CN117906708A - 一种基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统及方法，包括：信号探测装置，其设置在待监测水泥灰罐的内部，用于实时采集用来探测当前水泥灰罐内剩余灰量界面位置的特征数据；信息处理装置，其用于通过对所接收的特征数据的处理来定量分析当前待监测水泥灰罐的剩余灰量。本发明能够实现在固井施工过程中的自动化实时检测水泥罐的水泥余量，为固井施工过程中更换水泥罐操作进行指导。

Description

一种基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统及方法

技术领域

本发明涉及水泥罐余量监测技术领域，尤其是涉及一种基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统及方法。

背景技术

近年来，石油工程技术发展很快，许多工程设计的问题都可以采用计算机软件来设计，利用计算机软件是减少工程设计工作量不可缺少的一种手段。因此，石油工程领域开始从信息化往自动化上发展，作为石油工程子领域的固井工程也不例外。

固井工程从设计、施工和评价整个流程逐步往自动化、智能化方向发展。同时，在石油公司纷纷降本增效的大背景下，自动化固井装备的研发已是大势所趋。自动化固井装备与常规固井装备相比，性能更加优异、装备自动化程度更高，并且更加符合未来固井作业的要求，适应页岩气开采降本增效的战略目标。因此，发展国产自动化固井装备既可以及时填补当前国内这一领域的空白，同时也蕴含着着巨大的经济效益。自动化固井装备的研制与应用，有利于实现页岩气的规模化经济开发。掌握高端固井设备核心技术，对于开拓新的市场，提高公司国际化能力，有着非常积极和深远的意义。

水泥是固井施工过程中重要的原料之一，在固井施工过程中，为方便判断水泥罐余量，人们通常采用敲击储罐外壁的方式，通过声音判断敲击处内部是否存在水泥，从而确定罐中水泥存量。由于水泥储存罐较高且在固井施工过程中抽吸罐中的水泥产生的较大压力不利于工人施工安全等，水泥罐余量测量工作费时费力，并且这种测量方式精度不高，在施工过程中存在安全隐患。

另外，在固井施工中，水泥用量常常需要两个甚至多个水泥罐储存。为了固井施工的连续性，施工人员通过敲击水泥罐外壁确定水泥余量，当用于施工的水泥罐中水泥即将用尽时，另一个水泥罐会开启，罐中水泥用于继续进行施工，前一水泥罐中水泥用尽后会被关闭。这一流程通常需要施工人员根据经验确定换罐时间点并完成操作，且由于固井施工中的高压管线，存在一定安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于，需要提供一种能够精准测量水泥罐余量的方案，从而通过监测水泥罐中水泥剩余灰量，实现自动更换水泥罐的功能。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统，包括：信号探测装置，其设置在待监测水泥灰罐的内部，用于实时采集用来探测当前水泥灰罐内剩余灰量界面位置的特征数据；所述信息处理装置，其用于通过对所接收的所述特征数据的处理来定量分析当前待监测水泥灰罐的剩余灰量。

优选地，所述信号探测装置包括：设置在所述待监测水泥灰罐内部顶端的第一传感器组，所述第一传感器组包括按照预设角度均匀间隔分布的多个第一超声波传感器，所述第一超声波传感器用于探测表征剩余水泥灰的界面位置的第一类特征数据；设置在所述待监测水泥灰罐内部底端的第二传感器组，所述第二传感器组包括按照预设角度均匀间隔分布的多个第二超声波传感器，所述第二超声波传感器用于探测表征是否存在剩余水泥灰的第二类特征数据；第一数据收发设备，其用于将所述特征数据传输至所述信息处理装置。

优选地，所述水泥灰罐剩余灰量监测装置，还包括设置在所述待监测水泥灰罐的出料口管线外壁上的自动阀门装置，其中，所述自动阀门装置包括：与所述信息处理装置通信的第二数据收发设备；出料口阀门，其设置于所述出料口的内部，用于在第一指令的作用下对自身的开度进行调节，从而控制当前待监测水泥灰罐的出料流量；出料开关，其与所述出料口阀门连接，用于通过所述第二数据收发设备接收来自所述信息处理装置发送的出料控制指令，并将其转换为用于控制所述出料口阀门关闭或开启的所述第一指令。

