多相流管道泥砂颗粒含量与冲蚀监测预警装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种多相流管道泥砂颗粒含量与冲蚀监测预警装置及方法，该系统包括信号感受单元、信号采集单元和信号处理单元，所述信号感受单元包括可测量所述多相流管道壁面厚度变化的防爆主动超声传感器、可测量所述管道内泥砂颗粒含量的超声振动传感器；所述信号采集单元用于所述信号感受单元测量的超声振动信号；所述信号处理单元对所述超声信号进行分析，以判断所述管道的冲蚀量，对所述振动信号进行分析，以判断所述多相流的泥砂颗粒含量，进一步地，冲蚀量与泥砂颗粒含量相互校正，提高泥砂颗粒含量与冲蚀监测的精度。本发明专利技术的多相流管道泥砂颗粒含量与冲蚀监测预警装置具有较高的管道泥砂含量与冲蚀量的监测精度。有较高的管道泥砂含量与冲蚀量的监测精度。有较高的管道泥砂含量与冲蚀量的监测精度。

【技术实现步骤摘要】
多相流管道泥砂颗粒含量与冲蚀监测预警装置及方法


[0001]本专利技术涉及海上和陆地油气田开发和地面集输的出砂综合管理领域，具体涉及多相流管道泥砂颗粒含量与冲蚀监测预警装置及其分析方法。

技术介绍

[0002]油气井出砂问题是困扰疏松砂岩油藏安全高效开发的重大难题之一，出砂危害往往给油气水多相流的生产带来挑战，特别是连续砂粒撞击会造成井下、地面设备冲蚀受损，乃至关井停产，带来经济损失。出砂过程中，砂粒往往伴随产出的油气水多相流举升至井口地面管道，砂粒常对管道弯头造成冲蚀伤害。实时掌握管道泥砂颗粒含量和冲蚀状况，可以确定可接受出砂量的最高水平，以制定有效的携砂生产策略，最大限度的保障产能。如何从复杂的油气水多相流动噪声中有效的辨识微细砂粒碰撞管壁激励的声振响应特征，是决定多相流管道砂粒含量和冲蚀量监测是否准确的关键。
[0003]鉴于上述多相流管道泥砂颗粒含量与冲蚀监测难题，CN111198231A公开了一种油气管道出砂量监测实验装置，包括信号感受单元、信号采集单元和信号处理单元，所述信号感受单元包括可利用声信号汇聚原理聚集管道发出的声信号的声信号感受组件，压力测量组件，流速测量组件，以及温度测量组件；所述信号采集单元用于采集所述信号感受单元测量的声信号、压力信号、流速信号和温度信号；所述信号处理单元对所述声信号、压力信号、流速信号和温度信号进行分析，以判断所述油气管道内的出砂量。该专利技术专利还无法实现监测冲蚀量，也不能通过冲蚀量与泥砂颗粒含量的监测结果相互验证，难以实现监测精度的在线提升。
[0004]专利CN111720108A公开了一种油气井出砂冲蚀预警及监测装置，其包括仪表法兰、传压杆和监测头，传压杆的上端密封固定安装在仪表法兰下端内侧，传压杆的下端与监测头的上部固定安装在一起，在传压杆内设置有与仪表法兰内孔连通的传压中心孔，在监测头上设置有与传压中心孔连通的传压通道。该专利技术结构合理而紧凑，使用方便，实现对高压高产油气井出砂冲蚀现象的及时预警及监测功能，然后该专利，主要是一种侵入式的冲蚀监测方法，尚不能满足冲蚀量和泥砂含量的非植入式监测。
[0005]本专利技术的目的在于提供一种能够适用于油气生产过程中砂粒和管壁冲蚀情况的在线检测系统，特别是地面多相流输运管道中含砂和冲蚀的在线定量监测，提供一种多相流管道泥砂颗粒含量与冲蚀监测预警装置及方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对上述多相流管道砂粒和冲蚀监测系统及方法，无法实现冲蚀量与泥砂颗粒含量非植入式监测及提高监测精度的问题，提供一种多相流管道泥砂颗粒含量与冲蚀监测装置及方法，具有较高的监测精度。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种多相流管道泥砂颗粒含量与冲蚀监测预警装置，包括：
