的抽采开发。

Description

煤层气排采井井底气流上举参数检测装置

技术领域

本发明涉及煤层气排采井井底气流上举参数检测装置，具体地说是一种将压力与流速组合式仪器直接安装在井底油管上进行气流上举参数测试的装置。

背景技术

煤层气及相关地下气藏是新兴能源，煤层气生产过程中，需要随时了解掌握煤层气井的产水、产气、液面等各项参数，以便根据生产的阶段和需要，及时调整生产参数，使煤层气井的生产处于最佳状态。近几年针对煤层气开采已经有了许多新的技术，如发明了针对煤层气井井下压力监测装置、无压井液面监测装置、煤层气井产出气测量装置、煤层气井液面测试仪、基于光纤传感的煤层气井压力、温度监测系统等等。这些技术主要是监测煤层气井的液面位置、煤层气井的压力、温度，但不能对气流上举流速进行监测。而获取井底上举气流的畅通程度是煤层气抽采十分需求的关键技术，通过检测可以采取合理的排采控制参数，对避免盲目抽采具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为解决上述现有技术的不足而提供一种结构简单、紧凑，使用可靠，能实时测取井底排采环空通道中的气体流速分布、流体密度分布和煤粉阻塞程度，以便合理地控制排采参数，提高采气量，确保安全生产的煤层气排采井井底气流上举参数检测装置。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：提供一种煤层气排采井井底气流上举参数检测装置，包括安装于井下的检测仪、数据传输部件以及井上数据处理与显示系统，所述的检测仪设有电器部分和实体结构部分，检测仪的电器部分由靶式应变传感器、压力传感器和数据采集转换板组成，检测仪的实体结构部分由圆柱管和接箍组成，检测仪中的圆柱管和接箍的外径与油管一样，接箍通过两端的内螺纹分别与油管和圆柱管连接；接箍安装在圆柱管两端；所述检测仪的圆柱管上设有导线孔、电路板凹槽、导线出口、导线凹槽以及传感器安装孔，导线孔均匀地开设有在检测仪的上中部，在检测仪的外壁上开设有传感器安装孔，导线孔分别与对应的传感器安装孔相联通；在传感器安装孔中相间地安装有靶式应变传感器或压力传感器，所述的两种传感器的导线分别通过导线孔引到检测仪的上表面，并通过导线凹槽汇总连接到放置于电路板凹槽内的数据采集转换板上；数据采集转换板用于控制流量、流速、压力的采集时间，并将采集的数据进行滤波、放大、模/数转换和串行数据传输；数据采集转换板上还安装有数据传输部件的驱动模块；所述的数据传输部件包括电缆线和驱动模块，井下检测仪发出的数据由驱动模块驱动后经电缆线传输到井上，通过井上数据处理与显示系统的工控机对数据处理、存储并显示。

本发明所述的井下检测仪中的靶式应变传感器，由Ф5.0mm靶头、线性弹变梁和应变片组成，通过检测靶式应变传感器的应变片组成桥式电路的电压变化，测出在混有煤粉水中的泡状与段塞状气体的体积流速；压力传感器采用电容式压力传感器，用于检测井下不同深度的压力大小，通过压力数据间接计算井中流体的密度。当检测仪在井下处于工作状态时，井下流体与传感器接触，靶式应变传感器利用流体冲击应变片导致应变片变形，应变片的变形与流量、流速变化呈近似线性关系，因此可通过应变片组成桥式电路检测其电压变化来表现其流量、流速变化；电容式压力传感器选用特殊设计的压力变送器，可以测试上覆流体的压强，并间接计算出上覆流体的密度。本发明将这两种传感器固定在井下检测仪的圆柱管外壁中，是确保两种传感器的敏感体和敏感面设置于针对上举气环空的最有效方位上；同时将检测仪固定于煤层气井待测位置处，传感器采集的检测数据首先传递给数据采集转换板。

