專利名稱：煤層氣排采井井底氣流上舉參數(shù)檢測裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及煤層氣排采井井底氣流上舉參數(shù)檢測裝置，具體地說是一種將壓力與流速組合式儀器直接安裝在井底油管上進行氣流上舉參數(shù)測試的裝置。
背景技術(shù)：
煤層氣及相關地下氣藏是新興能源，煤層氣生產(chǎn)過程中，需要隨時了解掌握煤層氣井的產(chǎn)水、產(chǎn)氣、液面等各項參數(shù)，以便根據(jù)生產(chǎn)的階段和需要，及時 調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，使煤層氣井的生產(chǎn)處于最佳狀態(tài)。近幾年針對煤層氣開采已經(jīng)有了許多新的技術(shù)，如發(fā)明了針對煤層氣井井下壓力監(jiān)測裝置、無壓井液面監(jiān)測裝置、煤層氣井產(chǎn)出氣測量裝置、煤層氣井液面測試儀、基于光纖傳感的煤層氣井壓力、溫度監(jiān)測系統(tǒng)等等。這些技術(shù)主要是監(jiān)測煤層氣井的液面位置、煤層氣井的壓力、溫度，但不能對氣流上舉流速進行監(jiān)測。而獲取井底上舉氣流的暢通程度是煤層氣抽采十分需求的關鍵技術(shù)，通過檢測可以采取合理的排采控制參數(shù)，對避免盲目抽采具有重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，使用可靠，能實時測取井底排采環(huán)空通道中的氣體流速分布、流體密度分布和煤粉阻塞程度，以便合理地控制排采參數(shù)，提高采氣量，確保安全生產(chǎn)的煤層氣排采井井底氣流上舉參數(shù)檢測
>J-U ρ α裝直。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是提供一種煤層氣排采井井底氣流上舉參數(shù)檢測裝置，包括安裝于井下的檢測儀、數(shù)據(jù)傳輸部件以及井上數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)，所述的檢測儀設有電器部分和實體結(jié)構(gòu)部分，檢測儀的電器部分由靶式應變傳感器、壓力傳感器和數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板組成，檢測儀的實體結(jié)構(gòu)部分由圓柱管和接箍組成，檢測儀中的圓柱管和接箍的外徑與油管一樣，接箍通過兩端的內(nèi)螺紋分別與油管和圓柱管連接；接箍安裝在圓柱管兩端；所述檢測儀的圓柱管上設有導線孔、電路板凹槽、導線出口、導線凹槽以及傳感器安裝孔，導線孔均勻地開設有在檢測儀的上中部，在檢測儀的外壁上開設有傳感器安裝孔，導線孔分別與對應的傳感器安裝孔相聯(lián)通；在傳感器安裝孔中相間地安裝有靶式應變傳感器或壓力傳感器，所述的兩種傳感器的導線分別通過導線孔引到檢測儀的上表面，并通過導線凹槽匯總連接到放置于電路板凹槽內(nèi)的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板上；數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板用于控制流量、流速、壓力的采集時間，并將采集的數(shù)據(jù)進行濾波、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換和串行數(shù)據(jù)傳輸；數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板上還安裝有數(shù)據(jù)傳輸部件的驅(qū)動模塊；所述的數(shù)據(jù)傳輸部件包括電纜線和驅(qū)動模塊，井下檢測儀發(fā)出的數(shù)據(jù)由驅(qū)動模塊驅(qū)動后經(jīng)電纜線傳輸?shù)骄?，通過井上數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)的工控機對數(shù)據(jù)處理、存儲并顯示。本發(fā)明所述的井下檢測儀中的靶式應變傳感器，由Φ5. Omm靶頭、線性彈變梁和應變片組成，通過檢測靶式應變傳感器的應變片組成橋式電路的電壓變化，測出在混有煤粉水中的泡狀與段塞狀氣體的體積流速；壓力傳感器采用電容式壓力傳感器，用于檢測井下不同深度的壓力大小，通過壓力數(shù)據(jù)間接計算井中流體的密度。當檢測儀在井下處于工作狀態(tài)時，井下流體與傳感器接觸，靶式應變傳感器利用流體沖擊應變片導致應變片變形，應變片的變形與流量、流速變化呈近似線性關系，因此可通過應變片組成橋式電路檢測其電壓變化來表現(xiàn)其流量、流速變化；電容式壓力傳感器選用特殊設計的壓力變送器，可以測試上覆流體的壓強，并間接計算出上覆流體的密度。