CN106917622B - 一种煤层气井监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层气井监测系统，属于煤层气开采技术领域。该煤层气井监测系统包括：光纤传感器、毛细钢管、铠装光缆、牵引部件以及地面数据处理单元；毛细钢管设置在煤层气井套管外固井水泥中，毛细钢管的第一端接近入煤层气井的偏心井口，毛细钢管的第二端接近煤层气井的井底并且穿入套管内部；光纤传感器与毛细钢管的第二端连接；铠装光缆的一端与地面数据处理单元连接，铠装光缆的另一端穿过毛细钢管与光纤传感器连接；牵引部件的一端与铠装光缆连接，牵引部件的另一端与光纤传感器连接。该监测系统不受煤层气生产的影响，适用于对垂直井、斜井/定向井以及水平井的温度压力进行监测，并且检修方便，便于长期监测。

Description

一种煤层气井监测系统

技术领域

本发明涉及煤层气开采技术领域，特别涉及一种煤层气井监测系统。

背景技术

在煤层气生产中需要对煤层的温度、压力等参数进行监测。

目前对煤层的温度、压力等参数进行监测的主要设备包括：液面回声仪、井内毛细管、压力计和井内光纤传感器。液面回声仪只能监测液面深度然后转化为压力不能监测温度，且误差较大。井内毛细管只能监测压力不能监测温度，且下入维护需要起下油管管柱，费用较高。压力计监测煤层温度和压力的方式有两种，一种是从油管和套管的环空下入，事故率较高，费用较大且只能在垂直井中进行短时间监测；另一种测量方式是将压力计绑定在油管上，下入维护需要起下油管管柱，费用较大且只能在垂直井中进行长时间监测。另外采用上述液面回声仪和环空压力计对煤层气井进行监测，都需要人工到现场进行数据采集，增加人工成本。而且我国煤层气井大多都位于山区，在冬季雨雪和夏季雷雨季节都无法到现场进行数据采集，从而影响了煤层气生产的正常进行。井内光纤传感器在虽然可以不需要工作人员到现场进行数据采集，但是其需要通过光缆绑定在油管上，下入维护需要起下油管管柱，费用较大且也只能在垂直井中进行长时间监测。

综上，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：现有的煤层气井监测设备只能用于垂直井，而且煤层气生产过程中会对监测设备的准确度造成影响。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种不受煤层气生产过程影响并且适用于垂直井、斜井/定向井以及水平井的煤层气井监测系统。

具体而言，包括以下技术方案：

一种煤层气井监测系统，所述煤层气井监测系统包括：光纤传感器、毛细钢管、铠装光缆、牵引部件以及地面数据处理单元；所述毛细钢管设置在煤层气井套管外固井水泥中，所述毛细钢管的第一端接近所述煤层气井的偏心井口，所述毛细钢管的第二端接近入所述煤层气井的井底并且穿入所述套管内部；所述光纤传感器与所述毛细钢管的第二端连接；所述铠装光缆的一端与所述地面数据处理单元连接，所述铠装光缆的另一端穿过所述毛细钢管与所述光纤传感器连接；所述牵引部件的一端与所述铠装光缆连接，所述牵引部件的另一端与所述光纤传感器连接；所述光纤传感器用于采集煤层的温度及压力数据并将采集到的温度及压力数据通过激光信号形式发送，所述铠装光缆用于将所述光纤传感器发送的激光信号传送给所述地面数据处理单元，所述地面数据单元用于将所述激光信号转换为数字信号。

进一步地，所述地面数据处理单元包括：激光发射接收模块以及光信号解调器；所述光纤传感器、激光发射接收模块以及光信号解调器之间通过所述铠装光缆顺次连接；所述激光发射接收模块用于向所述光纤传感器发射激光并接收由所述光纤传感器发送的激光信号，所述光信号解调器用于将所述激光信号转换为数字信号。

进一步地，所述地面数据处理单元还包括：控制模块以及数据存储模块；所述控制模块通过所述铠装光缆与所述光信号解调器和所述数据存储模块连接；所述控制模块用于将所述光信号解调器得到的数字信号传输给所述数据存储模块；所述数据存储模块用于存储所述数字信号。