本发明所述的数据采集转换板中设有多路转换开关、滤波电路、放大电路、模数转换电路、单片机微处理器和串行数据传输电路，通过单片机微处理器对各传感器的采集时间进行控制以及数据处理。所述的数据采集转换板中还安装有数据传输部件的驱动模块。

本发明所述的检测仪的实体结构中圆柱管在各个传感器与电路板连接完成以后，先将所有导线孔、电路板凹槽、导线出口、导线凹槽以及传感器安装孔的位置全部用热熔胶棒进行第一道密封，圆柱管通过与接箍连接，对上述所有的孔和凹槽形成第二道密封。检测仪经过最后两道密封，其耐温、抗震、耐腐性能满足距地面1500米以内的煤层气抽采井使用条件。

本发明所述的检测仪的数据采集转换板中各电路板的导线，由导线出口连接到井中的电缆线上，数据信号由电缆线传递到地面数据处理与显示系统中，通过井上工控机中预先编写好的专用程序自动实时计算出排采环空通道中的气体流速分布、液位高度、流体密度分布和煤粉阻塞程度。 

本发明的煤层气排采井井底气流上举参数检测装置与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明的井下检测仪的采用了全新设计的靶式应变传感器，能够在狭小的空间内稳定工作，确保数据采集的准确性；本发明的井下检测仪设置了靶式应变传感器和压力传感器，从而能实时采集得到井下煤层气的多种原状数据，为煤层气抽采合理控制提供依据。

 2、本发明的井下检测仪可以根据实际需求相应的增加传感器、导线孔的数量，采集所需数据，检测装置的可扩展性高。

3、本发明的井下检测仪使用的滤波电路、放大电路等可以排除干扰信号，确保信号的真实性，通过与单片机微处理器连接对各传感器进行控制。

4、本发明的井下检测仪结构简单、紧凑，检测仪中的数据采集转换板可以使检测工作自动化，提高校测精度，直接实现多功能的数据变换，便于数据的后续处理以及具有丰富的显示和记录方式。

5、本发明可按照不同需求设置检测时间、采样频率，实现对井孔内全自动监测。本发明的装置突破原有仅测试井中液位高度的技术现状，创新地测取井底排采环空通道中的气体流速分布、流体密度分布和煤粉阻塞程度，大大提高了对井下抽采状况的实时掌握力度。使用本装置可更及时了解掌握煤层气井的产水、产气、液面等各项参数，便于根据生产的各个阶段及时调整生产参数，使煤层气井的生产处于最佳状态。

附图说明

图1为本发明煤层气排采井井底气流上举参数检测装置构成框图。

图2为本发明中井下检测仪流程图结构示意图。

图3为本发明中井下检测仪的圆柱管半剖结构俯视示意图。

图4为图3的A-A向结构示意图。

图5为图3的B-B向结构示意图。

图6为本发明井下检测仪的接箍结构示意图。

图7为本发明检测装置控制程序逻辑图。

图8为本发明检测装置在井下安装结构示意图。

上述图中：1-导线孔A、2-导线孔B、3-导线孔C，4-导线孔D、5-导线孔E， 6-电路板凹槽、7-导线出口、8-导线凹孔、9-传感器安装孔、10-接箍、11-检测仪、12 -上煤层、13-下煤层、14-电缆线、15-油管、16-表层套管、17-生产套管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述。