优选地，所述信息处理装置，其还用于根据实时剩余灰量的高度来确定对应待监测水泥灰罐的阀门关闭类型并生成相应的所述出料控制指令，其中，在剩余灰量高度低于0.5m时，当前阀门关闭类型为逐渐关闭；在剩余灰量高度为0时，当前阀门关闭类型为完全关闭。

优选地，所述信息处理装置，其还用于向所述出料开关发送用于指示出料口阀门逐渐开启或完全开启的所述出料控制指令。

优选地，所述信息处理装置，其还利用如下表达式来计算剩余灰量的体积：

M＝ρv

V＝yM

其中，表示每个超声波传感器测量的水泥灰-空气界面与超声波传感器之间的平均距离，h_n表示每个超声波传感器测量的水泥灰-空气界面与超声波传感器之间的距离，n表示水泥灰罐内部顶端的所有超声波传感器的个数，v表示水泥灰的体积，H表示水泥灰罐内部的高度，S表示水泥灰罐内部的底面积，M表示水泥灰罐中的剩余水泥灰的实时重量，ρ表示水泥灰的密度，y表示造浆率，V表示剩余水泥浆的体积。

优选地，所述信息处理装置包括：与所述信号探测装置通信的第三数据收发设备、数据控制模块、数据处理模块和显示模块。

优选地，所述信息处理装置与位于多个水泥灰罐上的所述信号探测装置和所述自动阀门装置通信，其中，所述信息处理装置，其还用于在向其中一个水灰罐的发送用于指示出料口阀门逐渐关闭或完全关闭的所述出料控制指令的同时，向另一水灰罐的发送用于指示出料口阀门逐渐开启或完全开启的所述出料控制指令。

优选地，所述信息处理装置，其还用于根据所述第二类特征数据计算剩余水泥浆的高度，以利用该高度数据对基于所述第一类特征数据而计算的剩余水泥浆的高度进行校验。

另一方面，提供了一种基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测方法，所述水泥灰罐灰量监测方法通过如上述所述的水泥灰罐灰量监测系统来实现，其中，所述水泥灰罐灰量监测方法包括如下步骤：通过设置在待监测水泥灰罐的内部的信号探测装置来实时采集用来探测当前水泥灰罐内剩余灰量界面位置的特征数据；所述信息处理装置通过对所接收的所述特征数据的处理来定量分析当前待监测水泥灰罐的剩余灰量。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明提出了一种基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统及方法。该系统及方法能够实现在固井施工过程中的自动化实时检测水泥罐的水泥余量，为固井施工过程中更换水泥罐操作起到指导作用。。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本申请实施例的基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统的整体结构示意图。

图2为本申请实施例的基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统的具体结构示意图。

图3为本申请实施例的基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统中的第一传感器组的分布结构示意图。

图4为本申请实施例的基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统中的第二传感器组的分布结构示意图。

图5为本申请实施例的基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统中的自动阀门装置的结构示意图。

图6为本申请实施例的本申请实施例的基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测方法的步骤图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

另外，附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。

近年来，石油工程技术发展很快，许多工程设计的问题都可以采用计算机软件来设计，利用计算机软件是减少工程设计工作量不可缺少的一种手段。因此，石油工程领域开始从信息化往自动化上发展，作为石油工程子领域的固井工程也不例外。

固井工程从设计、施工和评价整个流程逐步往自动化、智能化方向发展。同时，在石油公司纷纷降本增效的大背景下，自动化固井装备的研发已是大势所趋。自动化固井装备与常规固井装备相比，性能更加优异、装备自动化程度更高，并且更加符合未来固井作业的要求，适应页岩气开采降本增效的战略目标。因此，发展国产自动化固井装备既可以及时填补当前国内这一领域的空白，同时也蕴含着着巨大的经济效益。自动化固井装备的研制与应用，有利于实现页岩气的规模化经济开发。掌握高端固井设备核心技术，对于开拓新的市场，提高公司国际化能力，有着非常积极和深远的意义。

水泥是固井施工过程中重要的原料之一，在固井施工过程中，为方便判断水泥罐余量，人们通常采用敲击储罐外壁的方式，通过声音判断敲击处内部是否存在水泥，从而确定罐中水泥存量。由于水泥储存罐较高且在固井施工过程中抽吸罐中的水泥产生的较大压力不利于工人施工安全等，水泥罐余量测量工作费时费力，并且这种测量方式精度不高，在施工过程中存在安全隐患。

