煤层气无压井液面监测装置 技术领域 本发明涉及采油工程采气技术领域， 特别涉及一种自动监测煤层气无压井液面深 度的装置。
背景技术 在煤层气井开采初期， 需要根据井下水位的变化及时调整煤层气井工作参数， 因 此需要对煤层气井下液面进行监测。
在煤层气开采初期， 井口敞开与外部大气相通， 井内气体压力为零的煤层气井被 称为无压并。 对无压井进行井下液面监测， 大多通过人工制造声波， 由仪器传感接收反射声 波， 再通过产生的声波计算液面深度。现有液面监测装置中常采用油田用的子弹枪或者氮 气瓶， 通过人工击发火药声弹或释放部分氮气产生声波。
在实现本发明的过程中， 发明人发现现有技术至少存在以下问题 ： 现有液面监测 装置存在成本高、 运输保管不方便及存在安全隐患的缺陷， 由于煤层气新开井大多交通不 便， 井场条件有限， 现有技术还会消耗大量人力物力。
发明内容
本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷， 提供一种煤层气无压井液面监 测装置， 所述装置将煤层气井套管内的气体变换后产生次声波， 利用次声波计算井下液面 深度， 无需使用子弹枪或氮气瓶， 因而所述液面监测装置体积小、 便于携带、 使用方便、 成本 低、 易于维护、 操作安全并且使用过程中节省人力物力。
为了实现上述目的本发明采取的技术方案是 ：
一种煤层气无压井液面监测装置， 包括发声装置和信号采集与执行装置 ：
所述发声装置包括电源和微型压缩机， 所述电源与所述微型压缩机连接， 所述微 型压缩机设有出气口和采气口 ； 所述信号采集与执行装置包括端板， 所述端板上设有微音 器和控制系统， 所述微音器的输出端与所述控制系统的输入端连接， 所述控制系统的输入 端还与储气室压力传感器连接， 所述控制系统的输出端与排气电磁阀以及所述电源连接， 所述排气电磁阀的一端与所述端板连接， 并且与所述微音器位于所述端板的两侧， 所述排 气电磁阀的另一端与储气室连通， 所述储气室与所述储气室压力传感器连接， 所述储气室 设有进气口， 所述进气口与所述出气口连接。
所述发声装置还包括机箱， 所述电源与所述微型压缩机位于所述机箱内， 所述出 气口与所述采气口均设在所述机箱上。
所述机箱上设有控制信号插头， 所述电源通过所述控制信号插头与所述控制系统 输出端连接。
所述电源为充电电池。
所述机箱上设有充电插座， 所述充电插座与所述充电电池连接。
所述信号采集与执行装置还包括壳体， 所述端板位于所述壳体的一端， 所述储气室位于所述壳体的另一端， 所述微音器位于所述壳体外。
所述信号采集与执行装置还包括采气电磁阀， 所述采气电磁阀的一端与所述端板 连接， 所述采气电磁阀的另一端设有采气接口， 所述采气接口与所述采气口连接， 所述采气 电磁阀位于所述壳体内， 所述采气接口穿过所述壳体， 所述采气电磁阀与所述控制系统的 输出端连接。
所述信号采集与执行装置还包括井内压力传感器， 所述井内压力传感器与所述端 板连接并且与所述控制系统的输入端连接。
所述信号采集与执行装置还包括井口连接接口， 所述井口连接接口与所述端板连 接， 所述井口连接接口位于所述壳体外。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是 ： 通过微型压缩机将煤层气井套 管内的气体变换后产生次声波， 利用次声波计算井下液面深度， 无需使用子弹枪或氮气瓶， 大大减小了液面监测装置的体积， 使所述液面监测装置便于携带、 使用方便、 成本低、 易于 维护、 操作安全并且节省人力物力。 附图说明 图 1 是本发明实施例中提供的发声装置示意图 ；
图 2 是本发明实施例中提供的信号采集与执行装置示意图。
图中 ：
1、 井口连接接口， 2、 微音器， 3、 端板， 4、 控制系统， 5、 第一连接件， 6、 排气电磁阀， 7、 采气电磁阀， 8、 第二连接件， 9、 储气室压力传感器， 10、 储气室 ；
11、 采气接口， 12、 第三连接件， 13、 井内压力传感器， 14、 进气口， 15、 壳体， 16、 机 箱， 17、 控制信号插头， 18、 充电插座， 19、 电源， 20、 采气口 ；
21、 出气口， 22、 微型压缩机， 23、 发声装置， 24、 信号采集与执行装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。
