CN107448191A - 一种煤层气井的温度和压力同步监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤层气井的温度和压力同步监测系统，包括：传压筒、光纤传感器、光纤、毛细管、压力监测装置、光信号处理器、多通管、数据采集子系统，毛细管一端与传压筒相连，另一端通过多通管与压力监测装置相连，光纤一端与光纤传感器相连，另一端与光信号处理器相连，光信号处理器与压力监测装置连接到数据采集子系统上。通过传压筒和光纤传感器采集压力信号和温度信号并通过毛细管和光纤传送出来，通过数据采集子系统进行处理，这样，就能够实现煤层压力和温度的采集，同步监测煤层的温度和压力，且毛细管对光纤起到良好保护作用，毛细管测量压力可以与管线测量压力相互对比验证，相当于常规测试下入两支高精度压力计，而成本有明显降低。
Description
技术领域
本发明涉及温度压力的在线监测应用领域，特别涉及一种煤层气井的温度和压力同步监测系统。
背景技术
为达到煤层气井的高效合理生产，必须依据煤层的温度和压力数据及其变化进行生产制度的调整，因此，在煤层气生产中需要对煤层的温度和压力数据及其变化进行监测。
目前，采用毛细管技术主要是通过将传递压力的装置设置于油管内的预定位置，将传递压力的装置与地面的测量压力的设备通过毛细管相连，通过地面的测量设备测量井下预定位置的压力；而目前的光纤测量技术需要将光纤铠装到1cm以上，将光纤传感器与光纤相连置于井下进行测量；下入电子压力计需要在井下设置电池或铺设电缆为压力计供电，将电子压力计置于井下进行测量。
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：通过现有毛细管技术，不能在煤层气井中的预定位置同时测量煤层气井中的压力和温度；而光纤测量技术，施工非常困难，传递信号的光纤容易损坏，难以实现；下入电子压力计成本太高，且难以实现煤层气井整个生命历史中的监测。
发明内容
为了解决现有技术不能在煤层气井中的预定位置同时测量煤层气井中的压力和温度的问题，本发明实施例提供了一种煤层气井的温度和压力同步监测系统。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种煤层气井的温度和压力同步监测系统，所述系统包括：用于同时测量温度和压力的光纤传感器、光纤、毛细管、多通管、压力监测装置、光信号处理器、数据采集子系统和用于传递煤层气井内的压力的传压筒，
所述毛细管一端与所述传压筒相连，所述毛细管另一端与所述多通管的第一接口相连，所述多通管的第二接口与所述压力监测装置连接；
所述光纤传感器设置在所述传压筒内，所述光纤内置于所述毛细管内，所述光纤一端与所述光纤传感器相连，所述光纤另一端穿过所述第一接口，从所述多通管的第三接口密封穿出并与所述光信号处理器相连；
所述数据采集子系统分别与所述光信号处理器和所述压力监测装置连接。
在本发明的一种可能的实现方式中，所述传压筒包括：中间油管、环空外管和单向阀，所述中间油管的两端分别设有用于与煤层气井的中心油管相连接的接头，所述环空外管套设于所述中间油管上且所述环空外管与所述中间油管密封连接，所述单向阀设置在所述环空外管上，所述环空外管顶部设置有毛细管接口，所述光纤传感器安装于所述环空外管与所述中间油管之间，所述毛细管与所述毛细管接口相连，所述光纤穿过所述毛细管接口与所述光纤传感器相连。
优选地，所述单向阀设置在所述环空外管的底部。
在本发明的另一种可能的实现方式中，所述传压筒包括用于与煤层气井的中心油管相连接的上接箍，所述上接箍内设有与所述传压筒外部连通的通道，所述通道与所述传压筒外部连通处设有单向导向阀，所述光纤传感器安装于所述通道内，所述上接箍上设置有毛细管接口，所述毛细管通过所述毛细管接口与所述通道连通，所述光纤穿过所述毛细管接口与所述光纤传感器相连。
进一步地，所述传压筒还包括中间过渡管，所述中间过渡管连接于所述上接箍与所述单向导向阀之间，所述通道通过所述中间过渡管和所述单向导向阀与所述传压筒外连通。
更进一步地，所述传压筒还包括下接箍，所述中间过渡管连接于所述上接箍和所述下接箍之间，所述单向导向阀设置在所述下接箍内。
优选地，所述下接箍内还设置有用于过滤的筛管，所述单向导向阀通过所述筛管与所述传压筒的外部连通。
进一步地，所述系统还包括吹扫装置，所述吹扫装置与所述多通管的第四接口相连。