另外，在固井施工中，水泥用量常常需要两个甚至多个水泥罐储存。为了固井施工的连续性，施工人员通过敲击水泥罐外壁确定水泥余量，当用于施工的水泥罐中水泥即将用尽时，另一个水泥罐会开启，罐中水泥用于继续进行施工，前一水泥罐中水泥用尽后会被关闭。这一流程通常需要施工人员根据经验确定换罐时间点并完成操作，且由于固井施工中的高压管线，存在一定安全隐患。

为了解决上述技术问题，本申请实施例提出了一种基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统及方法。该方法及系统包括水泥罐、多个自动监控模块(超声传感器)、无线收发模块、数据控制模块、数据处理模块和显示模块。本发明通过提供基于自动化固井的水泥灰罐剩余灰量监测系统，能够精准测量水泥罐中水泥灰余量，减少固井施工中存在的安全隐患，增强固井施工的自动化程度。

图1为本申请实施例的基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统的整体结构示意图。如图1所示，本发明实施例所述的水泥灰罐剩余灰量监测系统包括：信号探测装置100和信息处理装置101。

信号探测装置100设置在待监测水泥灰罐1的内部。信号探测装置100用于实时采集用来表征当前水泥灰罐剩余灰量界面位置的特征数据。信息处理装置101与信号探测装置100通信。信息处理装置101用于通过对所接收的特征数据的处理来定量分析当前待监测水泥灰罐1的剩余灰量。

图2为本申请实施例的基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统的具体结构示意图。下面参考图2对本发明实施例所述的水泥灰罐剩余灰量监测系统的具体结构及功能进行说明。

信号探测装置100包括第一传感器组(未编号)、第二传感器组(未编号)和第一数据收发设备14。在本发明实施例中，第一传感器组设置在待监测水泥灰罐1的内部的顶端，包括多个第一超声波传感器。图3为本申请实施例的基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统中的第一传感器组的分布结构示意图。如图3所示，多个第一超声波传感器2、3……9按照预设角度沿灌顶端端面的周向方向均匀间隔分布。优选地，第一超声波传感器为8个。第一超声波传感器2、3……9用于探测表征剩余水泥灰的界面位置的第一类特征数据。

第一超声波传感器采用反射型超声波传感器，该超声波传感器存在密封良好、测量精准等性能，且测量范围可达到8m以上，主要用于测距、液位或料位。第一超声波传感器的长度为10-30cm且呈圆环状排列，且每个第一超声波传感器之间的间距小于两倍传感器的长度，这样，通过数据处理模块所分析的数据，可大大减少传感器测量误差，提高水泥灰罐内部的剩余灰量的监测精度。

第二传感器组设置在待监测水泥灰罐1的内部的底端，包括多个第二超声波传感器10、11、12、13。图4为本申请实施例的基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统中的第二传感器组的分布结构示意图。如图4所示，多个第二超声波传感器10、11、12、13按照预设角度沿灌底端端面的周向方向均匀间隔分布。优选地，第二超声波传感器为4个。第二超声波传感器10、11、12、13用于探测用来表征是否存在剩余水泥灰的第二类特征数据。

第二超声波传感器的尺寸规格与第一超声传感器的规格一致，多个第二超声波传感器在水泥灰罐1的底部呈十字状均匀排列，这样可更精准的监测到水泥灰罐底部是否存在剩余水泥灰以及其余量。

第一数据收发设备14的输入端同时与第一传感器组内的每个第一超声波传感器、以及第二传感器组内的每个第二超声波传感器的输出端连接。第一数据收发设备14用于将每个第一超声波传感器采集到的第一类特征数据和每个第二超声波传感器采集到的第二类特征数据传输至信息处理装置101。

在固井施工过程中，位于水泥灰罐1内部顶端的多个第一超声波传感器对灰罐内部水泥灰-空气界面进行实时监控，位于水泥灰罐1内部底端的多个超声波传感器对灰罐内部水泥灰界面进行实时监控，将获取到的多组第一类特征数据(每个第一超声波传感器均发送一组第一类特征数据)和多组第二类特征数据(每个第二超声波传感器均发送一组第二类特征数据)通过无线收发设备14传输至信息处理装置101。