进一步地，所述地面数据处理单元还包括：无线传输模块；所述无线传输模块通过所述铠装光缆与所述控制模块连接；所述控制模块还用于将所述光信号解调器得到的数字信号传输给所述无线传输模块；所述无线传输模块用于将所述数字信号传送至计算机网络。

进一步地，所述地面数据处理单元还包括：数据显示模块；所述数据显示模块通过所述铠装光缆与所述控制模块连接；所述控制模块还用于将所述光信号解调器得到的数字信号传输给所述数据显示模块；所述数据模块用于将所述数字信号在显示设备上显示。

进一步地，所述地面数据处理单元还包括：电源供电模块；所述电源供电模块通过电线与所述地面数据处理单元中的需电部件连接，为所述需电部件供电。

进一步地，所述牵引部件与所述光纤传感器的连接处设置有第一连接件。

进一步地，所述牵引部件与所述铠装光缆的连接处设置有第二连接件。

进一步地，所述煤层气井监测系统还包括：毛细钢管保护器；所述毛细钢管保护器设置在所述煤层气井套管外固井水泥中并且套设在所述毛细钢管上。

进一步地，所述牵引部件为钢丝绳。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

本发明实施例提供的煤层气井监测系统是一种将光纤传感器通过套管外毛细钢管保护方式进行煤层气井压力温度永久监测的监测系统。该煤层气井监测系统中，用于传输激光信号的铠装光缆设置在位于煤层气井套管外固井水泥中的毛细钢管中。由于铠装光缆设置在煤层气井套管之外，因此能够避免煤层气井生产过程中对监测系统的影响，保证监测系统的正常运行。同时，由于毛细钢管的形状可以根据煤层气井套管的形状设置，因此，该煤层气井检测系统不仅适用于对垂直井的温度压力进行监测，也适用于对斜井/定向井以及水平井的温度压力进行监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1中提供的煤层气井监测系统的结构示意图；

图2为实施例1的煤层气井监测系统中地面单元的结构示意图；

图3为实施例2中提供的煤层气井监测系统的结构示意图。

附图标记分别表示：

1-固井水泥，2-套管，3-油管，4-抽油泵，5-抽油杆，6-煤层，

7-煤层气井采油树，8-偏心井口，9-第一连接件，

10-光纤传感器，11-毛细钢管，12-铠装光缆，13-牵引部件，

14-偏心井口密封口，15-第二连接件，

16-地面数据处理单元，161-电线，162-电源供电模块，

163-激光发射接收模块，164-光信号解调器，165-控制模块，

166-数据显示模块，167-无线传输模块，168-数据存储模块。

17-毛细钢管保护器。

具体实施方式

为使本发明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

本实施例提供一种用于对垂直井的温度、压力进行监测的煤层气井监测系统，参见图1，该煤层气井监测系统包括：光纤传感器10、毛细钢管11、铠装光缆12、牵引部件13以及地面数据处理单元16。毛细钢管11设置在煤层气井套管2外固井水泥1中，毛细钢管11的第一端接近入煤层气井的偏心井口8，毛细钢管11的第二端接近煤层气井的井底并且穿入套管2内部。光纤传感器10与毛细钢管11的第二端连接。铠装光缆12的一端与地面数据处理单元16连接，铠装光缆12的另一端穿过毛细钢管11与光纤传感器10连接。牵引部件13的一端与铠装光缆12连接，牵引部件13的另一端与光纤传感器10连接。

光纤传感器10用于采集煤层的温度及压力数据并将采集到的温度及压力数据通过激光信号形式发送，铠装光缆12用于将光纤传感器10发送的激光信号传送给地面数据处理单元16，地面数据单元16用于将激光信号转换为数字信号。

