一种动态液面自动监测装置及其操作方法与流程

本发明属于采油工程地面自动控制技术领域，具体涉及一种动态液面自动监测装置及其操作方法。

背景技术：

目前，动液面的监测方式主要有下压力传感器测试、放空炮弹、气动声源测试等方式，由于压力传感器测试和放空炮测试存在操作不便、缺乏安全性和可靠性等问题，不适合用作动液面在线监测。综合各种因素，我们决定采用气动声源的液面在线监测技术。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种动态液面自动监测装置及其操作方法，可实现油井液面的实时准确测量，具备全自动监测数据收集的功能，并可实现一拖多的组网监测方式，根据现场井口实际数量灵活安装，安全、可靠、方便。

本发明采用以下技术方案：

一种动态液面自动监测装置，包括储气罐、增压泵和测试仪，所述储气罐的进气口与制氮机组连接，所述储气罐的出气口与所述增压泵连接，所述增压泵出口设置有若干管道，采用并联组网的方式与若干所述测试仪连接。

进一步的，所述储气罐顶部设置有用于压力测量的压力表，所述进气口设置在所述储气罐的左侧，所述出气口设置在所述储气罐的底部。

进一步的，所述储气罐内设置有传感器，所述传感器和所述储气罐顶部连接，用于测量储气罐的压力。

进一步的，所述增压泵设置有若干管道，每个所述管道分别经过一个电磁阀对应连接一个稳压气罐，每个所述稳压气罐对应连接一个所述测试仪，所述测试仪用于接收声脉冲转换成电信号并计算出液面深度。

进一步的，所述增压泵上设置有预留口，所述预留口用于连接所述测试仪。

本发明还公开了一种动态液面自动监测装置的操作方法，包括以下步骤：

s1、打开制氮机组，通过进气口向储气罐提供氮气；

s2、当步骤s1所述储气罐达到设定值时，启动增压泵向稳压气罐提供氮气；

s3、当步骤s2所述稳压气罐达到设定值时，所述制氮机组停止工作，测试仪进气阀瞬间打开，发出音爆；

s4、测试仪微音器接收反馈回来的声音信号，传输至单片机，采用频谱法计算声速值，对波形进行数据滤波处理，将所述声速值乘以时间得到液面深度数据并将实时液位数据传输至系统后台。

进一步的，步骤s4中，所述声速值计算如下：

声速值＝h×l×2

其中，l为当前平均管长，h为当前平均管长对应的频率点。

进一步的，确定系统采样频率，通过快速傅立叶变换将时域液面测试波形信号转换到频域，确定3～5个特征谱峰，计算加权平均频率点h。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明动态液面自动监测装置的储气罐通过增压泵采用并联组网的方式，分别连接若干测试仪，可根据现场井口实际数量灵活安装，结构简单，实现一拖多的组网监测方式，不需要采用笨重的氮气瓶，安全、可靠、方便，可以随时安装、随时拆卸，方便现场安装施工。

进一步的，设置压力表可以直观的实时监测压力。

进一步的，设置传感器能够根据压力数据可以自动控制制氮机组的启停。

进一步的，在每个管道设置电磁阀，在每个测试仪前均设置稳压气罐，稳压气罐起到了平衡压力的作用，避免压力波动。

本发明还公开一种动态液面自动监测装置的操作方法，制氮机组通过进气口向储气罐提供氮气，当储气罐达到设定值时增压泵启动，当稳压气罐达到设定值时制氮机组停止工作，测试仪进气阀瞬间打开，发出音爆，测试仪微音器接收反馈回来的声音信号，传输至单片机，进行数据处理分析，将实时液位数据传输至系统后台，利用氮气和增压装置产生一个高压气源，将高压气体突然释放到井口环空内，产生压缩冲击波，由微音器组件接收声波脉冲转换成电信号，通过控制电路进行数字处理，自动计算出液面深度。

进一步的，计算声速避免了人为确定节箍位置的误差。结合油井内气体声波频谱，通过软件自动跟踪算法，对波形进行数据滤波处理，可以精确计算液面深度。

综上所述，本发明动态液面自动监测装置采用惰性气体氮气作为发声源，由外向内充气方式测量，符合安全环保要求，适合0-5mpa压力的井口，监测范围广，满足油田各种井况需求。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明监测装置结构示意图。

其中：1.压力表；2.传感器；3.进气口；4.储气罐；5.增压泵；6.电磁阀；7.预留口；8.出气口；9.稳压气罐；10.测试仪。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种动态液面自动监测装置，采用接箍法计算液面深度，结合频谱分析及软硬件的数字信号处理技术，对波形进行数据处理，可以精确计算液面深度。

请参阅图1，本发明动态液面自动监测装置包括储气罐4、增压泵5和测试仪10，所述储气罐4的进气口3与制氮机组连接，所述储气罐4的出气口8与所述增压泵5连接，所述增压泵5采用并联组网的方式，经过稳压气罐9与所述测试仪10连接。

所述储气罐4顶部设置有压力表1用于进行压力测量，所述进气口3设置在所述储气罐4的左侧，所述出气口8设置在所述储气罐4的底部，所述储气罐4内设置有传感器2，传感器2和储气罐4顶部连接，用于测量储气罐的压力。

所述增压泵5设置有若干管道，每个所述管道经过一个电磁阀6对应连接一个稳压气罐9，每个所述稳压气罐9对应连接一个测试仪10，测试仪10接收声脉冲转换成电信号，通过控制电路进行数字处理，自动计算出液面深度。

所述增压泵5上设置有预留口7，预留口7可以根据现场井口实际数量增加测试仪。

本发明动态液面自动监测装置的操作方法具体如下：

s1、打开制氮机组，通过进气口向储气罐提供氮气；

s2、当步骤s1所述储气罐达到设定值时，启动增压泵向稳压气罐提供氮气；

s3、当步骤s2所述稳压气罐达到设定值时，所述制氮机组停止工作，测试仪进气阀瞬间打开，发出音爆；

s4、测试仪微音器接收反馈回来的声音信号，传输至单片机，采用频谱法计算声速值，对波形进行数据滤波处理，将所述声速值乘以时间得到液面深度数据并将实时液位数据传输至系统后台。

步骤s4中，确定系统采样频率，通过快速傅立叶变换将时域液面测试波形信号转换到频域，确定3～5个特征谱峰，计算加权平均频率点h，所述声速值计算如下：

声速值＝h×l×2

其中，l为当前平均管长，h为当前平均管长对应的频率点。

液面深度按传统方法计算会存在误差，因为环空内声波声速不恒定，所以参与计算的声速值采用频谱法。通过快速傅立叶变换求信号功率谱，找到特征谱峰，假设系统采样频率，计算加权平均频率点。

上述方法计算声速避免了人为确定节箍位置的误差。结合油井内气体声波频谱，通过软件自动跟踪算法，对波形进行数据滤波处理，可以精确计算液面深度。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。