[0009]信号感受单元：包括可利用lamb波测量所述多相流管道壁厚变化的防爆主动超声传感器组件；可检测所述管道中泥砂颗粒含量和多相流流速的超声振动组件；所述超声振动组件包括可测量管道中泥砂颗粒冲击管壁振动信号的防爆振动传感器，及可发射超声信号的防爆主动超声传感器；
[0010]信号采集单元：用于采集所述信号感受单元测量的超声信号和振动信号；所述信号采集单元与分别与所述超声信号收发组件及振动信号感受组件电性连接；进一步包括可限制所述信号采集单元接收的能量在安全范围内的安全栅模块；所述安全栅模块可在信号感受单元与信号处理单元间双向传递电信号；
[0011]信号处理单元：包括与所述信号采集单元电性连接的流速分析与优化模块、冲蚀量分析模块、泥砂颗粒含量分析模块及含砂量与冲蚀预警模块；所述流速分析与优化模块可对所述阵列信号进行分析以得到多相流实时流速；所述冲蚀量分析模块可对所述超声信号进行分析，以判断所述多相流管道的冲蚀量并优选冲蚀模型；所述泥砂颗粒含量分析模块可对所述振动信号进行分析，以判断所述多相流管道中的泥砂颗粒含量；所属含砂量与冲蚀预警模块可判断所述冲蚀量分析结果及所述泥砂颗粒含砂量分析结果是否超过警戒值。
[0012]作为优选，所述防爆主动超声传感器组件包括分别固定安装于所述管道弯头上、下游2倍弯头曲率半径处的一组超声收发传感器；所述安装于管道上游的超声信号传感器可发射沿弯管壁面传播的超声信号，并被所述安装于管道下游的超声信号传感器接收；相似地，所述下游超声信号传感器可发射超声信号，并被所述上游超声信号传感器接收。
[0013]作为优选，所述超声信号发射组件固定安装于所述管道弯头45
°
的内侧；所述超声信号发射组件超声信号发射频率为1次/分钟；进一步地，所述振动信号感受组件测量所述管道内多相流体冲击管壁信号发生突变时，所述超声信号发射组件也发射超声信号；所述超声振动收发组合组件，能够测量多相流流速。
[0014]作为优选，所述振动信号感受组件固定安装于所述管道弯头45
°
的外侧；所述振动信号感受组件的采样频率为200kHz，测量所述管道内砂粒冲击信号的频率为12次/秒；进一步地，所述超声信号发射组件发射超声信号时，所述振动信号感受组件接收所述超声信号；所述信号采集单元能够将阵列信号转化为4
‑
20mA的电信号。
[0015]作为优选，所述信号处理单元包括：
[0016]初始化自检模块：用于完成所述多相流管道泥砂颗粒含量与冲击监测装置的参数初始化和自检；
[0017]参数设定模块：用于设置多相流管道参数、多相流参数、监测场景、报警参数等；所述多相流管道参数包括所述管道的直径、壁厚、管材、曲率半径等；所述多相流参数包括气速、液速、气液比等；所述监测场景指生产井的现场工况，如气井、油井、产水气井、产气油井等；所述报警参数包括壁厚、金属损失量、出砂率、出砂率等。
[0018]流速分析与优化模块：用于对所述多相流管道的阵列信号进行流型判断、扫频收发特征分析、与流量计数据对比校准，以判断所述多相流管道内流体的实时流速。
[0019]冲蚀量分析模块：用于对所述主动超声波信号进行解析，优选超声信号的发射频率，分析超声信号传播特征、超声信号接收特征及最优信噪比范围，以判断管道平均壁厚变化与冲蚀量，进一步优选冲蚀量模型。
[0020]泥砂颗粒含量分析模块：用于对所述振动信号进行变分模态分解，进一步进行RMS特征分析、峭度特征分析、赫斯特指数特征分析、能量熵特征分析，以建立含砂量计算模型，进一步分析砂粒信号的最优信噪比，以判断所述管道内的泥砂颗粒含量。
[0021]含砂量与冲蚀预警模块：用于判断所述冲蚀量分析结果及所述泥砂颗粒含砂量分析结果是否超过警戒值，若超过警戒值，发出警报。
[0022]一种多相流管道泥砂颗粒含量及冲蚀预警方法，利用前述的多相流管道泥砂颗粒含量与冲蚀监测装置进行监测与预警，包括以下步骤：
[0023]S1：对所述多相流管道泥砂颗粒含量与冲蚀监测装置进行初始化，并设置管道参数、多相流参数、监测场景参数及报警参数；