本实施例提供的煤层气井监测系统是一种将光纤传感器通过套管外毛细钢管保护方式进行煤层气井压力温度永久监测的监测系统。该检测系统中，毛细钢管11为一根直管，其第二端为直角，当毛细钢管11的第二端下入煤层6中部并接近煤层气井井底后，该直角的水平部分穿入套管2内部，从而将光纤传感器10固定在煤层气井井底附近。牵引部件13的一端则与铠装光缆12连接，另一端由煤层气井偏心井口8的偏心井口密封口14进入煤层气井套管2内部并与光纤传感器10连接。该检测系统的工作原理为：光纤传感器10通过毛细钢管11固定在煤层气井井底附近，激光光源发出的激光进入光纤传感器10，当煤层气井内温度和压力变化时，光纤传感器10中的温度敏感部件和压力敏感部件会使入射激光的性质发生变化(例如强度、波长、频率、相位等性质)，发生变化后的激光信号通过铠装光缆12由光纤传感器10传送至地面数据处理单元16，地面数据处理单元16将接收到的激光信号转换为数字信号，得到煤层气井的温度以及压力数据，从而实现对煤层气井温度和压力的监测。由于铠装光缆12设置在煤层气井套管2之外，因此能够避免煤层气井生产过程中对监测系统的影响，保证监测系统的正常运行，适合对煤层气井温度压力进行长期有效检测。此外，当光纤传感器10需要进行维护时，只需通过牵引部件13将光纤传感器10从偏心井口密封口14取出即可，不需要起下油管管柱，简化了操作，便于对光纤传感器10进行维护。

进一步地，参见图2，本实施例的煤层气井监测系统中地面数据处理单元16包括：激光发射接收模块163以及光信号解调器164。光纤传感器10、激光发射接收模块163以及光信号解调器164之间通过铠装光缆12顺次连接。激光发射接收模块163包括激光发射源和激光光波接收器，通过激光发射源向光纤传感器10发射激光，通过激光光波接收器接收由光纤传感器10发送的激光信号，光信号解调器164用于将激光信号转换为数字信号，从而得到煤层气井的温度和压力数据。

进一步地，参见图2，本实施例的煤层气井监测系统中地面数据处理单元16还包括：控制模块165以及数据存储模块168。控制模块165通过铠装光缆12与光信号解调器164和数据存储模块168连接。控制模块165主要包括数据处理芯片，控制数据采集并将光信号解调器164得到的数字信号传输给数据存储模块168；数据存储模块168则将接收到的煤层气井的温度和压力数据存储在存储芯片上。

进一步地，参见图2，本实施例的煤层气井监测系统中地面数据处理单元16还包括：无线传输模块167。无线传输模块167通过铠装光缆12与控制模块165连接。控制模块165还将光信号解调器164得到的数字信号传输给无线传输模块167。无线传输模块167通过GPRS(General Packet Radio Service通用分组无线业务)将煤层气井的温度和压力数据传送至计算机网络。从而使煤层的温度和压力数据在工作人员无法到现场采集的情况下，也能够及时传送出来，从而确保煤层生产的正常运行。

进一步地，参见图2，本实施例的煤层气井监测系统中地面数据处理单元16还包括：数据显示模块166。数据显示模块166通过铠装光缆12与控制模块165连接。控制模块165还将光信号解调器164得到的数字信号传输给数据显示模块166，数据模块166将数字信号显示在显示设备上，如显示屏或者二次仪表。

进一步地，参见图2，本实施例的煤层气井监测系统中地面数据处理单元16还包括：电源供电模块162。电源供电模块162通过电线161与地面数据处理单元16中的需电部件连接，为需电部件供电。需电部件包括：光信号解调器164、控制模块165、数据显示模块166、无线传输模块167以及数据存储模块168。具体地，电源供电模块162包括变压器和蓄电池。其中变压器将外部220V交流电转换为符合地面数据处理单元16中各需电部件要求的电压。当发生停电时，蓄电池能够继续为上述各需电部件供电，以保证本实施实例的煤层气监测系统的正常运行。

本领域技术人员可以理解的是，以上所述仅为地面数据单元16的一种具体实现形式，本领域技术人员可以根据本领域有关知识并结合实际情况采用其他形式的地面数据单元16，只能能够使煤层气井监测系统正常运行即可。

进一步地，参见图1，本实施例的煤层气井监测系统中，为了方便光纤传感器10和铠装光缆12的下入，牵引部件13与光纤传感器10的连接处设置有第一连接件9，牵引部件13与铠装光缆12的连接处设置有第二连接件15。本领域技术人员可以理解的是，牵引部件13与铠装光缆12的连接处位于煤层气井外部。