进一步，如图2所示，信息处理装置101包括：与信号探测装置100内的第一数据收发设备14通信的第三数据收发设备15、数据控制模块16、数据处理模块17和显示模块18。第三数据收发设备15与第一数据收发设备14无线通信连接。数据控制模块16的输出端与数据处理模块17的输入端连接，数据处理模块17的输出端与显示模块18的输入端连接。数据控制模块16用于在通过第三数据收发设备15接收到来自信号探测装置100的特征数据后，将当前特征数据进行本地存储并将其转发至数据处理模块17。数据处理模块11用于根据当前特征数据，评估当前水泥灰罐中是否存在剩余水泥灰，并在存在时计算用来表征水泥灰罐中剩余灰量的水泥浆体积。显示模块12用于显示数据处理模块11所计算得到的水泥浆体积等余量数据以及当前待监测水泥灰罐1的使用状态。

具体地，数据处理模块11用于根据多组第二类特征数据判断当前灰罐中的水泥浆是否有剩余，并在有剩余的情况下，根据多组第一类特征数据，利用如下表达式计算得到用来表征水泥灰罐中剩余灰量的水泥浆体积：

M＝ρv (3)

V＝yM (4)

其中，表示每个超声波传感器测量的水泥灰-空气界面与超声波传感器之间的平均距离，h_n表示每个(第一)超声波传感器测量的水泥灰-空气界面与(第一)超声波传感器之间的距离，n表示水泥灰罐内部顶端的所有超声波传感器的个数，v表示水泥灰的体积，H表示水泥灰罐内部的高度，S表示水泥灰罐内部的底面积，M表示水泥灰罐中的剩余水泥灰的实时重量，ρ表示水泥灰的密度，y表示造浆率，V表示剩余水泥浆的体积。

另外，信息处理装置101还用于根据第二类特征数据计算剩余水泥浆的高度，以利用该高度数据对基于第一类特征数据而计算的剩余水泥浆的高度进行校验。具体地，信息处理装置101内的数据处理模块17还用于根据多组表示水泥灰界面超声波传感器与第二超声波传感器之间距离的第二类特征数据，通过计算平均值来计算得到校验用的剩余水泥浆的高度数据，以利用当前校验用的剩余水泥浆的高度数据对基于第一类特征数据而计算的实时剩余灰量的高度进行校验。

基于信号探测装置100可实时探测罐体内水泥灰余量变化的特性，在固井施工过程中，水泥灰的使用量往往需要两个以上的水泥灰罐进行储存，并且为了保证施工过程中的连续性，水泥灰罐的供灰需要稳定且连续。因此，本发明通过自动阀门装置20来控制水泥灰罐自动倒罐这一操作。

在本发明实施例中，待监测水泥灰罐1与用于泵送水泥灰的水泥泵车的高压管线相连接。自动阀门装置20设置在待监测水泥灰罐1的出料口管路19外壁上。

图5为本申请实施例的基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统中的自动阀门装置的结构示意图。如图5所示，自动阀门装置20包括：第二数据收发设备23、出料口阀门22和出料开关21。

第二数据收发设备23与信息处理装置101内的第三数据收发设备15无线通信连接。第二数据收发设备23的输出端与出料开关21的输入端连接。出料口阀门22设置于出料口管线19的内部。出料开关21与出料口阀门22连接。出料开关21通过第二数据收发设备23与信息处理装置101连接。出料开关21为自动化开关设备。具体地，出料口阀门22用于在第一指令的作用下对自身的开度进行调节，从而控制当前待监测水泥灰罐1的出料流量；出料开关21用于通过第二数据收发设备23接收来自信息处理装置101(中的数据控制模块16)发送的出料控制指令，并将该出料控制指令转换为用于控制出料口阀门22关闭或开启的第一指令。

进一步，信息处理装置101内的数据控制模块16还用于根据实时剩余灰量的高度来确定对应待监测水泥灰罐的阀门关闭类型，并生成与当前阀门关闭类型相对应的出料控制指令，从而通过数据控制模块16将当前生成的出料控制指令发送至待监测水泥灰罐1的出料开关21。阀门关闭类型包括但不限于：逐渐关闭和完全关闭。其中，信息处理装置101内的数据处理模块17还用于根据水泥灰的体积V和水泥罐内部的底面积S来计算得到实时剩余灰量的高度，并将剩余水泥灰的实时高度数据转发至数据控制模块16，使得数据控制模块16根据实时高度数据来对出料流量进行动态控制。