实施例 1
参照图 1 和图 2， 本实施例提供了一种煤层气无压井液面监测装置， 包括发声装置 23 和信号采集与执行装置 24 ：
发声装置 23 包括电源 19 和微型压缩机 22， 电源 19 与微型压缩机 22 连接， 向微型 压缩机 22 供电， 微型压缩机 22 设有采气口 21 和出气口 20， 分别用于抽取气体和排放气体。 本实施例中采气口 20 与高压导管连接， 所述高压导管下放至井下， 微型压缩机 22 通过所述 高压导管抽取井下气体， 这只是本发明实施例抽取气体的一种方式， 并不用于限制本发明。
信号采集与执行装置 24 包括端板 3、 微音器 2、 控制系统 4、 排气电磁阀 6、 储气室 压力传感器 9 以及储气室 10。微音器 2 和控制系统 4 设在端板 3 上， 微音器 2 的输出端与 控制系统 4 的输入端连接， 控制系统 4 的输入端还与储气室压力传感器 9 连接， 控制系统 4 的输出端与排气电磁阀 6 以及电源 19 连接， 排气电磁阀 6 的一端通过第一连接件 5 与端板 3 连接， 并且第一连接件 5 穿过端板 3， 排气电磁阀 6 与微音器 2 位于端板 3 的两侧， 排气电磁阀 6 的另一端通过第二连接件 8 与储气室 10 连接并与储气室 10 连通， 储气室压力传感 器 9 与储气室 10 连接， 储气室 10 设有进气口 14， 进气口 14 通过高压导管与出气口 21 连 接。
工作时， 将发声装置 23 和信号采集与执行装置 24 一同放置在井口， 端板 3 设有微 音器 2 的一端朝向井下放置， 控制系统 4 控制电源 19 开启， 电源 19 开启后启动微型压缩机 22， 通过采气口 20 抽取井下套管内的气体， 压缩后通过出气口 21 向储气室 10 充气， 气体经 出气口 21、 所述高压导管、 进气口 14 不断进入储气室 10， 储气室 10 内形成高压， 储气室压 力传感器 9 随时监测储气室 10 内的压力并将压力数据传输给控制系统 4， 当控制系统 4 监 测到储气室 10 内的压力达到预设压力值时， 控制系统 4 控制电源 19 关闭， 并控制排气电磁 阀 6 开启， 排气电磁阀 6 开启后将储气室 10 内的压缩气体快速释放到煤层气井套管内， 井 口煤层气井套管内的气体在井口处瞬间发生压缩， 产生压缩冲击波， 所述压缩冲击波为次 声波， 所述次声波脉冲沿套管环空向井下传播， 遇到气液界面产生反射声波脉冲， 微音器 2 接收所述反射声波脉冲并将其转换成电信号发送给控制系统 4， 控制系统 4 根据所述电信 号提供的声波速度及所述声波从液面反射回来所用的时间计算出液面深度。
本实施例中的预设压力值为 10 个大气压， 所述预设压力值可以根据不同的井况 设置， 并不用于限制本发明。 本实施例的控制系统 4 使用的是 16 位单片机 87C196， 控制系统 4 也可以使用 PLC(Programmable Logic Controller， 可编程控制器 ) 等控制装置， 并不用于限制本发明。
本实施例中所采用的微音器 2 为专利号为 200720013187.4 的声波接收传感器， 本 发明实施例还可以使用其他形式的声波接收传感器， 本实施例所使用的声波接收传感器并 不用于限制本发明。
本发明实施例通过微型压缩机将煤层气井套管内的气体压缩后重新释放回煤层 气井套管内， 使井口煤层气井套管内的气体瞬间发生压缩产生次声波， 利用次声波计算井 下液面深度， 无需使用子弹枪或氮气瓶， 大大减小了液面监测装置的体积， 使所述液面监测 装置便于携带、 使用方便、 成本低、 易于维护、 操作安全并且节省人力物力。
实施例 2
本实施例以实施例 1 为基础， 与实施例 1 的区别在于 ：
参照图 1， 本实施例提供的煤层气无压井液面监测装置， 发声装置 23 还包括机箱 16， 电源 19 与微型压缩机 22 放置在机箱 16 内， 出气口 21 与采气口 20 均设在机箱 16 上， 从而方便与高压导管连接。
机箱 16 的设置方便了发声装置 23 的携带与运输， 同时机箱 16 对内部的电源 19 及微型压缩机 22 能起到很好的保护作用。
机箱 16 上设有控制信号插头 17， 控制信号插头 17 与电源 19 连接， 控制信号插头 17 与控制系统 4 输出端的连接线连接， 从而实现了电源 19 与控制系统 4 的输出端连接。