更进一步地，所述第二接口和所述第四接口上分别设有阀门。
进一步地，所述数据采集子系统包括数据处理芯片、储存单元、显示单元和接口单元，所述光信号处理器和所述压力监测装置分别与所述数据处理芯片连接，所述储存单元、所述显示单元、所述接口单元均与所述数据处理芯片相连。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过传压筒和光纤传感器对煤层气井中预定位置的压力和温度进行同步采集并通过毛细管和光纤传送至地面的压力监测装置和光信号处理器，通过压力监测装置和光信号处理器将压力和温度信号转换为数字信号传入数据采集子系统中进行处理，这样，就能够实现对煤层中预定位置的压力和温度的数据进行同步采集和数据分析，实时监测煤层的温度和压力，通过煤层的温度和压力制定煤层的生产制度，本技术相当于同时下入两支高精度压力计，且毛细管对光纤起到了良好的保护作用。
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个实施例，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是本发明实施例提供的煤层气井的温度和压力同步监测系统的结构示意图；
图2是本发明实施例中数据采集子系统的结构示意图；
图3是本发明实施例中传压筒的一种实现方式的结构示意图；
图4是本发明实施例中传压筒的另一种实现方式的结构示意图。
其中，附图中标号的含义如下：1-传压筒，2-光纤传感器，3-光纤，4-毛细管，5-四通管，6-压力监测装置，7-光信号处理器，8-数据采集子系统，9-吹扫装置，10-毛细管接口，5a-第一接口，5b-第二接口，5c-第三接口，5d-第四接口，51-阀门，52-阀门，8a-数据处理芯片，8b-储存单元，8c-显示单元，8d-接口单元，101-中间油管，102-上接口，103-下接口，104-环空外管，105-单向阀，106-上接箍，107-单向导向阀，108-中间过渡管，109-下接箍，110-筛管，106a-上接箍上螺纹孔，106b-上接箍下螺纹孔，109a-下接箍上螺纹孔。
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。
图1是本发明实施例提供的一种煤层气井的温度和压力同步监测系统的结构示意图，参见图1，该系统包括：用于传递煤层气井内压力的传压筒1、用于同时测量温度和压力信号的光纤传感器2、光纤3、毛细管4、四通管5、压力监测装置6、光信号处理器7、数据采集子系统8。
毛细管4的一端与传压筒1相连，毛细管4的另一端与四通管5的第一接口5a相连，四通管5的第二接口5b与压力监测装置6连接；光纤传感器2设置在传压筒1内，光纤3内置于毛细管4内，光纤3一端与光纤传感器相连，另一端穿过第一接口5a，从四通管的第三接口5c密封穿出并与光信号处理器7相连；数据采集子系统8分别与光信号处理器7和压力监测装置6连接。
需要说明的是，在图1所示的实施例中以四通管为例进行说明，但并不以此为限，可以根据需要选择含有接口数量不同的多通管。
在使用本发明时，将传压筒1安装在煤层气井的中心油管上，通过油管将传压筒1下入至井中预设的位置，通过传压筒1将该位置的传压筒1外的压力传至毛细管4，毛细管4将压力通过传递至地面，通过四通管5将压力传递至压力监测装置6，压力监测装置6对测得的压力信号进行模数转换，同时，光纤传感器2对该位置的温度和压力信号进行采集，并将采集到的该位置的温度和压力信号通过光纤3传递至光信号处理器7，通过光信号处理器7对测得的温度和压力信号进行模数转换，光信号处理器7与压力监测装置6均分别获得的数据传输至数据采集子系统8上进行综合处理。
值得说明的是，通过传压筒1和毛细管4途径采集到的压力值为传压筒1所处位置的压力值和毛细管内气柱产生的压力值之和，而光纤传感器2采集到的压力值为传压筒1所处的位置的压力值，通过两次测量的压力的数据结合传压筒1所处位置的深度，将所得的数据进行校对，可以获得更加精确的测量值。另外，光纤3位于毛细管4内，毛细管4对光纤3起到了保护作用，省去了直接通过光纤传感器2进行测量井下温度压力时需要专门铺设光缆的步骤，节约了成本，简化了装置，且在不影响生产的情况下对煤层气井中的温度和压力同步测量。
