CN215718706U - 一种气井动液面监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种气井动液面监测装置，通过控制器对在采气井口装置上装配的气井动液面监测装置本体进行实时监控，并有效的通过自动化控制气井动液面监测装置本体实时监测井底液面的液面深度，其中监测装置包括传感器组件和连接筒，连接筒与采气井口装置，通过传感器组件有效进行监测，次声波发生器组件中输气管线形成声源，通过对声源的分析计算，实现得到井底液面的液面深度；本实用新型实现气井动液面的连续监测和远程采集，节省人工测试的成本。消除传统测量方式的不安全因素，为安全生产提供了重要的技术保障。通过液面变化曲线的波动情况，能够及时发现气井异常情况，为后续措施提供参考依据。

Description

一种气井动液面监测装置

技术领域

本实用新型涉及气井动液面监测技术领域，具体为一种气井动液面监测装置。

背景技术

在油井开采过程中，产量和综合效率的最大化是最终目标，而地层的供液能力是制约实现这一目标的根本因素。气井的动液面是反映地层供液能力的一个重要指标，是气田确定合理沉没度、制定合理工作制度的重要依据。通过对动液面的分析，判断气井的工作制度与地层能量的匹配情况。因此测量动液面值在气田开采过程中十分关键，是实现气井稳定工作、提高采用效率的有效途径之一。

目前，主要采用传统的人工取样方式采集井口动液面数据，这种测量方式受人为因素的影响大，精度不足，可靠性差。同时气井数量巨大，测量任务繁重且测试的人员较少，所以动液面数据测量数量不足，精度较低；很难及时分析各站点气井的工作状态。这种测量方式已经不能满足气田的生产需要，所以设计一种自动化程度高，并可以实时监测气井动液面的气井动液面监测仪具有重要的意义。

实用新型内容

针对现有技术中人工取样方式采集井口动液面数据存在受人为因素的影响大，精度不足，可靠性差的问题，本实用新型提供一种气井动液面监测装置，结构简单紧凑，安装方便，可以有效提供更加快捷、安全、高效的监测数据，大大提升现场工作效率。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种气井动液面监测装置，包括在采气井口装置上装配的气井动液面监测装置本体以及与气井动液面监测装置本体电源连接的控制器；采气井口装置下方设置套管和油管，且套管套在油管上，井底液面在井下套管与油管之间的环空处；所述气井动液面监测装置本体包括监测装置、次声波发生器组件和井口连接组件；所述井口连接组件的一端连接套管的阀门端；井口连接组件的另一端连接在监测装置的一端；监测装置的另一端连接次声波发生器组件；

所述监测装置包括传感器组件和连接筒；连接筒的一端连通井口连接组件，另一端连通次声波发生器组件，传感器组件在连接筒上设置，用于对通过连接筒内的气体进行检测；

所述次声波发生器组件包括电磁阀、气缸、放气接头和输气管线；电磁阀设置在气缸与连接筒之间，放气接头装配在气缸的另一端，输气管线在放气接头上装配设置；

控制器通过防爆软管连接监测装置和次声波发生器组件，实现通过控制监测得到井底液面的液面深度。

优选的，控制器内设有控制系统，控制系统的输入端连接信号采集模块，控制系统的输出端分别连接信号控制模块、信号转换模块、处理器和人机交互模块；其中信号采集模块的输入端分别连接传感器组件，信号控制模块的输出端连接电磁阀，信号转换模块用于对数据信号进行转换，处理器用于对所接收到的信号进行分析计算，人机交互模块用于对所采集的传感器信号进行显示。

进一步的，控制系统采用PLC系统。

优选的，井口连接组件包括三通接头和开关阀，所述三通接头包括第一端口、第二端口和第三端口，其中第一端口连接采气井口装置的一端，第二端口连通连接筒的一端；所述开关阀装配在三通接头的第三端口上。

优选的，传感器组件包括数显表头、压力传感器和音速传感器；其中压力传感器和音速传感器分别装配在连接筒的内部传感器安装座上，数显表头固定装配在连接筒上，且数显表头通过防爆软管与电磁阀连接。

