本發(fā)明屬于氣田地面工程監(jiān)測，具體涉及一種氣井出砂與沖蝕一體化監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

1、氣井出砂監(jiān)測方法主要有超聲波監(jiān)測法、電阻率(er，electrical?resistance)監(jiān)測法，er監(jiān)測法采用的是內(nèi)置式傳感器，砂粒撞擊傳感器的金屬探頭后造成金屬缺損，從而引起金屬探頭電阻的變化，根據(jù)電阻的變化識別氣井的出砂情況。該方法存在問題是需要在產(chǎn)生管線上開孔以安裝傳感器，并在使用一段時間后需要更換傳感器，不論是開孔或更換傳感器，對安全和氣井的正常生產(chǎn)都帶來了不利的因素，因此很難被油田接受。超聲波檢測采用的是外置式傳感器，不需要在管道上打孔，更換方便，是目前最常見的方法，但存在的問題是不能監(jiān)測出砂對管壁的沖蝕效應(yīng)。

2、為了監(jiān)測沖蝕情況，本發(fā)明在超聲波法監(jiān)測出砂情況的同時，與沖蝕傳感器組合，從而實(shí)現(xiàn)出砂量與管道壁厚的同時監(jiān)測。

3、沖蝕監(jiān)測用于測量砂粒撞擊管壁后造成的壁厚減薄后的剩余厚度，最常用的方法是采用脈沖法測量壁厚，利用收發(fā)一體化的傳感器對發(fā)射和接收脈沖所經(jīng)歷的時間與聲波的速度，得到管壁的厚度。存在的問題是傳感器中的發(fā)射換能器與接收換能器之間有一定的夾角，能夠測量的壁厚范圍受到限制。本發(fā)明采用了發(fā)射與接收換能器無夾角的平面型傳感器結(jié)構(gòu)，測量范圍更寬。

4、現(xiàn)有技術(shù)要么只能監(jiān)測氣井的出砂情況，要么只監(jiān)測沖蝕情況，二者組合后的監(jiān)測對出砂和安全生產(chǎn)有重要的意義。但出砂監(jiān)測的敏感部位也是沖蝕最嚴(yán)重的部位，由于沖蝕監(jiān)測需要發(fā)射聲波，頻率范圍很寬，覆蓋了出砂信號的頻率范圍，這就對出砂監(jiān)測造成了影響，因此必須消除沖蝕監(jiān)測過程中發(fā)射信號對出砂監(jiān)測帶來的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種氣井出砂與沖蝕一體化監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測和與出砂監(jiān)測組合。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的，一種氣井出砂與沖蝕一體化監(jiān)測系統(tǒng)，包括，

3、信號采集單元，包括一個接收沙粒撞管壁引的超聲波信號的出砂監(jiān)測傳感器，兩個發(fā)射脈沖信號和接收管道內(nèi)壁回波信號的沖蝕傳感器，其中一個用于發(fā)射信號，另一個則用于接收信號；三個傳感器的敏感面位于同一平面上；

4、信號處理單元，用于對出砂監(jiān)測傳感器輸出信號放大濾波，對接收信號的沖蝕傳感器輸出信號進(jìn)行放大濾波及整形，對控制沖蝕傳感器發(fā)射信號的信號進(jìn)行放大；

5、數(shù)據(jù)計(jì)算單元，包括數(shù)字濾波模塊，用于篩除出砂信號中的沖蝕傳感器干擾信號；出砂信號檢測模塊，用于在接收到出砂監(jiān)測傳感器輸出信號后分析輸出信號是否有效；沖蝕傳感器控制模塊，用于控制一沖蝕傳感器發(fā)射超聲波并計(jì)時，并在另一沖蝕傳感器接收到超聲波時停止計(jì)時，得到時間差；出砂率及管壁計(jì)算模塊，通過出砂信號的輸出電壓值及沖蝕傳感器檢測的時間差，計(jì)算出砂率和管壁厚度。

6、所述信號采集單元共有多組，分別連接在不同的氣井管道上。

7、還包括第一多路切換模塊和第二多路切換模塊，第一多路切換模塊和第二多路切換模塊均與數(shù)據(jù)計(jì)算單元電連接，每組信號采集單元的出砂監(jiān)測傳感器均與第一多路切換模塊相連，第一多路切換模塊還與信號處理單元電連接；每組信號采集單元用于發(fā)射信號的沖蝕傳感器均與第二多路切換模塊電連接，第二多路切換模塊電連接與信號處理單元電連接。

8、所述信號采集單元安裝在氣井管道彎管來流方向的外壁上。

9、所述出砂監(jiān)測傳感器輸出信號的頻率范圍為100khz-500khz，沖蝕傳感器發(fā)射信號為為1mhz以上的正弦波。

10、所述信號采集單元還包括外殼，沖蝕傳感器以及出砂監(jiān)測傳感器安裝在外殼內(nèi)。

11、還包括隔聲層，兩個沖蝕傳感器分別連接在隔聲層兩側(cè)，所述沖蝕傳感器包括阻尼塊、壓電陶瓷晶片和延遲塊，所述延遲塊底部與外殼地面平行，延遲塊頂部，與隔聲層接觸的一側(cè)高于相對的另一側(cè)，延遲塊頂部連接壓電陶瓷晶片，阻尼塊連接在延遲塊上并包裹住壓電陶瓷晶片。