本发明实施例通过传压筒和光纤传感器对煤层气井中预定位置的压力和温度进行同步采集并通过毛细管和光纤传送至地面的压力监测装置和光信号处理器，通过压力监测装置和光信号处理器将压力和温度信号转换为数字信号传入数据采集子系统中进行处理，这样，就能够实现对煤层中预定位置的压力和温度的数据进行同步采集和数据分析，实时监测煤层的温度和压力，通过煤层的温度和压力制定煤层的生产制度，本发明相当于同时下入两支高精度压力计，且毛细管对光纤起到了良好的保护作用。
如图3所示，传压筒1包括：中间油管101、环空外管104、和单向阀105，中间油管101的两端分别设有与煤层气井中的中心油管相连接的上接口102和下接口103，环空外管104套设在中间油管101上且环空外管104与中间油管101密封连接，环空外管104的内径比中间油管101的外径大，这样就能形成一定空间的环空，环空外管104的顶部设置有毛细管接口10，光纤传感器2安装于环空外管104与中间油管101之间，毛细管4与毛细管接口10相连，光纤3穿过毛细管接口10与光纤传感器2相连。
单向阀105安装于传压筒1的底部，这样可以方便传压筒1内的液体排出，使本发明更加耐用。
如图1所示，该系统还包括吹扫装置9，吹扫装置9与四通管5的第四接口5d相连。在使用本发明进行数据采集前，先通过吹扫装置9向系统内充入足量的气体将空气排出，保证系统内气体介质的纯净，以免影响压力的测量。吹扫装置9可以为氮气瓶，氮气的性质比较稳定，且使用氮气成本较低，容易操作，安全性高。
具体地，四通管的第四接口5d上设有阀门51，四通管5的第二接口5b上设有阀门52。使用吹扫装置9时，先将阀门51打开，将阀门52关闭，将压力监测装置6与四通管5断开，打开吹扫装置向系统内通入过量的氮气，通过单向阀105将系统内的空气吹出；吹扫完毕后，关闭阀门51，打开阀门52，将压力监测装置6与四通管5连通以测量系统内的压力，此时由于单向阀将超压的气体排出，因此传压筒1内的压力和传压筒1外的压力相同，这样就可以通过测量传压筒1内的压力来获得传压筒所处位置的煤层气井中的压力。另外，阀门的设计可以防止在进行吹扫时压力变化过大对压力监测装置6造成损坏。
在本实施例中，中间油管101的管径大致与用于抽采煤层中水的油管相当，可以采用不同长度的油管或油管短节来代替，由于中间油管101与中心油管是一样尺寸的管，这样就可以更方便的将本发明安装在油管的任意位置而通过油管将本发明下入到井内的任意位置，安装位置不受约束。例如，可以设置在中心油管的管式泵的上部，也可以安装在管式泵的下部，并且同时可以在中心油管上安装多个传压筒。
如图2所示，本发明实施例还包括数据采集子系统8，数据采集子系统8内设有数据处理芯片8a、储存单元8b、显示单元8c和接口单元8d，光信号处理器7和压力监测装置6连接在数据处理芯片8a上，储存单元8b、显示单元8c、接口单元8d均与数据处理芯片8a连接，数据处理芯片8a接收光信号处理器7和压力监测装置6处理后的温度信号和压力信号，结合传压筒1所处的位置的深度，对温度压力信号进行综合分析，最后可以将得到的结果储存在储存单元8b上，便于日后进行数据拷贝等操作，或通过显示单元8c，可以实时显示测得的结果，还可以通过接口单元8d外界数据传输设备，将测得的数据传输出去。
具体地，接口单元8d可以是GPRS远程传输模块、485接口或232接口线。这样，就能够及时地将采集到的数据无线传输出来，便于及时掌握煤层的压力情况。
实施例2
在本发明提供的实施例2中，除传压筒结构不同外，其他结构均与本发明提供的实施例1相同，本实施例中的传压筒安装于中心油管下方，位于管式泵下方的位置进行温度和压力监测。
如图4所示，在实施例2中，传压筒包括：上接箍106，上接箍106上设有与用于与煤层气井的中心油管相连接的上接箍上螺纹孔106a，通过上接箍上螺纹孔106a，将上述传压筒固定于中心油管下方，位于管式泵下方的位置进行温度和压力监测，上接箍106内还设有与传压筒1外部连通的通道，通道与传压筒1外部连通处设有单向导向阀107，光纤传感器2安装于通道内，上接箍106上还设置有毛细管接口10，毛细管4通过毛细管接口10与通道连通，光纤3穿过毛细管接口10与光纤传感器2相连。