进一步的，连接筒上设有固定法兰面，数显表头上设有安装法兰面，数显表头通过安装法兰面安装在连接筒的固定法兰面上。

更进一步的，安装法兰面与固定法兰面的端面设有密封槽，用于装配密封圈。

优选的，电磁阀采用直通式防爆电磁阀。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型提供了一种气井动液面监测装置，通过控制器对在采气井口装置上装配的气井动液面监测装置本体进行实时监控，并有效的通过自动化控制气井动液面监测装置本体实时监测井底液面的液面深度，其中监测装置包括传感器组件和连接筒，连接筒与采气井口装置，通过传感器组件有效进行监测，次声波发生器组件中输气管线形成声源，通过对声源的分析计算，实现得到井底液面的液面深度；本实用新型实现气井动液面的连续监测和远程采集，节省人工测试的成本。消除传统测量方式的不安全因素，为安全生产提供了重要的技术保障。通过液面变化曲线的波动情况，能够及时发现气井异常情况，为后续措施提供参考依据。

进一步的，控制器内设有控制系统，控制系统对采集数据进行分析且可将监测到气井液面参数上传到移动终端，即可以实现远程监控气井液面动态。

进一步的，井口连接组件包括三通接头和开关阀，三通接头有效的连通监测装置和采气井口装置，对采气井口装置的监测提供了便利；开关阀有效的提高了控制阀体的功能。

进一步的，传感器组件包括数显表头、压力传感器和音速传感器。数显表头上有数字显示屏，用于对所采集的传感器信号进行显示，压力传感器用于测量气井套管压力，音速传感器用于测量声波传播速度。更进一步的，连接筒上设有固定法兰面，数显表头上设有安装法兰面，数显表头通过安装法兰面安装在连接筒的固定法兰面上，有效的提高了数显表头在连接筒安装的稳定性。

优选的进一步的，安装法兰面与固定法兰面的端面设有密封槽，用于装配密封圈，有效的提高了数显表头与连接筒之间的密封。

进一步的，电磁阀采用直通式防爆电磁阀，可以避免在井口出现火花等突发性事故。

进一步的，气缸为中空缸体，气缸通过法兰面与电磁阀的法兰面连接，其中气缸和电磁阀的法兰面之间放置密封垫，提高了气缸和电磁阀之间的密封性。

附图说明

图1为本实用新型中气井动液面监测装置的结构示意图；

图2为本实用新型控制装置结构示意图；

图3为本实用新型中控制系统操作示意图。

图中：1-监测装置；2-次声波发生器组件；3-传感器组件；4-采气井口装置；5-三通接头；6-开关阀；7-连接筒；8-电磁阀；9-气缸；10-放气接头；11-输气管线；12-数显表头；13-油管；14-套管；15-井底液面；16-压力传感器；17-音速传感器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参见图1，本实用新型一个实施例中，提供了一种气井动液面监测装置，结构简单紧凑，安装方便，可以有效提供更加快捷、安全、高效的监测数据，大大提升现场工作效率。

具体的，该气井动液面监测装置，包括在采气井口装置4上装配的气井动液面监测装置本体以及与气井动液面监测装置本体电源连接的控制器；采气井口装置4下方设置套管14和油管13，且套管14套在油管13上，井底液面15在井下套管14与油管13之间的环空处；所述气井动液面监测装置本体包括监测装置1、次声波发生器组件2和井口连接组件；所述井口连接组件的一端连接套管14的阀门端；井口连接组件的另一端连接在监测装置 1的一端；监测装置1的另一端连接次声波发生器组件2；

所述监测装置1包括传感器组件3和连接筒7；连接筒7的一端连通井口连接组件，另一端连通次声波发生器组件2，传感器组件3在连接筒7上设置，用于对通过连接筒7内的气体进行检测；

所述次声波发生器组件包括电磁阀8、气缸9、放气接头10和输气管线11；电磁阀8设置在气缸9与连接筒7之间，放气接头10装配在气缸9的另一端，输气管线11在放气接头10上装配设置；