控制信号插头 17 的设置可以方便发声装置 23 与信号采集与执行装置 24 的连接 和拆卸， 使用时将控制系统 4 输出端的连接线插入控制信号插头 17， 不使用时将所述连接 线拔下， 方便分别携带和运输发声装置 23 和信号采集与执行装置 24。
为了满足电源 19 能够长时间支持工作， 本发明实施例所使用的电源 19 为充电电 池。 机箱 16 上设有充电插座 18， 充电插座 18 与所述充电电池连接， 方便给所述充电电池充
电。 参照图 2， 本发明实施例的信号采集与执行装置 24 还包括壳体 15， 端板 3 位于壳 体 15 的一端， 储气室 10 位于壳体 15 的另一端， 端板 3、 壳体 15 以及储气室 10 形成一个空 腔， 排气电磁阀 6 及储气室压力传感器 9 均位于所述空腔内， 微音器 2 位于壳体 15 外。
壳体 15 的设置方便了的信号采集与执行装置 24 的携带与运输， 同时壳体 15 对其 内部的构件能起到很好的保护作用。
实施例 3
本实施例以实施例 2 为基础， 与实施例 2 的区别在于 ：
参照图 1， 本实施例提供的煤层气无压井液面监测装置， 信号采集与执行装置 24 还包括采气电磁阀 7， 采气电磁阀 7 的一端通过第三连接件 12 与端板 3 连接， 第三连接件 12 穿过端板 3， 采气电磁阀 7 的另一端设有采气接口 11， 采气接口 11 通过高压导线与采气 口 20 连接， 采气电磁阀 7 位于壳体 15 内， 采气接口 11 穿过壳体 15， 采气电磁阀 7 与控制系 统 4 的输出端连接。
信号采集与执行装置 24 还包括井内压力传感器 13， 井内压力传感器 13 与端板 3 连接， 用于测试煤层气井套管内的压力， 井内压力传感器 13 与控制系统 4 的输入端连接， 能 够向控制系统 4 传输井内压力数据。
在本实施例中， 预先在控制系统 4 内设置监测时间， 例如每半小时测定一次， 测定 时间可根据井况设定， 井内压力传感器 13 将监测到的井内压力传输给控制系统 4， 如果所 述井内压力小于设定值， 则控制系统 4 控制电源 19 开启， 控制采气电磁阀 7 打开， 电源 19 开启后启动微型压缩机 22， 井下套管内的气体经采气电磁阀 7、 采气接口 11、 高压导管以及 采气口 20 进入微型压缩机 22， 微型压缩机 22 将所述气体压缩后， 通过出气口 21 向储气室 10 充气， 后续步骤与实施例 1 相同 ； 如果所述井内压力大于或等于设定值， 则所述控制系 统 4 控制采气电磁阀 7 及电源 19 关闭， 停止使用本实施例提供的煤层气无压井液面监测装 置， 改用现有的有压井液面监测装置。 用现有有压井液面监测装置测试液面高度时， 当压力 低于一临界值时将无法准确测出液面高度， 所述设定值为一大于或等于所述临界值的压力 值。
本实施例增加了井内压力传感器 13 和采气电磁阀 7， 控制系统 4 可以根据煤层气 井下压力情况调整所述煤层气无压井液面监测装置的工作状态， 在井下有压时， 控制所述 监测装置停止工作， 改用有压井液面监测装置， 由于有压井液面监测装置技术比较成熟、 结 构比较简单， 使用起来更加节省人力、 物力以及能源， 因而使用本实施例的煤层气无压井液 面监测装置能更好的节省整个煤层气井液面监测工作的人力、 物力以及能源。
信号采集与执行装置 24 还包括井口连接接口 1， 井口连接接口 1 为空心结构， 并与 端板 3 连接， 井口连接接口 1 位于壳体 15 外。
工作时， 将井口连接接口 1 通过螺纹连接固定到油井采油树套管阀门上， 方便了 信号采集与执行装置 24 与井口的连接与固定。
以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现， 控制软 件存储在控制系统 4 的存储芯片中， 数据分析程序存储在可读取的存储介质中， 存储介质 例如 ： 计算机中的硬盘。
以上所述仅为本发明的较佳实施例， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精神和
原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。