实施例1：本发明的一种煤层气排采井井底气流上举参数检测装置，其总体构成如图1所示，包括安装于井下的检测仪11、数据传输部件以及井上数据处理与显示系统。所述的检测仪11设有电器部分和实体结构部分，检测仪的电器部分由靶式应变传感器、压力传感器和数据采集转换板组成。检测仪的实体结构部分由圆柱管和接箍10组成，所述检测仪的实体结构如图3、4、5、6所示，检测仪中的圆柱管和接箍10的外径与油管15一样，圆柱管两端车有外螺纹，接箍10两端有内螺纹，接箍10通过两端的内螺纹分别与圆柱管和油管15连接；有2个接箍10安装在圆柱管两端；检测仪的圆柱管上设有5个导线孔和对应的5个传感器安装孔9，还有电路板凹槽6、导线出口7以及导线凹槽8，其中5个导线孔均匀开设在圆柱管的中上部，导线孔分别与外壁中对应的传感器安装孔9联通。在圆柱管外壁中的5个传感器安装孔9中相间地安装有靶式应变传感器或压力传感器。本实施例根据需要在与导线孔A 1、导线孔C 3、导线孔E 5的外壁的传感器安装孔9中分别安装靶式应变传感器①、靶式应变传感器②、靶式应变传感器③，在与导线孔B 2、导线孔D 4相通的传感器安装孔9中分别安装压力传感器①、压力传感器②，所述的两种传感器的导线分别通过各自导线孔引到圆柱管的上表面来，导线通过导线凹槽8汇总连接到数据采集转换板上，数据采集转换板放置于电路板凹槽6内；数据采集转换板用于控制流量、流速、压力的采集时间，并进行滤波、放大、模/数转换和串行数据传输；数据采集转换板上还安装有数据传输部件的驱动模块。检测仪11在各个传感器与电路板连接完成以后，将所有导线孔、电路板凹槽6、导线出口7、导线凹槽8以及传感器安装孔9的位置全部用热熔胶棒进行第一道密封，检测仪与接箍10连接后完成第二道密封，确保整个检测仪的密封性。二道密封使整个检测仪的耐温、抗震、耐腐性能可满足距地面1500米以内的煤层气抽采井使用条件。

所述的数据传输部件包括电缆线和驱动模块，驱动模块设在井下检测仪中，井下的检测仪发出的数据由驱动模块驱动后经电缆线传输到井上，通过井上数据处理与显示系统的工控机处理、存储与显示。

本发明中检测仪工作流程如图2。安装于检测仪外壁的传感器安装孔9中的3个靶式应变传感器和2个压力传感器将收集到的模拟信号分别传给数据采集转换板中的多路转换开关，并通过滤波电路将干扰信号滤除，经放大电路放大，接着经过模/数（AD）转换电路将模拟信号转换为数字信号，再传输到单片机微处理器内，本实施例采用89C58单片机微处理器，单片机微处理器内的预设程序可以控制信号的采样时间和采样频率；单片机微处理器也将采集的各数据整理排序后通过串行输出模块传输到驱动模块。本发明的检测仪中数据采集转换板中的多路转换开关、滤波电路、放大电路、模/数转换电路、单片机微处理器电路和串行数据传输电路，以及驱动模块，在市场上均可选到很成熟的芯片和相关的电路，这里不再赘述了。

本发明井下的检测仪11作为检测装置的神经触发中枢，井上的数据处理与显示系统的工控机使整个装置成为一个有机的整体，使检测工作实现了高度的自动化，从而也大大提高了检测速度。使用工控机后，整个装置可以进行数字滤波、非线性校正、消除系统误差、削弱随机误差等，从而可以较大幅度地提高检测精度。

井上数据处理与显示系统将实时测得的信号存贮在计算机中，用于进行各种所需的计算、分析、判断，自动记录备份等后续处理工作，并可将数据处理结果给予显示。

本发明的装置中还有如开关、接口、电源等必备的外设器件。

本发明的煤层气排采井井底气流上举参数检测装置控制程序如图7，首先启动地面工控机，设置参数检测时间、采样频率、气体样采集时间等信息，然后系统进行线路检测，如果线路连接无误，进行流速、密度的测定，否则显示线路连接错误。采集到的数据会储存在单片机微处理器中，单片机微处理器根据设定的命令判定采样时间是否到达，如果未满足要求，会继续进行数据的采集，直到数据采集时间满足设定条件，关闭控制信号，采样过程到此结束。

实施例2：本发明的煤层气排采井井底气流上举参数检测装置使用时，根据煤层气钻采井的需要，检测仪11必须放置于井底进行原位的实时检测，并且检测仪11不能影响井内正常生产，检测仪11的外壳外径尺寸必须与抽油管匹配，且安装与拆卸方便。操作步骤如下：

