CN204327074U - 页岩气地面放喷安全监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种页岩气地面放喷安全监测装置，包括若干压力传感器，在放喷系统各压力采集点，将该信号转换成电信号；若干温度传感器，在放喷系统各温度采集点，将该信号转换成电信号；存储器，存有测量参数预设值；信号处理器，将压力、温度信号与其预设值比较，输出预警信号；声光报警器，接收预警信号，发出报警声光；压力传感器、温度传感器采用无线传感器，无线传感器具有压力/温度探头、模数转换器、信号发射机，压力/温度探头将压力/温度信号转换成模拟电信号，模数转换器将模拟电信号转换成数字信号，再由信号发射机发射出去；对应的，该装置配有无线信号接收机，接收该数字信号。采用无线信号传输信号稳定、准确，敷设方便。

Description

页岩气地面放喷安全监测装置

技术领域

本实用新型涉及油气开采安全监测，尤其涉及一种页岩气地面放喷安全监测装置。

背景技术

页岩气是蕴藏在页岩层中的天然气，在勘探、开发时，为进行天然气测试，人为地打开井口，让天然气有控制地喷出井外，称为放喷。放喷方法是：钻开或射开气层后，若地层压力大于井筒压力，打开地面控制系统，地层中天然气流入井筒，沿井筒、井口控制装置、管汇、放喷管线排出，进入放喷池，通过放喷进行天然气测试，获知相关参数数据。不言而喻，放喷是一项危险性极大的工作，故规程规定必须进行安全监测，监测参数主要是压力、温度。

放喷安全监测有如下特点：监测参数采集点很多，分布地域广，距离远，与测量室相距数十米甚至数百米。

目前，安全监测装置所用的传感器均采用普通的有线传感器，其缺点是：

1、信号传输线长，信号衰减大，致使测量数据误差大；

2、信号传输线敷设施工难度大；

3、无防爆功能。

发明内容

本实用新型的目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种无线传输稳定、准确、敷设方便、防爆功能的页岩气地面放喷安全监测装置。

本实用新型采用的技术方案是，一种页岩气地面放喷安全监测装置，包括

若干压力传感器，分布在放喷系统各个压力采集点，将压力信号转换成电信号；

若干温度传感器，分布在放喷系统各个温度采集点，将温度信号转换成电信号；

存储器，存有测量参数预设值；

信号处理器，将压力、温度信号与其预设值比较，输出预警信号；

声光报警器，接收预警信号，发出报警声光；

所述压力传感器、温度传感器采用无线传感器，该无线传感器具有压力/温度探头、模数转换器、信号发射机，压力/温度探头将压力/温度信号转换成模拟电信号，模数转换器将模拟电信号转换成数字信号，再由信号发射机发射出去；与之相适应，所述安全监测装置配有无线信号接收机，接收该数字信号。

所述安全监测装置还设有无线信号中继站，所述无线传感器发出的无线信号经中继站转发至无线信号接收机。

所述无线传感器选用防爆无线传感器。

所述安全监测装置还配有显示器，用于显示测量数据。

所述安全监测装置还配有键盘、鼠标，用于录入测量参数预设值及操作指令。

所述安全监测装置还配有打印机，用于记录测量数据。

所述安全监测装置还包括流量传感器分布在放喷系统排水量采集点，将流量信号转换成电信号。

所述信号处理器还有将流量信号与其预设在存储器中的流量值比较的功能，并输出预警信号。

本实用新型的有益效果是：本实用新型在页岩气采取中，采用无线接收、传输的方式代替了传统的有线布置方式，传输更准确、稳定，采用无线传输的方式更是解决了信号传输线敷设施工难度大的问题，采用防爆的传感器针对页岩气这种特殊行业的信号采集，更好的避免了作业人员频繁进入采集作业现场，导致不必要的安全问题。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型的结构方框图。

图2是本实用新型各处传感器的位置分布示意图。

图中代号含义： 1—采气井口；2—上游数据头；3—碎屑捕集器；4—降压管汇；5—热交换器；6—分离器；7—副放喷器；8—套管压力；9—油管压力；10—技术套管压力；11—上游数据头压力；12—碎屑捕集器压力；13—降压管汇进口压力；14—降压管汇节流后压力；15—热交换器进口压力；16—分离器进口压力；17—放喷管线压力；18—副放喷器流量计压力；19—主放喷器流量计压力；20—主放喷器备用流量计压力；21—降压管汇台节流后温度；22—热交换器出口温度；23—分离器温度；24—放喷管线温度；25—分离器排水量；26—临界速度流量计；27—手动节流阀；28—闸板罚；29—液动闸板阀；30—液体流量计；31—气动薄膜阀；32—集气站；33—主放喷池；34—排污池；110—无线传感器；120—无线信号中继站；130—无线信号接收机；140—信号处理器；141—存储器；142—显示器；143—打印机；150—键盘及鼠标；160—声光报警器。