控制器通过防爆软管连接监测装置1和次声波发生器组件2，实现通过控制监测得到井底液面15的液面深度。

具体的，控制器内设有控制系统，控制系统的输入端连接信号采集模块，控制系统的输出端分别连接信号控制模块、信号转换模块、处理器和人机交互模块；其中信号采集模块的输入端分别连接传感器组件3，信号控制模块的输出端连接电磁阀8，信号转换模块用于对数据信号进行转换，处理器用于对所接收到的信号进行分析计算，人机交互模块用于对所采集的传感器信号进行显示。控制系统对采集数据进行分析且可将监测到气井液面参数上传到移动终端，即可以实现远程监控气井液面动态。

具体的，井口连接组件包括三通接头5和开关阀6，所述三通接头5包括第一端口、第二端口和第三端口，其中第一端口连接采气井口装置4的一端，第二端口连通连接筒7的一端；所述开关阀6装配在三通接头5的第三端口上；三通接头5有效的连通监测装置1和采气井口装置4，对采气井口装置4的监测提供了便利；开关阀6有效的提高了控制阀体的功能。

具体的，根据图2所示，传感器组件3包括数显表头12、压力传感器 16和音速传感器17。其中压力传感器16和音速传感器17分别装配在连接筒7的内部传感器安装座上，数显表头12固定装配在连接筒7上，且数显表头12通过防爆软管与电磁阀8连接；数显表头上有数字显示屏，用于对所采集的传感器信号进行显示，压力传感器用于测量气井套管压力，音速传感器用于测量声波传播速度。

其中，连接筒7上设有固定法兰面，数显表头12上设有安装法兰面，数显表头12通过安装法兰面安装在连接筒7的固定法兰面上。

安装法兰面与固定法兰面的端面设有密封槽，用于装配密封圈，有效的提高了数显表头12与连接筒4之间的密封。

具体的，电磁阀8采用直通式防爆电磁阀，可以避免在井口出现火花等突发性事故。本实用新型中电磁阀8为常闭电磁阀，上电时通道打开，断电通道关闭。电磁阀8的线缆通过防爆软管连接到数显表头的接线口上。

具体的，气缸9为中空缸体，气缸9通过法兰面与电磁阀8的法兰面连接，其中气缸9和电磁阀8的法兰面之间放置密封垫。

具体的，气缸9的端面设有螺纹孔，用于安装放气阀。

本实用新型中控制系统采用PLC系统，PLC系统内有控制电路、信号转换模块和电源系统，信号转换模块采用DTU，DTU是无线数据远传模块，通常采用GPRS或者4G；电源系统可以采用太阳能配合蓄电池独立供电。

本实用新型中一种气井动液面监测装置实施如下：

设备安装：先将井口动液面监测设备安装装配工艺组装完成，设备进行气密封测试，软件系统测试，测试无误后准备下一步操作。将设备连接筒7 的螺纹接头与井口套管14阀门开关接头连接，设备安装完成并检查。待下一步操作准备。

放气监测方式1(套管气体压力≥0.5MPa)：井口动液面监测设备与井口套管14连接，套管气充满整个连接筒内腔，传感器组件3内部的压力传感器16实时采集井口套管气压力数据。此时，电磁阀8通道关闭，气缸放气阀打开，气缸9内腔没有气体。当需要监测气井井口采集动液面高度数据时，系统主机发送命令，电磁阀8上电，通道打开，套管14气瞬间通过电磁阀8进入气缸9内，形成内爆声源，声音传递到套管14通道内，在油套环空内遇到油管接箍和井下液面会反射不同的波形回来，油管接箍的间距是固定的，可以通过接箍波形之间的间隔来计算声音在环空内的传输速度，根据声音速度和液面回声的时间，系统可以计算出此时井底液面的深度。

充气监测方式2(套管气体压力＜0.5MPa)：井口动液面监测设备与井口套管连接，套管14气充满整个连接筒内腔，传感器组件3内部的压力传感器16实时采集井口套管气压力数据。此时，电磁阀8通道关闭，气缸9 通过放气阀连接外置高压气体(次气体可以为高压氮气或者压缩气体)。外置高压气体压力高于套管气体压力。当需要监测气井井口采集动液面高度数据时，系统主机发送命令，电磁阀8上电，通道打开，气缸9高压气体瞬间通过电磁阀进入连接筒内，形成内爆声源，声音传递到套管通道内，在油套环空内遇到油管接箍和井下液面会反射不同的波形回来，油管接箍的间距是固定的，可以通过接箍波形之间的间隔来计算声音在环空内的传输速度，根据声音速度和液面回声的时间，系统可以计算出此时井底液面的深度。