12、一種氣井出砂與沖蝕一體化監(jiān)測方法，包括以下步驟，

13、出砂監(jiān)測傳感器監(jiān)測，出砂監(jiān)測傳感器監(jiān)測砂粒碰撞管壁引的超聲波，輸出出砂信號并經(jīng)過放大、濾波和采集后，傳輸至數(shù)據(jù)計(jì)算單元中，數(shù)據(jù)計(jì)算單元監(jiān)測出砂信號是否有效，若有效則數(shù)據(jù)計(jì)算單元控制超聲波沖蝕監(jiān)測傳感器開始工作，無效則認(rèn)為無砂礫侵蝕；

14、沖蝕傳感器監(jiān)測，數(shù)據(jù)計(jì)算單元控制一沖蝕傳感器發(fā)射超聲波信號并開始計(jì)時，另一沖蝕傳感器接收到對應(yīng)超聲波信號后停止計(jì)時，將時間差返回?cái)?shù)據(jù)計(jì)算單元計(jì)算出壁厚和出砂率。

15、通過數(shù)據(jù)計(jì)算單元，控制第一多路切換模塊某一路導(dǎo)通，將一個出砂監(jiān)測傳感器的輸出信號傳輸至數(shù)據(jù)計(jì)算單元，并控制第二多路切換模塊與該出砂監(jiān)測傳感器同組的沖蝕傳感器連通，該沖蝕傳感器接收數(shù)據(jù)計(jì)算單元控制信號發(fā)射超聲波。

16、本發(fā)明的有益效果在于：

17、1、通過出砂信號和沖蝕傳感器發(fā)射信號頻率的設(shè)定，避免了沖蝕傳感器發(fā)射的超聲波信號影響出砂監(jiān)測傳感器，并通過對出砂信號的放大濾波，保留出砂原始信號，消除沖蝕發(fā)射信號的影響。

18、2、通過對出砂信號的電壓與閾值電壓對比，消除管道振動和流體噪聲，篩除無效信號，節(jié)省了儲存空間，以便儲存更多有效數(shù)據(jù)。

19、3、兩個沖蝕傳感器的換能器布局在同一平面上，二者沒有夾角，適應(yīng)的壁厚范圍更寬。

技術(shù)特征：

1.一種氣井出砂與沖蝕一體化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：包括，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣井出砂與沖蝕一體化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述信號采集單元共有多組，分別連接在不同的氣井管道上。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氣井出砂與沖蝕一體化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：還包括第一多路切換模塊和第二多路切換模塊，第一多路切換模塊和第二多路切換模塊均與數(shù)據(jù)計(jì)算單元電連接，每組信號采集單元的出砂監(jiān)測傳感器(1)均與第一多路切換模塊相連，第一多路切換模塊還與信號處理單元電連接；每組信號采集單元用于發(fā)射信號的沖蝕傳感器(2)均與第二多路切換模塊電連接，第二多路切換模塊電連接與信號處理單元電連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氣井出砂與沖蝕一體化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述信號采集單元安裝在氣井管道彎管來流方向的外壁上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣井出砂與沖蝕一體化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述出砂監(jiān)測傳感器(1)輸出信號的頻率范圍為100khz-500khz，沖蝕傳感器(2)發(fā)射信號為為1mhz以上的正弦波。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣井出砂與沖蝕一體化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述信號采集單元還包括外殼(3)，沖蝕傳感器(2)以及出砂監(jiān)測傳感器(1)安裝在外殼(3)內(nèi)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種氣井出砂與沖蝕一體化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：還包括隔聲層(4)，兩個沖蝕傳感器(2)分別連接在隔聲層(4)兩側(cè)，所述沖蝕傳感器(2)包括阻尼塊(5)、壓電陶瓷晶片(6)和延遲塊(7)，所述延遲塊(7)底部與外殼(3)地面平行，延遲塊(7)頂部，與隔聲層(4)接觸的一側(cè)高于相對的另一側(cè)，延遲塊(7)頂部連接壓電陶瓷晶片(6)，阻尼塊(5)連接在延遲塊(7)上并包裹住壓電陶瓷晶片(6)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的一種氣井出砂與沖蝕一體化監(jiān)測方法，其特征在于：包括以下步驟，

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種氣井出砂與沖蝕一體化監(jiān)測方法，其特征在于：通過數(shù)據(jù)計(jì)算單元，控制第一多路切換模塊某一路導(dǎo)通，將一個出砂監(jiān)測傳感器(1)的輸出信號傳輸至數(shù)據(jù)計(jì)算單元，并控制第二多路切換模塊與該出砂監(jiān)測傳感器(1)同組的沖蝕傳感器(2)連通，該沖蝕傳感器(2)接收數(shù)據(jù)計(jì)算單元控制信號發(fā)射超聲波。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種氣井出砂與沖蝕一體化監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，通過出砂信號和沖蝕傳感器發(fā)射信號頻率的設(shè)定，避免了沖蝕傳感器發(fā)射的超聲波信號影響出砂監(jiān)測傳感器，并通過對出砂信號的放大濾波，保留出砂原始信號，消除沖蝕發(fā)射信號的影響。通過對出砂信號的電壓與閾值電壓對比，消除管道振動和流體噪聲，篩除無效信號，節(jié)省了儲存空間，以便儲存更多有效數(shù)據(jù)。兩個沖蝕傳感器的換能器布局在同一平面上，二者沒有夾角，適應(yīng)的壁厚范圍更寬。

技術(shù)研發(fā)人員：張新發(fā),林海,金祥哲,黃超,郭亮,徐軍,薛艷,陳懷兵,李世勇,張耀剛,胡維首,劉嘉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國石油天然氣集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/19