本發(fā)明將這兩種傳感器固定在井下檢測儀的圓柱管外壁中，是確保兩種傳感器的敏感體和敏感面設置于針對上舉氣環(huán)空的最有效方位上；同時將檢測儀固定于煤層氣井待測位置處，傳感器采集的檢測數(shù)據(jù)首先傳遞給數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板。本發(fā)明所述的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板中設有多路轉(zhuǎn)換開關、濾波電路、放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機微處理器和串行數(shù)據(jù)傳輸電路，通過單片機微處理器對各傳感器的采集時間進行控制以及數(shù)據(jù)處理。所述的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板中還安裝有數(shù)據(jù)傳輸部件的驅(qū)動模塊。本發(fā)明所述的檢測儀的實體結(jié)構(gòu)中圓柱管在各個傳感器與電路板連接完成以后，先將所有導線孔、電路板凹槽、導線出口、導線凹槽以及傳感器安裝孔的位置全部用熱熔膠棒進行第一道密封，圓柱管通過與接箍連接，對上述所有的孔和凹槽形成第二道密封。檢測 儀經(jīng)過最后兩道密封，其耐溫、抗震、耐腐性能滿足距地面1500米以內(nèi)的煤層氣抽采井使用條件。本發(fā)明所述的檢測儀的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板中各電路板的導線，由導線出口連接到井中的電纜線上，數(shù)據(jù)信號由電纜線傳遞到地面數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)中，通過井上工控機中預先編寫好的專用程序自動實時計算出排采環(huán)空通道中的氣體流速分布、液位高度、流體密度分布和煤粉阻塞程度。本發(fā)明的煤層氣排采井井底氣流上舉參數(shù)檢測裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)
占-
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I、本發(fā)明的井下檢測儀的采用了全新設計的靶式應變傳感器，能夠在狹小的空間內(nèi)穩(wěn)定工作，確保數(shù)據(jù)采集的準確性；本發(fā)明的井下檢測儀設置了靶式應變傳感器和壓力傳感器，從而能實時采集得到井下煤層氣的多種原狀數(shù)據(jù)，為煤層氣抽采合理控制提供依據(jù)。2、本發(fā)明的井下檢測儀可以根據(jù)實際需求相應的增加傳感器、導線孔的數(shù)量，采集所需數(shù)據(jù)，檢測裝置的可擴展性高。3、本發(fā)明的井下檢測儀使用的濾波電路、放大電路等可以排除干擾信號，確保信號的真實性，通過與單片機微處理器連接對各傳感器進行控制。4、本發(fā)明的井下檢測儀結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，檢測儀中的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板可以使檢測工作自動化，提高校測精度，直接實現(xiàn)多功能的數(shù)據(jù)變換，便于數(shù)據(jù)的后續(xù)處理以及具有豐富的顯示和記錄方式。5、本發(fā)明可按照不同需求設置檢測時間、采樣頻率，實現(xiàn)對井孔內(nèi)全自動監(jiān)測。本發(fā)明的裝置突破原有僅測試井中液位高度的技術(shù)現(xiàn)狀，創(chuàng)新地測取井底排采環(huán)空通道中的氣體流速分布、流體密度分布和煤粉阻塞程度，大大提高了對井下抽采狀況的實時掌握力度。使用本裝置可更及時了解掌握煤層氣井的產(chǎn)水、產(chǎn)氣、液面等各項參數(shù)，便于根據(jù)生產(chǎn)的各個階段及時調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，使煤層氣井的生產(chǎn)處于最佳狀態(tài)。