（1）钻孔完成以后，确定需要进行实时检测的煤储层，如确定需要在上煤层12与下煤层13中进行实时检测，则根据煤储层深度在该煤储层相对应的抽油管上分别通过螺纹安装检测仪；如图7所示。图7中在油管15中安装有2台检测仪11。

  [0032]（2）油管15在井下受到生产套管17和表层套管16的保护，安装在油管15上的2台检测仪11随同油管一起送入井底的待测的煤层；检测仪的电缆线14在油管15与生产套管17之间，一直连接到地面的工控机中。此后将井上数据处理与显示系统电路接通。

（3）2台检测仪11分别对井下流体的压力、流速、流量进行检测，将检测数据分别通过电缆线14实时传到井上，从而实现对井底流体实时检测和监控。

（4）经过半年到一年或为更长期的检测和监控之后，提升油管15，卸下检测仪11检查元器件，并进行维修与更换，然后重新下入井下进行实时检测。

本发明的检测装置适用于地下能源煤层气的抽采开发，也可应用于石油天然气、页岩气、天然气水合物的抽采开发，市场前景非常广阔。 

Claims (4)

1.一种煤层气排采井井底气流上举参数检测装置，包括安装于井下的检测仪、数据传输部件以及井上数据处理与显示系统，其特征在于：所述的检测仪设有电器部分和实体结构部分，检测仪的电器部分由靶式应变传感器、压力传感器和数据采集转换板组成，检测仪的实体结构部分由圆柱管和接箍组成，检测仪中的圆柱管和接箍的外径与油管一样，接箍通过两端的内螺纹分别与油管和圆柱管连接；接箍安装在圆柱管两端；所述检测仪的圆柱管上设有导线孔、电路板凹槽、导线出口、导线凹槽以及传感器安装孔，导线孔均匀地开设有在检测仪的上中部，在检测仪的外壁上开设有传感器安装孔，导线孔分别与对应的传感器安装孔相联通；在传感器安装孔中相间地安装有靶式应变传感器或压力传感器，所述的两种传感器的导线分别通过导线孔引到检测仪的上表面，并通过导线凹槽汇总连接到放置于电路板凹槽内的数据采集转换板上；数据采集转换板用于控制流量、流速、压力的采集时间，并将采集的数据进行滤波、放大、模/数转换和串行数据传输；数据采集转换板上还安装有数据传输部件的驱动模块；所述的数据传输部件包括电缆线和驱动模块，井下检测仪发出的数据由驱动模块驱动后经电缆线传输到井上，通过井上数据处理与显示系统的工控机对数据处理、存储并显示。

2.根据权利要求1所述的煤层气排采井井底气流上举参数检测装置，其特征在于：所述的检测仪中的靶式应变传感器，由Ф5.0mm靶头、线性弹变梁和应变片组成，通过检测靶式应变传感器的应变片组成桥式电路的电压变化，测出在混有煤粉水中的泡状与段塞状气体的体积流速；压力传感器采用电容式压力传感器，用于检测井下不同深度的压力大小，通过压力数据间接计算井中流体的密度。

3.根据权利要求1所述的煤层气排采井井底气流上举参数检测装置，其特征在于：所述的数据采集转换板中设有多路转换开关、滤波电路、放大电路、模数转换电路、单片机微处理器和串行数据传输电路，通过单片机微处理器对各传感器的采集时间进行控制以及数据处理。

4.根据权利要求1所述的煤层气排采井井底气流上举参数检测装置，其特征在于：所述的检测仪的实体结构中圆柱管在各个传感器与电路板连接完成以后，先将所有导线孔、电路板凹槽、导线出口、导线凹槽以及传感器安装孔的位置全部用热熔胶棒进行第一道密封，圆柱管通过与接箍连接，对上述所有的孔和凹槽形成第二道密封。

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