优选地，传压筒还包括中间过渡管108，中间过渡管108连接于上接箍106与单向导向阀107之间，上述通道通过中间过渡管108和单向导向阀107与传压筒1外连通。中间过渡管108的作用是作为存水的缓冲空间，防止传压筒外的水进入传压筒内直接接触光纤传感器3和毛细管4而影响测量精度，当进行温度压力测试时，先通过吹扫装置9将存在于中间过渡管108中的水排出管外。
进一步地，传压筒还包括下接箍109，下接箍109与中间过渡管108相连且中间过渡管108连接于上接箍106和下接箍109之间，单向导向阀107设置在下接箍109内，进行测试时，通过吹扫装置9将足量的氮气充入系统中，关闭吹扫装置时，通过单向导向阀107，超过传压筒外压力的气体排出，使传压筒内外的压力相等。
优选地，下接箍109内还设置有用于过滤的筛管110，单向导向阀107通过筛管110与传压筒的外部连通，通过筛管110的过滤，可以防止单向导向阀107被煤层气井液体中的杂质堵塞。
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 (10)
1.一种煤层气井的温度和压力同步监测系统，其特征在于，所述系统包括：用于同时测量温度和压力的光纤传感器、光纤、毛细管、多通管、压力监测装置、光信号处理器、数据采集子系统和用于传递煤层气井内的压力的传压筒，
所述毛细管一端与所述传压筒相连，所述毛细管另一端与所述多通管的第一接口相连，所述多通管的第二接口与所述压力监测装置连接；
所述光纤传感器设置在所述传压筒内，所述光纤内置于所述毛细管内，所述光纤一端与所述光纤传感器相连，所述光纤另一端穿过所述第一接口，从所述多通管的第三接口密封穿出并与所述光信号处理器相连；
所述数据采集子系统分别与所述光信号处理器和所述压力监测装置连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传压筒包括：中间油管、环空外管和单向阀，所述中间油管的两端分别设有用于与煤层气井的中心油管相连接的接头，所述环空外管套设于所述中间油管上且所述环空外管与所述中间油管密封连接，所述单向阀设置在所述环空外管上，所述环空外管顶部设置有毛细管接口，所述光纤传感器安装于所述环空外管与所述中间油管之间，所述毛细管与所述毛细管接口相连，所述光纤穿过所述毛细管接口与所述光纤传感器相连。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述单向阀设置在所述环空外管的底部。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传压筒包括用于与煤层气井的中心油管相连接的上接箍，所述上接箍内设有与所述传压筒外部连通的通道，所述通道与所述传压筒外部连通处设有单向导向阀，所述光纤传感器安装于所述通道内，所述上接箍上设置有毛细管接口，所述毛细管通过所述毛细管接口与所述通道连通，所述光纤穿过所述毛细管接口与所述光纤传感器相连。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述传压筒还包括中间过渡管，所述中间过渡管连接于所述上接箍与所述单向导向阀之间，所述通道通过所述中间过渡管和所述单向导向阀与所述传压筒外连通。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述传压筒还包括下接箍，所述中间过渡管连接于所述上接箍和所述下接箍之间，所述单向导向阀设置在所述下接箍内。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述下接箍内还设置有用于过滤的筛管，所述单向导向阀通过所述筛管与所述传压筒的外部连通。
8.根据权利要求1至7任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括吹扫装置，所述吹扫装置与所述多通管的第四接口相连。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第二接口和所述第四接口上分别设有阀门。
10.根据权利要求1至7任一项所述的系统，其特征在于，所述数据采集子系统包括数据处理芯片、储存单元、显示单元和接口单元，所述光信号处理器和所述压力监测装置分别与所述数据处理芯片连接，所述储存单元、所述显示单元、所述接口单元均与所述数据处理芯片相连。
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