圖I為本發(fā)明煤層氣排采井井底氣流上舉參數(shù)檢測裝置構(gòu)成框圖。圖2為本發(fā)明中井下檢測儀流程圖結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明中井下檢測儀的圓柱管半剖結(jié)構(gòu)俯視示意圖。圖4為圖3的A-A向結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為圖3的B-B向結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明井下檢測儀的接箍結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明檢測裝置控制程序邏輯圖。圖8為本發(fā)明檢測裝置在井下安裝結(jié)構(gòu)示意圖。 上述圖中1-導線孔A、2_導線孔B、3_導線孔C，4_導線孔D、5_導線孔E，6_電路板凹槽、7-導線出口、8-導線凹孔、9-傳感器安裝孔、10-接箍、11-檢測儀、12 -上煤層、13-下煤層、14-電纜線、15-油管、16-表層套管、17-生產(chǎn)套管。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳述。實施例I :本發(fā)明的一種煤層氣排采井井底氣流上舉參數(shù)檢測裝置，其總體構(gòu)成如圖I所示，包括安裝于井下的檢測儀11、數(shù)據(jù)傳輸部件以及井上數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)。所述的檢測儀11設有電器部分和實體結(jié)構(gòu)部分，檢測儀的電器部分由靶式應變傳感器、壓力傳感器和數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板組成。檢測儀的實體結(jié)構(gòu)部分由圓柱管和接箍10組成，所述檢測儀的實體結(jié)構(gòu)如圖3、4、5、6所示，檢測儀中的圓柱管和接箍10的外徑與油管15 —樣，圓柱管兩端車有外螺紋，接箍10兩端有內(nèi)螺紋，接箍10通過兩端的內(nèi)螺紋分別與圓柱管和油管15連接；有2個接箍10安裝在圓柱管兩端；檢測儀的圓柱管上設有5個導線孔和對應的5個傳感器安裝孔9，還有電路板凹槽6、導線出口 7以及導線凹槽8，其中5個導線孔均勻開設在圓柱管的中上部，導線孔分別與外壁中對應的傳感器安裝孔9聯(lián)通。在圓柱管外壁中的5個傳感器安裝孔9中相間地安裝有靶式應變傳感器或壓力傳感器。本實施例根據(jù)需要在與導線孔A I、導線孔C 3、導線孔E 5的外壁的傳感器安裝孔9中分別安裝靶式應變傳感器①、靶式應變傳感器②、靶式應變傳感器③，在與導線孔B 2、導線孔D 4相通的傳感器安裝孔9中分別安裝壓力傳感器①、壓力傳感器②，所述的兩種傳感器的導線分別通過各自導線孔引到圓柱管的上表面來，導線通過導線凹槽8匯總連接到數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板上，數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板放置于電路板凹槽6內(nèi)；數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板用于控制流量、流速、壓力的采集時間，并進行濾波、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換和串行數(shù)據(jù)傳輸；數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板上還安裝有數(shù)據(jù)傳輸部件的驅(qū)動模塊。檢測儀11在各個傳感器與電路板連接完成以后，將所有導線孔、電路板凹槽6、導線出口 7、導線凹槽8以及傳感器安裝孔9的位置全部用熱熔膠棒進行第一道密封，檢測儀與接箍10連接后完成第二道密封，確保整個檢測儀的密封性。二道密封使整個檢測儀的耐溫、抗震、耐腐性能可滿足距地面1500米以內(nèi)的煤層氣抽采井使用條件。所述的數(shù)據(jù)傳輸部件包括電纜線和驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊設在井下檢測儀中，井下的檢測儀發(fā)出的數(shù)據(jù)由驅(qū)動模塊驅(qū)動后經(jīng)電纜線傳輸?shù)骄?，通過井上數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)的工控機處理、存儲與顯示。本發(fā)明中檢測儀工作流程如圖2。安裝于檢測儀外壁的傳感器安裝孔9中的3個靶式應變傳感器和2個壓力傳感器將收集到的模擬信號分別傳給數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板中的多路轉(zhuǎn)換開關，并通過濾波電路將干擾信號濾除，經(jīng)放大電路放大，接著經(jīng)過模/數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再傳輸?shù)絾纹瑱C微處理器內(nèi)，本實施例采用89C58單片機微處理器，單片機微處理器內(nèi)的預設程序可以控制信號的采樣時間和采樣頻率；單片機微處理器也將采集的各數(shù)據(jù)整理排序后通過串行輸出模塊傳輸?shù)津?qū)動模塊。