系统命令电磁阀打开的时间是根据上次采集井口套管气压力和液面的高度数据在一定范围内调整达到最优，保证次声波发生器发出的音频声波满足音速传感器测试条件。

本实用新型中可以根据套压大小，采用套管气对外瞬间放气发声和外界高压气体瞬间对套管放气发声测试气井套管环空液面高度，系统使用范围广；连接筒直接与套管阀门连接，使得音速传感器距离套管反射声音更近，受到干扰因素减少；设备均为防爆结构设计，可以避免在井口出现火花等突发性事故。设备的控制线、气管及套管连接处均有方便拆卸结构连接，现场作业时拆除设备方便，且大大提高设备的使用寿命。

实施例

一、施工准备

1.准备安装时所需的工具；

2.检查装置零部件是否完整、完好、合格证是否齐全，检查安装现场场地环境；

3.检测设备接地是否完好，测试设备电缆是否导通。

二、设备安装

1.按照装置安装图，依次安装井口测试装置、动液面监测仪等，将设备安装到套管通道上，确保与套管连接处无漏气；

2.安装电源、线缆等，检查电源是否正常；

3.将装置与调试工具连接，打开装置电源，检查装置通讯是否正常，检查各连接部位是否存在渗漏现象。

4.将装置设置到测试模式下，检查电磁阀是否正常打开和关闭，有无漏气现象。

三、操作步骤

根据气井套压大小，当套管14气为高压时，采用套管气对外瞬间放气发声测试气井套管液面高度。

当套管14气为低压时，采用外界高压气体瞬间对套管放气发声测试气井套管液面高度。

放气监测方式1(套管气体压力≥0.5MPa)：井口动液面监测设备与井口套管连接，套管气充满整个连接筒内腔，传感器组件3内部的压力传感器 16实时采集井口套管气压力数据。此时，电磁阀8通道关闭，气缸放气阀打开，气缸9内腔没有气体。当需要监测气井井口采集动液面高度数据时，系统主机发送命令，电磁阀8上电，通道打开，套管气瞬间通过电磁阀进入气缸内，形成内爆声源，声音传递到套管通道内，在油套环空内遇到油管接箍和井下液面会反射不同的波形回来，油管接箍的间距是固定的，可以通过接箍波形之间的间隔来计算声音在环空内的传输速度，根据声音速度和液面回声的时间，系统可以计算出此时井底液面的深度，井底液面的深度数据通过DTU远程上传给上位机或控制室。完成气井套管液面的远程自动监测。

充气监测方式2(套管气体压力＜0.5MPa)：井口动液面监测设备与井口套管连接，套管气充满整个连接筒内腔，传感器组件3内部的压力传感器16实时采集井口套管气压力数据。此时，电磁阀8通道关闭，气缸通过放气阀连接外置高压气体(次气体可以为高压氮气或者压缩气体)。外置高压气体压力高于套管气体压力。当需要监测气井井口采集动液面高度数据时，系统主机发送命令，电磁阀8上电，通道打开，气缸9高压气体瞬间通过电磁阀进入连接筒内，形成内爆声源，声音传递到套管通道内，在油套环空内遇到油管接箍和井下液面会反射不同的波形回来，油管接箍的间距是固定的，可以通过接箍波形之间的间隔来计算声音在环空内的传输速度，根据声音速度和液面回声的时间，系统可以计算出此时井底液面的深度，井底液面的深度数据通过DTU远程上传给上位机或控制室。完成气井套管液面的远程自动监测。

根据图3所示，系统命令电磁阀打开的时间T是根据多次采集井口套管气压力数据和液面的高度数据的各自综合平均值在一定范围内调整达到最优，保证次声波发生器形成的声源满足音速传感器测试条件，同时经过理论数据与大量的现场测试数据综合研究，最优的音频声波波段的最佳频点，可以更加准确采集回声速度，探测井下复杂情况的液面深度。

