一种隔水管气侵监测装置及方法与流程

本发明涉及石油开采技术领域，具体涉及一种隔水管气侵监测装置及方法。

背景技术：

在石油钻井过程中，井喷事故不可避免。为了加强对井喷事故的风险监控，必须进行气侵监测，通过气侵监测对井涌、溢流和井喷的发生采取提前预测。目前海上气侵监测方法中包括隔水管气侵监测，气侵监测点选取在隔水管上，气侵监测设备设置于隔水管底部的管壁上，水上部分设置有用于控制和显示的地面主机，气侵监测设备的水上设备和水下设备之间是通过电缆连接，电缆同时沿着隔水管管壁安装，不仅提供电力，而且还作为信号传输通道。水上设备和水下设备之间通过线缆连接的方式，保证了水下设备的电力供电，但是存在以下问题：电缆随隔水管下入深水的过程耗时且繁琐。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种隔水管气侵监测装置及方法，在保证水下设备的电力供电的基础上，用以解决连接水上设备和水下设备的线缆的安装繁琐、耗时费力的问题。

本发明提供一种隔水管气侵监测装置，包括地面主机、数据采集与传输系统和电力供应系统，所述数据采集与传输系统包括水声通讯装置、水下主机、信号转换器和超声波装置，所述水声通讯装置包括水声通讯水上部件和水声通讯水下部件，所述水声通讯水上部件与所述水声通讯水下部件通过无线连接；所述地面主机和所述水声通讯水上部件均用于设置于水面以上，所述水声通讯水上部件与所述地面主机通过有线连接；所述水声通讯水下部件、所述水下主机、所述信号转换器和所述超声波装置均用于设置于水下，所述超声波装置与所述信号转换器之间、所述信号转换器与所述水下主机之间、所述水下主机与所述水声通讯水下部件依次通过有线相连；所述电力供应系统与所述数据采集与传输系统通过导线相连。

进一步，所述电力供应系统包括供电开关、远程唤醒装置和电池组，所述远程唤醒装置内置有电源，所述电池组与所述供电开关之间通过导线相连，所述供电开关与所述超声波装置之间、所述电池组与所述水下主机之间均通过导线相连；所述远程唤醒装置内置有通讯接口，所述远程唤醒装置的通讯接口通过通信线与所述水声通讯水下部件相连，所述远程唤醒装置通过有线与所述供电开关相连。

进一步，所述超声波装置包括超声波发送探头和超声波接收探头，所述超声波发送探头和所述超声波接收探头分别设置于隔水管的外壁上且位于隔水管同一横截面内；所述超声波发送探头与所述供电开关通过导线相连，所述超声波接收探头与所述信号转换器通过数据线相连。

进一步，所述信号转换器包括通过有线相连的多普勒信号转化器和数字信号转化器，所述多普勒信号转化器与所述超声波装置通过有线相连，所述数字信号转化器与所述水下主机通过有线相连。

本发明还涉及一种隔水管气侵监测方法，采用上述的隔水管气侵监测装置，所述气侵监测方法包括以下步骤：

步骤s1：将所述数据采集与传输系统和供电开关、远程唤醒装置及电池组设置于隔水管水下部分的管壁上，且所述电池组与所述供电开关之间通过导线相连，所述供电开关与所述超声波装置之间、所述电池组与所述水下主机之间均通过导线相连、所述远程唤醒装置的通讯接口通过通信线与所述水声通讯水下部件相连，所述远程唤醒装置通过有线与所述供电开关相连；所述超声波装置包括超声波发送探头和超声波接收探头，所述超声波发送探头和所述超声波接收探头分别设置于隔水管的外壁上且位于隔水管同一横截面内；所述超声波发送探头与所述供电开关通过导线相连，所述超声波接收探头与所述信号转换器通过数据线相连；