在一个实施例中，在剩余灰量高度低于0.5米时，当前阀门关闭类型为逐渐关闭。

在另一实施例中，在剩余灰量高度为0时，当前阀门关闭类型为完全关闭。

另外，信息处理装置101内的数据控制模块16还用于向出料开关21发送用于指示出料口阀门22逐渐开启或完全开启的出料控制指令。

在本发明实施例中，信息处理装置101还与位于多个水泥灰罐上的第一数据收发设备14和第二数据收发设备23通信。在本发明实施例中，信息处理装置101用于对当前自动倒灌作业所需的多个水泥罐的剩余灰量、以及出料流量进行控制。信息处理装置101与每个参与当前自动倒灌作业的水泥罐上的信号探测装置100和自动阀门装置20通信连接。

信息处理装置101还用于在向其中一个水灰罐1发送用于指示出料口阀门逐渐关闭或完全关闭的出料控制指令的同时，向另一尚未使用的水灰罐1发送用于指示出料口阀门逐渐开启或完全开启的出料控制指令。

在实际应用过程中，当数据处理模块17所计算出正在供灰的水泥灰罐中水泥灰余量小于0.5米时，数据控制模块16通过无线数据收发模块15向自动阀门模块20发送出料控制指令，自动阀门装置20在收到指令后，通过出料开关模块21逐渐减小并关闭出料口阀门22的开度，并且数据控制模块16向另一备用(尚未使用的)水泥灰罐1发送指令，以在另一水泥灰罐1的出料开关21的控制下自动将出料口阀门22逐步打开；当正在供灰的水泥灰罐中水泥灰余量为0时，数据控制模块16通过无线数据收发模块15向自动阀门模块20发送出料控制指令，自动阀门装置20在收到指令后，通过出料开关模块21控制出料口阀门22完全关闭，并且数据控制模块16向另一备用(尚未使用的)水泥灰罐1发送指令，以在另一水泥灰罐1的出料开关21的控制下自动将出料口阀门22完全打开，从而完成自动倒罐这一操作。

实施例1

在施工过程中，水泥灰罐A的出料口阀门打开为水泥泵车供灰，其余水泥灰罐出料口阀门关闭。

多个超声波传感器位于水泥罐内部顶端，呈圆环状排列；多个超声波传感器位于水泥罐内部底端，均匀排列。例如，一个高度为8m的水泥罐，内部顶端放置如图2所示的多个超声波传感器，内部底端放置如图3所示的多个超声波传感器。

在固井施工过程中，启动超声波传感器2-13，水泥灰罐A中的水泥灰-空气界面逐步下降且在超声波传感器测量范围内，多个超声波传感器测量数据通过无线传输进入到数据处理模块17，通过得到的多个水泥余料顶端界面与传感器的距离，计算水泥罐中水泥余量平均高度并最终得到灰罐中剩余水泥灰体积、重量及剩余灰，从而计算得到水泥浆体积等余量数据，并通过显示模块12显示。

随着施工的进行，水泥灰罐A中的水泥灰余料界面逐渐降低，当水泥灰罐A中的水泥灰余量高度低于0.5米时，水泥灰罐A的自动阀门装置20将收到指令，出料口阀门22逐步关闭，并且备用水泥灰罐B的自动阀门装置20收到指令，出料口阀门22逐步开启。

当水泥灰罐A中的水泥灰余量高度为0时，水泥灰罐A的出料口阀门22完全关闭，并且备用水泥灰罐B的出料口阀门22完全开启，从而完成固井施工过程中的自动化水泥灰罐倒罐操作，使固井施工的供灰流程稳定且连续。

另一方面，基于上述基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统，本发明实施例还提供了一种基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测方法。该水泥灰罐灰量监测方法通过如上述所述的水泥灰罐灰量监测系统来实现。

图6为本申请实施例的本申请实施例的基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测方法的步骤图。如图6所示，本发明实施例所述的水泥灰罐剩余灰量监测方法包括如下步骤：

步骤S601通过设置在待监测水泥灰罐1的内部的信号探测装置100来实时采集用来探测当前水泥灰罐内剩余灰量界面位置的特征数据；步骤S602信息处理装置101通过对所接收的特征数据的处理来定量分析当前待监测水泥灰罐的剩余灰量。

本发明公开了一种基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统及方法。该系统及方法能够实现在固井施工过程中的自动化实时检测水泥罐的水泥余量，为固井施工过程中更换水泥罐操作起到指导作用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所披露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统，其特征在于，包括：