具体实施方式

参见图1所示：一种页岩气地面放喷安全监测装置，该安全监测装置的传感器均选用防爆无线传感器，传输更准确、稳定，采用无线传输的方式，不仅解决了信号传输线敷设施工难度大的问题，在页岩气这种特殊行业的信号采集方面，能很好地杜绝了安全隐患。

本页岩气地面放喷安全监测装置在页岩气采集处分布若干压力传感器（如下述的压力传感器A、B、C……M）、若干温度传感器（如下述的温度传感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）及若干流量传感器（如下述的流量传感器ⅰ等），所述这些压力传感器、所述这些温度传感器及流量传感器均采用无线传感器110，这些无线传感器110上各自的压力探头、温度探头及流量探头分别针对压力采集点、温度采集点及流量采集点的采集，把各处对应采集到的压力信号、温度信号及流量信号转换成模拟电信号，由无线传感器配备上的模数转换器将模拟电信号转换成数字信号，再由无线传感器110上的发射机发射到无线信号中继站120（由于页岩气采集各种管道设施分别面积广，所以为了信号的传输的稳定、准确，可以采用多个无线信号中继站120接收相应该区域的无线传感器110采集到的信号），经无线信号中继站120，与之相适应的，发送至该安全监测装置配有的无线信号接收机130，接收该数字信号，将接收到的数字信号经过信号处理器140（CPU）中的存储器141、存有的测量参数预设的值（与上述压力信号、温度信号相对应的值）进行比较，该预设值可以通过该装置配有的键盘及鼠标150来录入测量参数预设值及操作指令，同时，该装置中信号处理器140配有的显示器142显示测量数据，配有的打印机143记录测量数据，经比较后输出预警信号，由声光报警器160接收预警信号，发出报警声光。

根据具体情况，上述信号处理器140还有将其他扩展信号与其预设在存储器141中的对应信号值比较的功能，并输出预警信号。如：还可以将流量信号在信号处理器140中储存器141预设的流量值比较、监测，并输出预警信号。

参见图2所示：这是一种针对采气井口1放喷布置的一系列装置，连同上游数据头2、碎屑捕集器3、降压管汇4、热交换器5、分离器6、副放喷器7、集气站32、主放喷池33、排污池34等配合临界速度流量计26、手动节流阀27、闸板阀28、液动闸板阀29、液体流量计30、气动薄膜阀31等作用处的一种页岩气地面放喷无线安全监测装置。

监测点传感器具体布置位置如下（下述传感器布置多少及位置可以根据具体不同是页岩气采集装置的不同，做出调整）：

压力传感器A（其具体压力类型根据具体情况确定，下同），布置于套管压力8（如图2所示位置，下同）处，通过安全监测装置，保证监测气井套管的压力，预防油管和套管串压的隐患；

压力传感器B，布置于油管压力9处，通过安全监测装置，保证检测气井油管的压力，检测正常的气体压力；

压力传感器C，布置于技术套管压力10处，通过安全监测装置，保证检测技术套管的压力，可以预防套管和技术套管串压的隐患；

压力传感器D，布置于上游数据头2的上游数据头压力11处，通过安全监测装置，可以看出以后的管线是否各种原因造成的堵塞和泄露的隐患；

压力传感器E，布置于碎屑捕集器3的碎屑捕集器压力12进口处，通过安全监测装置，可以看出捕集器压力是否正常工作和捕集器压力碎屑过多的隐患；

压力传感器F，布置于降压管汇4的降压管汇进口压力13处，通过安全监测装置，可以看出降压管汇压力13是否正常工作和降压管汇4是否结冰以免发生冰堵的隐患；

压力传感器G，布置于降压管汇4的降压管汇节流后压力14处，通过安全监测装置，可以看出降压管汇4的节流装置是否正常工作。

压力传感器H，布置于热交换器5热交换器进口压力15处，通过安全监测装置，可以看出热交换器5是否正常工作；

压力传感器I，布置于分离器6的分离器进口压力16处，通过安全监测装置，可以看出分离器6是否正常工作；

压力传感器J，布置于放喷管线压力17处，通过安全监测装置，可以判断管线以前的设备是否正常工作；

压力传感器K，布置于副放喷器7的副放喷器流量计压力18处，通过安全监测装置，检测副放喷器7的流量计压力，为计量的流量提供依据；

压力传感器L，布置于主放喷器流量计压力19处，通过安全监测装置，检测流量计压力，为计量的流量提供依据；

压力传感器M，布置于主放喷器备用流量计压力20处，通过安全监测装置，检测流量计压力，为计量的流量提供依据；

温度传感器Ⅰ，布置于降压管汇4的降压管汇节流后温度21处，通过安全监测装置，检测节流后的温度，为是否点燃锅炉提供依据，防止发生冰堵等隐患；

温度传感器Ⅱ，布置于热交换器5的热交换器出口温度22处，通过安全监测装置，检测热交换器5节流后的温度，同时查看锅炉加热的情况，为是否加大锅炉温度提供依据，防止发生冰堵等隐患；