本發(fā)明的檢測儀中數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板中的多路轉(zhuǎn)換開關、濾波電路、放大電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機微處理器電路和串行數(shù)據(jù)傳輸電路，以及驅(qū)動模塊，在市場上均可選到很成熟的芯片和相關的電路，這里不再贅述了。本發(fā)明井下的檢測儀11作為檢測裝置的神經(jīng)觸發(fā)中樞，井上的數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)的工控機使整個裝置成為一個有機的整體，使檢測工作實現(xiàn)了高度的自動化，從而也大大提高了檢測速度。使用工控機后，整個裝置可以進行數(shù)字濾波、非線性校正、消除系統(tǒng)誤差、削弱隨機誤差等，從而可以較大幅度地提高檢測精度。
井上數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)將實時測得的信號存貯在計算機中，用于進行各種所需的計算、分析、判斷，自動記錄備份等后續(xù)處理工作，并可將數(shù)據(jù)處理結(jié)果給予顯示。本發(fā)明的裝置中還有如開關、接口、電源等必備的外設器件。本發(fā)明的煤層氣排采井井底氣流上舉參數(shù)檢測裝置控制程序如圖7，首先啟動地面工控機，設置參數(shù)檢測時間、采樣頻率、氣體樣采集時間等信息，然后系統(tǒng)進行線路檢測，如果線路連接無誤，進行流速、密度的測定，否則顯示線路連接錯誤。采集到的數(shù)據(jù)會儲存在單片機微處理器中，單片機微處理器根據(jù)設定的命令判定采樣時間是否到達，如果未滿足要求，會繼續(xù)進行數(shù)據(jù)的采集，直到數(shù)據(jù)采集時間滿足設定條件，關閉控制信號，采樣過程到此結(jié)束。實施例2 :本發(fā)明的煤層氣排采井井底氣流上舉參數(shù)檢測裝置使用時，根據(jù)煤層氣鉆采井的需要，檢測儀11必須放置于井底進行原位的實時檢測，并且檢測儀11不能影響井內(nèi)正常生產(chǎn)，檢測儀11的外殼外徑尺寸必須與抽油管匹配，且安裝與拆卸方便。操作步驟如下
(I)鉆孔完成以后，確定需要進行實時檢測的煤儲層，如確定需要在上煤層12與下煤層13中進行實時檢測，則根據(jù)煤儲層深度在該煤儲層相對應的抽油管上分別通過螺紋安裝檢測儀；如圖7所示。圖7中在油管15中安裝有2臺檢測儀11。
(2)油管15在井下受到生產(chǎn)套管17和表層套管16的保護，安裝在油管15上的2臺檢測儀11隨同油管一起送入井底的待測的煤層；檢測儀的電纜線14在油管15與生產(chǎn)套管17之間，一直連接到地面的工控機中。此后將井上數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)電路接通。(3) 2臺檢測儀11分別對井下流體的壓力、流速、流量進行檢測，將檢測數(shù)據(jù)分別通過電纜線14實時傳到井上，從而實現(xiàn)對井底流體實時檢測和監(jiān)控。(4)經(jīng)過半年到一年或為更長期的檢測和監(jiān)控之后，提升油管15，卸下檢測儀11檢查元器件，并進行維修與更換，然后重新下入井下進行實時檢測。本發(fā)明的檢測裝置適用于地下能源煤層氣的抽采開發(fā)，也可應用于石油天然氣、頁巖氣、天然氣水合物的抽采開發(fā)，市場前景非常廣闊。
權(quán)利要求
1.一種煤層氣排采井井底氣流上舉參數(shù)檢測裝置，包括安裝于井下的檢測儀、數(shù)據(jù)傳輸部件以及井上數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)，其特征在于所述的檢測儀設有電器部分和實體結(jié)構(gòu)部分，檢測儀的電器部分由靶式應變傳感器、壓力傳感器和數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板組成，檢測儀的實體結(jié)構(gòu)部分由圓柱管和接箍組成，檢測儀中的圓柱管和接箍的外徑與油管一樣，接箍通過兩端的內(nèi)螺紋分別與油管和圓柱管連接；接箍安裝在圓柱管兩端；所述檢測儀的圓柱管上設有導線孔、電路板凹槽、導線出口、導線凹槽以及傳感器安裝孔，導線孔均勻地開設有在檢測儀的上中部，在檢測儀的外壁上開設有傳感器安裝孔，導線孔分別與對應的傳感器安裝孔相聯(lián)通；在傳感器安裝孔中相間地