实际应用如下：现场测试某气井井口装置井底液面高度，通过本实用新型所提供的气井动液面监测装置监测得到井口套管压力4.15MPa，测试声速为347m/s，经过换算，得到套管动液面准确高度数值。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气井动液面监测装置，其特征在于，包括在采气井口装置(4)上装配的气井动液面监测装置本体以及与气井动液面监测装置本体电源连接的控制器；采气井口装置(4)下方设置套管(14)和油管(13)，且套管(14)套在油管(13)上，井底液面(15)在井下套管(14)与油管(13)之间的环空处；所述气井动液面监测装置本体包括监测装置(1)、次声波发生器组件(2)和井口连接组件；所述井口连接组件的一端连接套管(14)的阀门端；井口连接组件的另一端连接在监测装置(1)的一端；监测装置(1)的另一端连接次声波发生器组件(2)；

所述监测装置(1)包括传感器组件(3)和连接筒(7)；连接筒(7)的一端连通井口连接组件，另一端连通次声波发生器组件(2)，传感器组件(3)在连接筒(7)上设置，用于对通过连接筒(7)内的气体进行检测；

所述次声波发生器组件包括电磁阀(8)、气缸(9)、放气接头(10)和输气管线(11)；电磁阀(8)设置在气缸(9)与连接筒(7)之间，放气接头(10)装配在气缸(9)的另一端，输气管线(11)在放气接头(10)上装配设置；

控制器通过防爆软管连接监测装置(1)和次声波发生器组件(2)，实现通过控制监测得到井底液面(15)的液面深度。

2.根据权利要求1所述的一种气井动液面监测装置，其特征在于，所述控制器内设有控制系统，控制系统的输入端连接信号采集模块，控制系统的输出端分别连接信号控制模块、信号转换模块、处理器和人机交互模块；其中信号采集模块的输入端分别连接传感器组件(3)，信号控制模块的输出端连接电磁阀(8)，信号转换模块用于对数据信号进行转换，处理器用于对所接收到的信号进行分析计算，人机交互模块用于对所采集的传感器信号进行显示。

3.根据权利要求2所述的一种气井动液面监测装置，其特征在于，所述控制系统采用PLC系统。

4.根据权利要求1所述的一种气井动液面监测装置，其特征在于，所述井口连接组件包括三通接头(5)和开关阀(6)，所述三通接头(5)包括第一端口、第二端口和第三端口，其中第一端口连接采气井口装置(4)的一端，第二端口连通连接筒(7)的一端；所述开关阀(6)装配在三通接头(5)的第三端口上。

5.根据权利要求1所述的一种气井动液面监测装置，其特征在于，所述传感器组件(3)包括数显表头(12)、压力传感器(16)和音速传感器(17)；其中压力传感器(16)和音速传感器(17)分别装配在连接筒(7)的内部传感器安装座上，数显表头(12)固定装配在连接筒(7)上，且数显表头(12)通过防爆软管与电磁阀(8)连接。

6.根据权利要求5所述的一种气井动液面监测装置，其特征在于，所述连接筒(7)上设有固定法兰面，数显表头(12)上设有安装法兰面，数显表头(12)通过安装法兰面安装在连接筒(7)的固定法兰面上。

7.根据权利要求6所述的一种气井动液面监测装置，其特征在于，所述安装法兰面与固定法兰面的端面设有密封槽，用于装配密封圈。

8.根据权利要求1所述的一种气井动液面监测装置，其特征在于，所述电磁阀(8)采用直通式防爆电磁阀。

9.根据权利要求1所述的一种气井动液面监测装置，其特征在于，所述气缸(9)为中空缸体，气缸(9)通过法兰面与电磁阀(8)的法兰面连接，其中气缸(9)和电磁阀(8)的法兰面之间放置密封垫。

10.根据权利要求1所述的一种气井动液面监测装置，其特征在于，所述气缸(9)的端面设有螺纹孔，用于安装放气阀。

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