信号探测装置，其设置在待监测水泥灰罐的内部，用于实时采集用来探测当前水泥灰罐内剩余灰量界面位置的特征数据；

所述信息处理装置，其用于通过对所接收的所述特征数据的处理来定量分析当前待监测水泥灰罐的剩余灰量。

2.根据权利要求1所述的水泥灰罐灰量监测系统，其特征在于，所述信号探测装置包括：

设置在所述待监测水泥灰罐内部顶端的第一传感器组，所述第一传感器组包括按照预设角度均匀间隔分布的多个第一超声波传感器，所述第一超声波传感器用于探测表征剩余水泥灰的界面位置的第一类特征数据；

设置在所述待监测水泥灰罐内部底端的第二传感器组，所述第二传感器组包括按照预设角度均匀间隔分布的多个第二超声波传感器，所述第二超声波传感器用于探测表征是否存在剩余水泥灰的第二类特征数据；

第一数据收发设备，其用于将所述特征数据传输至所述信息处理装置。

3.根据权利要求1或2所述的水泥灰罐灰量监测系统，其特征在于，所述水泥灰罐剩余灰量监测装置，还包括设置在所述待监测水泥灰罐的出料口管线外壁上的自动阀门装置，其中，所述自动阀门装置包括：

与所述信息处理装置通信的第二数据收发设备；

出料口阀门，其设置于所述出料口的内部，用于在第一指令的作用下对自身的开度进行调节，从而控制当前待监测水泥灰罐的出料流量；

出料开关，其与所述出料口阀门连接，用于通过所述第二数据收发设备接收来自所述信息处理装置发送的出料控制指令，并将其转换为用于控制所述出料口阀门关闭或开启的所述第一指令。

4.根据权利要求3所述的水泥灰罐灰量监测系统，其特征在于，

所述信息处理装置，其还用于根据实时剩余灰量的高度来确定对应待监测水泥灰罐的阀门关闭类型并生成相应的所述出料控制指令，其中，

在剩余灰量高度低于0.5m时，当前阀门关闭类型为逐渐关闭；

在剩余灰量高度为0时，当前阀门关闭类型为完全关闭。

5.根据权利要求4所述的水泥灰罐灰量监测系统，其特征在于，

所述信息处理装置，其还用于向所述出料开关发送用于指示出料口阀门逐渐开启或完全开启的所述出料控制指令。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的水泥灰罐灰量监测系统，其特征在于，所述信息处理装置，其还利用如下表达式来计算剩余灰量的体积：

M＝ρv

V＝yM

其中，表示每个超声波传感器测量的水泥灰-空气界面与超声波传感器之间的平均距离，h_n表示每个超声波传感器测量的水泥灰-空气界面与超声波传感器之间的距离，n表示水泥灰罐内部顶端的所有超声波传感器的个数，v表示水泥灰的体积，H表示水泥灰罐内部的高度，S表示水泥灰罐内部的底面积，M表示水泥灰罐中的剩余水泥灰的实时重量，ρ表示水泥灰的密度，y表示造浆率，V表示剩余水泥浆的体积。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的水泥灰罐灰量监测系统，其特征在于，所述信息处理装置包括：与所述信号探测装置通信的第三数据收发设备、数据控制模块、数据处理模块和显示模块。

8.根据权利要求5所述的水泥灰罐灰量监测系统，其特征在于，所述信息处理装置与位于多个水泥灰罐上的所述信号探测装置和所述自动阀门装置通信，其中，

所述信息处理装置，其还用于在向其中一个水灰罐的发送用于指示出料口阀门逐渐关闭或完全关闭的所述出料控制指令的同时，向另一水灰罐的发送用于指示出料口阀门逐渐开启或完全开启的所述出料控制指令。

9.根据权利要求2所述的水泥灰罐灰量监测系统，其特征在于，

所述信息处理装置，其还用于根据所述第二类特征数据计算剩余水泥浆的高度，以利用该高度数据对基于所述第一类特征数据而计算的剩余水泥浆的高度进行校验。

10.一种基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测方法，其特征在于，所述水泥灰罐灰量监测方法通过如权利要求1～9中任一项所述的水泥灰罐灰量监测系统来实现，其中，所述水泥灰罐灰量监测方法包括如下步骤：

通过设置在待监测水泥灰罐的内部的信号探测装置来实时采集用来探测当前水泥灰罐内剩余灰量界面位置的特征数据；

所述信息处理装置通过对所接收的所述特征数据的处理来定量分析当前待监测水泥灰罐的剩余灰量。