进一步地，参见图1，本实施例的煤层气井监测系统还包括：毛细钢管保护器17。该毛细钢管保护器17设置在煤层气井套管2外固井水泥1中并且套设在毛细钢管11上，使毛细钢管11紧贴套管2外壁，并且在下入过程中起到减少毛细钢管11损伤的作用。毛细钢管保护器17可以沿毛细钢管11的长度方向设置多个，例如可以为2个以上，多个毛细钢管保护器17沿毛细钢管11的长度方向均匀分布。

进一步地，本实施例的煤层气井监测系统中牵引部件13可以为钢丝绳。

进一步地，本实施例的煤层气井监测系统中，毛细钢管11可以采用不锈钢加工。

实施例2

本实施例提供一种用于对斜井/定向井的温度、压力进行监测的煤层气井监测系统，参见图3，该煤层气井监测系统包括：光纤传感器10、毛细钢管11、铠装光缆12、牵引部件13以及地面数据处理单元16。毛细钢管11设置在煤层气井套管2外固井水泥1中，毛细钢管11的第一端接近入煤层气井的偏心井口8，毛细钢管11的第二端接近煤层气井的井底并且穿入套管2内部。光纤传感器10与毛细钢管11的第二端连接。铠装光缆12的一端与地面数据处理单元16连接，铠装光缆12的另一端穿过毛细钢管11与光纤传感器10连接。牵引部件13的一端与铠装光缆12连接，牵引部件13的另一端与光纤传感器10连接。牵引部件13与光纤传感器10的连接处设置有第一连接件9，牵引部件13与铠装光缆12的连接处设置有第二连接件15。在煤层气井套管2外固井水泥1中还设置有多个毛细钢管保护器17，毛细钢管保护器17套设在毛细钢管11上并且沿毛细钢管的长度方向均匀分布，使毛细钢管11紧贴套管2外壁，减少下入过程中毛细钢管11的损伤。

其中，地面数据处理单元16包括：激光发射接收模块163、光信号解调器164、控制模块165、数据存储模块168、无线传输模块167、数据显示模块166以及电源供电模块162。其中，光纤传感器10、激光发射接收模块163、光信号解调器164以及控制模块165之间通过铠装光缆12顺次连接，无线传输模块167、数据显示模块166以及数据存储模块168通过铠装光缆12分别与控制模块165连接。电源供电模块162通过电线161与光信号解调器164、控制模块165、数据显示模块166、无线传输模块167以及数据存储模块168等需电部件连接，为上述需电部件供电。

本实施例提供的煤层气井监测系统中，毛细钢管11为弯管，其形状与煤层气井套管2的形状相配合。同实施例1，本实施例中，毛细钢管11下入煤层的第二端也为直角，直角的水平部分穿入煤层气井套管2内部从而固定光纤传感器10。本实施例的煤层气井监测系统的工作原理与实施例1相同，在此不再赘述。

与实施例1相同，由于铠装光缆12设置在煤层气井套管2之外，因此能够避免煤层气井生产过程中对监测系统的影响，保证监测系统的正常运行，适合对煤层气井温度压力进行长期有效检测。此外，当光纤传感器10需要进行维护时，只需通过牵引部件13将光纤传感器10从偏心井口密封口14取出即可，不需要起下油管管柱，简化了操作，便于对光纤传感器10进行维护。

综上，本发明实施例提供了一种将光纤传感器通过套管外毛细钢管保护方式进行煤层气井压力温度永久监测的监测系统。该监测系统对压力温度信号通过光缆进行在线实时采集，并通过光信号解调器将光纤传感器接收到的温压激光信号解调为压力和温度数据，通过控制模块将数据分别发送到数据存储模块、数据显示模块、无线传输模块进行在线实时显示、存储和远程无线传送，从而实现煤层压力、温度的在线自动数据采集。由于铠装光缆安装在套管之外，避免了煤层气井生产过程中对监测系统的损伤。该监测系统在工作人员无法到现场进行数据采集的情况下也能够将煤层的压力数据及时传送出来，从而确保煤层气生产的正常运行，适合于煤层气井生产的长久压力测试监测。与现有的液面回声仪相比，本发明实施例提供的监测系统具有更高的精度，与压力计相比，本发明实施例提供的监测系统成本更低，安全性更高。本发明实施例的监测系统还可以实时同步多井测试，不仅适用于对垂直井进行监测，还适用于对目前大量使用的斜井/定向井以及水平井进行监测，能够满足煤层气工程实际需求。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，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 (10)