安裝有靶式應變傳感器或壓力傳感器，所述的兩種傳感器的導線分別通過導線孔引到檢測儀的上表面，并通過導線凹槽匯總連接到放置于電路板凹槽內(nèi)的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板上；數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板用于控制流量、流速、壓力的采集時間，并將采集的數(shù)據(jù)進行濾波、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換和串行數(shù)據(jù)傳輸；數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板上還安裝有數(shù)據(jù)傳輸部件的驅(qū)動模塊；所述的數(shù)據(jù)傳輸部件包括電纜線和驅(qū)動模塊，井下檢測儀發(fā)出的數(shù)據(jù)由驅(qū)動模塊驅(qū)動后經(jīng)電纜線傳輸?shù)骄希ㄟ^井上數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)的工控機對數(shù)據(jù)處理、存儲并顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤層氣排采井井底氣流上舉參數(shù)檢測裝置，其特征在于所述的檢測儀中的靶式應變傳感器，由Φ5. Omm靶頭、線性彈變梁和應變片組成，通過檢測靶式應變傳感器的應變片組成橋式電路的電壓變化，測出在混有煤粉水中的泡狀與段塞狀氣體的體積流速；壓力傳感器采用電容式壓力傳感器，用于檢測井下不同深度的壓力大小，通過壓力數(shù)據(jù)間接計算井中流體的密度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤層氣排采井井底氣流上舉參數(shù)檢測裝置，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板中設有多路轉(zhuǎn)換開關、濾波電路、放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機微處理器和串行數(shù)據(jù)傳輸電路，通過單片機微處理器對各傳感器的采集時間進行控制以及數(shù)據(jù)處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤層氣排采井井底氣流上舉參數(shù)檢測裝置，其特征在于所述的檢測儀的實體結(jié)構(gòu)中圓柱管在各個傳感器與電路板連接完成以后，先將所有導線孔、電路板凹槽、導線出口、導線凹槽以及傳感器安裝孔的位置全部用熱熔膠棒進行第一道密封，圓柱管通過與接箍連接，對上述所有的孔和凹槽形成第二道密封。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煤層氣排采井井底氣流上舉參數(shù)檢測裝置，包括井下檢測儀、數(shù)據(jù)傳輸部件和數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)，檢測儀設有電器和實體部分，電器部分設有靶式應變傳感器、壓力傳感器和數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板，實體部分由圓柱管和接箍組成，傳感器裝在圓柱管上，傳感器的導線由導線孔引到圓柱管上表面再匯總接到數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板上；數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換板中設有多路轉(zhuǎn)換開關、濾波、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換、單片機微處理器和串行數(shù)據(jù)傳輸電路，還裝有驅(qū)動模塊；數(shù)據(jù)傳輸部件有電纜線和驅(qū)動模塊，信息由驅(qū)動模塊驅(qū)動后經(jīng)電纜線傳輸?shù)骄?，通過數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)的工控機處理、存儲與顯示。本裝置適用于煤層氣的抽采，也適用于石油天然氣、頁巖氣和天然氣水合物的抽采開發(fā)。
文檔編號E21B47/00GK102966344SQ201210470839
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者王生維, 烏效鳴, 路桂英, 陶揚, 張峰, 李 瑞, 李炯 申請人:中國地質(zhì)大學(武漢)