[0024]S2：对所述防爆主动超声传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多相流管道泥砂颗粒含量与冲蚀监测预警装置，其特征在于：包括：信号感受单元：包括可利用lamb波测量所述多相流管道壁厚变化的防爆主动超声传感器组件；可检测所述管道中泥砂颗粒含量和多相流流速的超声振动组件；所述超声振动组件包括可测量管道中泥砂颗粒冲击管壁振动信号的防爆振动传感器，及可发射超声信号的防爆主动超声传感器；信号采集单元：用于采集所述信号感受单元测量的超声信号和振动信号；所述信号采集单元与分别与所述超声信号收发组件及振动信号感受组件电性连接；进一步包括可限制所述信号采集单元接收的能量在安全范围内的安全栅模块；所述安全栅模块可在信号感受单元与信号处理单元间双向传递电信号；信号处理单元：包括与所述信号采集单元电性连接的流速分析与优化模块、冲蚀量分析模块、泥砂颗粒含量分析模块及含砂量与冲蚀预警模块；所述流速分析与优化模块可对所述阵列信号进行分析以得到多相流实时流速；所述冲蚀量分析模块可对所述超声信号进行分析，以判断所述多相流管道的冲蚀量并优选冲蚀模型；所述泥砂颗粒含量分析模块可对所述振动信号进行分析，以判断所述多相流管道中的泥砂颗粒含量；所属含砂量与冲蚀预警模块可判断所述冲蚀量分析结果及所述泥砂颗粒含砂量分析结果是否超过警戒值。2.根据权利要求1所述的多相流管道泥砂颗粒含量与冲蚀监测预警装置，其特征在于：所述防爆主动超声传感器组件包括分别固定安装于所述管道弯头上、下游2倍弯头曲率半径处的一组超声收发传感器；所述安装于管道上游的超声信号传感器可发射沿弯管壁面传播的超声信号，并被所述安装于管道下游的超声信号传感器接收；相似地，所述下游超声信号传感器可发射超声信号，并被所述上游超声信号传感器接收。3.根据权利要求1所述的多相流管道泥砂颗粒含量与冲蚀监测预警装置，其特征在于：所述超声信号发射组件固定安装于所述管道弯头45
°
的内侧；所述超声信号发射组件超声信号发射频率为1次/分钟；进一步地，所述振动信号感受组件测量所述管道内多相流体冲击管壁信号发生突变时，所述超声信号发射组件也发射超声信号；所述超声振动收发组合组件，能够测量多相流流速。4.根据权利要求2所述的多相流管道泥砂颗粒含量与冲蚀监测预警装置，其特征在于：所述振动信号感受组件固定安装于所述管道弯头45
°
的外侧；所述振动信号感受组件的采样频率为200kHz，所述管道内砂粒冲击信号的测量频次为12次/秒；进一步地，所述超声信号发射组件发射超声信号时，所述振动信号感受组件接收所述超声信号；所述信号采集单元能够将阵列信号转化为4
‑
20mA的电流信号。5.根据权利要求1所述的多相流管道泥砂颗粒含量与冲蚀监测预警装置，其特征在于：所述信号处理单元包括：初始化自检模块：用于完成所述多相流管道泥砂颗粒含量与冲击监测装置的参数初始化和自检；参数设定模块：用于设置多相流管道参数、多相流参数、监测场景、报警参数等；所述多相流管道参数包括所述管道的直径、壁厚、管材、曲率半径等；所述多相流参数包括气速、液速、气液比等；所述监测场景指生产井的现场工况，如气井、油井、产水气井、产气油井等；所述报警参数包括壁厚、金属损失量、出砂率、出砂率等；流速分析与优化模块：用于对所述多相流管道的阵列信号进行流型判断、扫频收发特
征分析、与流量计数据对比校准，以判断所述多相流管道内流体的实时流速；冲蚀量分析模块：用于对所述主动超声波信号进行解析，优选超声信号的发射频率，分析超声信号传播特征、超声信号接收特征及最优信噪比范围，以判断管道平均壁厚变化与冲蚀...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锴，李祎宸，常子昂，付光明，王刚，刘刚，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：