1.一种煤层气井监测系统，其特征在于，所述煤层气井监测系统包括：光纤传感器（10）、毛细钢管（11）、铠装光缆（12）、牵引部件（13）以及地面数据处理单元（16）；

所述毛细钢管（11）设置在煤层气井套管（2）外固井水泥（1）中，所述毛细钢管（11）的第一端接近入所述煤层气井的偏心井口（8），所述毛细钢管（11）的第二端为直角，当所述毛细钢管（11）的第二端下入煤层中部并接近所述煤层气井的井底后，所述直角的水平部分穿入煤层气井套管（2）内部；

所述光纤传感器（10）与所述毛细钢管（11）的第二端连接，将所述光纤传感器（10）固定在所述煤层气井井底；

所述铠装光缆（12）的一端与所述地面数据处理单元（16）连接，所述铠装光缆（12）的另一端穿过所述毛细钢管（11）与所述光纤传感器（10）连接；

所述牵引部件（13）的一端与所述铠装光缆（12）连接，所述牵引部件（13）的另一端与所述光纤传感器（10）连接；

所述光纤传感器（10）用于采集煤层的温度及压力数据并将采集到的温度及压力数据通过激光信号形式发送，所述铠装光缆（12）用于将所述光纤传感器（10）发送的激光信号传送给所述地面数据处理单元（16），所述地面数据处理单元（16）用于将所述激光信号转换为数字信号。

2.根据权利要求1所述的煤层气井监测系统，其特征在于，所述地面数据处理单元（16）包括：激光发射接收模块（163）以及光信号解调器（164）；

所述光纤传感器（10）、激光发射接收模块（163）以及光信号解调器（164）之间通过所述铠装光缆（12）顺次连接；

所述激光发射接收模块（163）用于向所述光纤传感器（10）发射激光并接收由所述光纤传感器（10）发送的激光信号，所述光信号解调器（164）用于将所述激光信号转换为数字信号。

3.根据权利要求2所述的煤层气井监测系统，其特征在于，所述地面数据处理单元（16）还包括：控制模块（165）以及数据存储模块（168）；所述控制模块（165）通过所述铠装光缆（12）与所述光信号解调器（164）和所述数据存储模块（168）连接；

所述控制模块（165）用于将所述光信号解调器（164）得到的数字信号传输给所述数据存储模块（168）；所述数据存储模块（168）用于存储所述数字信号。

4.根据权利要求3所述的煤层气井监测系统，其特征在于，所述地面数据处理单元（16）还包括：无线传输模块（167）；所述无线传输模块（167）通过所述铠装光缆（12）与所述控制模块（165）连接；

所述控制模块（165）还用于将所述光信号解调器（164）得到的数字信号传输给所述无线传输模块（167）；所述无线传输模块（167）用于将所述数字信号传送至计算机网络。

5.根据权利要求3所述的煤层气井监测系统，其特征在于，所述地面数据处理单元（16）还包括：数据显示模块（166）；所述数据显示模块（166）通过所述铠装光缆（12）与所述控制模块（165）连接；

所述控制模块（165）还用于将所述光信号解调器（164）得到的数字信号传输给所述数据显示模块（166）；所述数据显示模块（166）用于将所述数字信号在显示设备上显示。

6.根据权利要求2~5任一项所述的煤层气井监测系统，其特征在于，所述地面数据处理单元（16）还包括：电源供电模块（162）；所述电源供电模块（162）通过电线（161）与所述地面数据处理单元（16）中的需电部件连接，为所述需电部件供电。

7.根据权利要求1所述的煤层气井监测系统，其特征在于，所述牵引部件（13）与所述光纤传感器（10）的连接处设置有第一连接件（9）。

8.根据权利要求1所述的煤层气井监测系统，其特征在于，所述牵引部件（13）与所述铠装光缆（12）的连接处设置有第二连接件（15）。

9.根据权利要求1所述的煤层气井监测系统，其特征在于，所述煤层气井监测系统还包括：毛细钢管保护器（17）；所述毛细钢管保护器（17）设置在所述煤层气井套管（2）外固井水泥（1）中并且套设在所述毛细钢管（11）上。

10.根据权利要求1所述的煤层气井监测系统，其特征在于，所述牵引部件（13）为钢丝绳。

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