温度传感器Ⅲ，布置于分离器6的分离器温度23处，通过安全监测装置，检测分离器6的温度，为是否加大锅炉温度提供依据，防止发生冰堵等隐患；

温度传感器Ⅳ，布置于放喷管线温度24处，通过安全监测装置，检测放喷管线的温度，防止发生冰堵等隐患；

靶式流量传感器ⅰ（根据实际情况可以对其他需要监测流量的地方设置，不局限于举例），布置于分离器排水量25处，通过安全监测装置，检测气井产水量，为评价井的产量提供依据。

通过无线电通讯设备，Zigbee无线高频段（2.4G频段）传输输送配合接收模块无线接收，避免现场作业人员频繁出入施工区域，使得作业人员更安全，保证了监测无死角，根据探测参数计算天然气日产量、流动压力、地层压力等参数，为油气井测试施工结果提供理论依据，由信号处理器处理、转化，各种参数跟存储器对比，并由显示器用于显示测量数据，直观的了解各处监测点状况，配置声光报警器报警，可以及时观测压力、温度、流量等历史、实时数据的变化，提高安全性，进一步，可以进行产量合理预测，有利于现场作业人员和管理人员快速判断地层情况，优化放喷方式，合理调整测试工作制度，其次，在软件的设计处理上，提供有效的数据校验重发机制，确保数据传输的绝对准确，数据采集频率以秒为单位进行设置，有效保证数据的准备性以及实时性。

上述数据传输设备（这里采用锂电池组供电）采用显示电量和显示能用多久的提示附件，帮助及时更换电池。

同时，页岩气地面放喷无线安全监测装置提供现场环境可燃气体含量（如：硫化氢含量）的实时分析采集的功能扩展，提供可燃气体（如：硫化氢）含量越限声光报警，为施工安全、现场人员安全提供可靠保证。

针对上述传感器，传感器的探头方面还可以采用隔爆方式处理，电路方面将传感器电路采用电池供电的超低功耗设计，电路内部有效的避免了大电流高功率发热现象，传感器终端采用具备不低于Exd Ⅱ BT4防爆等级的防爆外壳全密封封装，从而达到现场设备防爆之目的；根据各井场大小及放喷池到井场距离来看，选择使用500米以内作为传输距离较为适当，系统可配套选择无线传输功能，将集成GPRS/CDMA无线传输模块，无线传输模块将集成在无线传感器网络通信服务器中，以USB/RS232与采集主机接口，进行数据的无线传输；系统将自动识别现场网络信号在并GPRS、CDMA之间切换，确保无线传输网络连接。包括提供IP地址方式以及域名方式按指定端口实现TCP/IP无线连接，按照《油气井施工作业无线传输通信约定》进行握手通信，防止井场信号微弱，并在终端处设置GSM信号放大器和CDMA信号放大器，并将现场使用验证探头信号传输距离。

以上技术方案仅用以说明本实用新型，而非对其限制。

Claims (7)

1.一种页岩气地面放喷安全监测装置，包括

若干压力传感器，分布在放喷系统各个压力采集点，将压力信号转换成电信号；

若干温度传感器，分布在放喷系统各个温度采集点，将温度信号转换成电信号；

存储器，存有测量参数预设值；

信号处理器，将压力、温度信号与其预设值比较，输出预警信号；

声光报警器，接收预警信号，发出报警声光；

其特征在于，所述压力传感器、温度传感器采用无线传感器，该无线传感器具有压力/温度探头、模数转换器、信号发射机，压力/温度探头将压力/温度信号转换成模拟电信号，模数转换器将模拟电信号转换成数字信号，再由信号发射机发射出去；与之相适应，所述安全监测装置配有无线信号接收机，接收该数字信号。

2. 根据权利要求1所述的页岩气地面放喷安全监测装置，其特征在于：所述安全监测装置还设有无线信号中继站，所述无线传感器发出的无线信号经中继站转发至无线信号接收机。

3. 根据权利要求1所述的页岩气地面放喷安全监测装置，其特征在于：所述无线传感器采用防爆无线传感器。

4. 根据权利要求1所述的页岩气地面放喷安全监测装置，其特征在于：所述安全监测装置还配有显示器，用于显示测量数据。

5.根据权利要求1所述的页岩气地面放喷安全监测装置，其特征在于：所述安全监测装置还配有键盘、鼠标，用于录入测量参数预设值及操作指令。

6.根据权利要求1所述的页岩气地面放喷安全监测装置，其特征在于：所述安全监测装置还配有打印机，用于记录测量数据。

7. 根据权利要求1所述的页岩气地面放喷安全监测装置，其特征在于：所述信号处理器还有将流量信号与其预设在存储器中的流量值比较的功能，并输出预警信号。