步骤s2：所述地面主机向所述水声通讯水上部件发送供电开关唤醒信号，

所述供电开关唤醒信号通过无线发送至所述水声通讯水下部件，

所述水声通讯水下部件将所述供电开关唤醒信号传送至所述远程唤醒装置；

所述远程唤醒装置接受到所述供电开关唤醒信号，立即向所述供电开关发出供电启动信号；

所述供电开关接受到所述供电启动信号，闭合开关；

所述超声波装置和所述水下主机同时通电，所述水下主机由休眠状态转变为被唤醒状态；

步骤s3：所述超声波装置通电后，所述超声波发送探头立即发送超声波；

所述超声波接收探头采集所述隔水管内的超声波信号并将该超声波回波信号发送至所述信号转换器；

步骤s4：所述信号转换器将超声波信号转化为数字信号，并将所述数字信号传送至所述水下主机；

步骤s5：所述水下主机将所述数字信号传送至所述水声通讯水下部件；

所述水声通讯水下部件接受所述数字信号，并将所述数字信号经无线发送至所述水声通讯水上部件；

所述水声通讯水上部件将所述数字信号发送至所述地面主机。

进一步地，所述信号转换器包括多普勒信号转化器和数字信号转化器，且所述多普勒信号转化器和所述数字信号转化器通过有线连接，所述步骤s4包括以下步骤：

步骤s41：所述多普勒信号转化器将超声波信号转化为多普勒信号，并将所述多普勒信号传送至所述数字信号转化器；

步骤s42：所述数字信号转化器将多普勒信号转化为数字信号，并将所述数字信号传送至所述水下主机。

进一步地，所述水下主机与所述超声波装置之间通过有线连接，所述超声波接收探头接收超声波的频率受所述水下主机控制；所述水下主机处于所述被唤醒状态时，所述水下主机具有低采样率模式和高采样率模式两种工作模式，且所述低采样率模式和所述高采样率模式随着钻头深入地层的深度变化而切换，当钻进至非储层的高风险层之前，所述水下主机调节为低采样率模式，所述水下主机控制所述超声波接收探头低频率接收超声波；当钻进至非储层的高风险层及储层时，所述水下主机调节为高采样率模式，所述水下主机控制所述超声波接收探头高频率接收超声波。

本发明的有益效果是：

本发明公开的隔水管气侵监测装置及方法，该隔水管气侵监测装置将水声通讯装置设计为水声通讯水上部件和水声通讯水下部件两部分，且水声通讯水上部件与水声通讯水下部件通过无线连接，再通过电力供应系统为水下主机和超声波装置供电，保障了水下设备的电力供应；该气侵监测方法包括以下步骤：首先通过超声波装置于隔水管内发出超声波信号和采集该超声波信号，再由信号转换器将该超声波信号转化为数字信号，通过水下主机将数字信号传送至水声通讯水下部件，并通过无线将数字信号发送至水声通讯水上部件，最后传送至地面主机。本发明公开的隔水管气侵监测装置及方法，由供电开关、远程唤醒装置和电池组组成的电力供应系统，为水下主机和超声波装置供电，保证了水下设备的电力供应；水上设备和水下设备之间没有采用电缆连接，而是水上设备和水下设备之间采用水声通讯双向传输的方法，避免了电缆随隔水管下水安装，减轻了安装难度，节省了线缆的安装时间，减少了人力消耗，提高了气侵监测效率。

附图说明

图1为本发明提供的隔水管气侵监测装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

实施例1提供一种隔水管气侵监测装置，下面对其结构进行详细描述。

参考图1，为保证隔水管气侵监测装置的水下设备的电力供应，该隔水管气侵监测装置除了包括地面主机1和数据采集与传输系统之外，还包括电力供应系统，其中地面主机1设置于地面，用于显示超声波的数字信号和控制其他设备；数据采集与传输系统用于发射、接收超声波，并将超声波信号转化为数字信号；电力供应系统用于为水下设备提供电力。

数据采集与传输系统包括水声通讯装置2、水下主机3、信号转换器4和超声波装置5，水声通讯装置2包括水声通讯水上部件21和水声通讯水下部件22，水声通讯水上部件21设置于地面，且与水声通讯水下部件22通过无线连接实现双向传输；地面主机1和水声通讯水上部件21均用于设置于水面以上，水声通讯水上部件21与地面主机1通过有线连接；水声通讯水下部件22、水下主机3、信号转换器4和超声波装置5均用于设置于水下，超声波装置5与信号转换器4之间、信号转换器4与水下主机3之间、水下主机3与水声通讯水下部件22依次通过有线相连。其中，水下主机3未通电时，处于休眠状态；当水下主机3通电后，处于被唤醒状态。

作为一种具体的实施方式，超声波装置5包括超声波发送探头和超声波接收探头，超声波发送探头和超声波接收探头分别设置于隔水管的外壁上且位于隔水管同一横截面内；超声波发送探头与供电开关6通过导线相连，超声波接收探头与信号转换器4通过数据线相连。

作为一种具体的实施方式，信号转换器4包括通过有线相连的多普勒信号转化器41和数字信号转化器42，多普勒信号转化器41与超声波装置5通过有线相连，数字信号转化器42与水下主机3通过有线相连。具体的，多普勒信号转化器41可以为dsp模块，数字信号转化器42可以为a/d模块。

进一步地，电力供应系统包括供电开关6、远程唤醒装置7和电池组8，远程唤醒装置7为低功耗设备，内置有电源为其供电；电池组8由多个高容量电池组成，且与供电开关6之间通过导线相连；供电开关6与超声波装置5之间、电池组8与水下主机3之间均通过导线相连；远程唤醒装置7内置有通讯接口，远程唤醒装置7的通讯接口通过通信线与水声通讯水下部件22相连，远程唤醒装置7通过有线与供电开关6相连。

其中，水声通讯水下部件22向远程唤醒装置7发送供电开关唤醒信号，远程唤醒装置7接收到供电开关唤醒信号，立即控制供电开关6的启动；

供电开关6控制电池组8为水下主机3、超声波装置5供电通路的断开与闭合，实现对水下主机3、超声波装置5的供电供应；

超声波装置5供电后，超声波发送探头开始发射超声波，超声波传感器固定在隔水管外壁表面，超声波首先穿过隔水管管壁进入隔水管内部，遇到环空中的固体颗粒或气泡则发生反射，反射的超声波再次穿过隔水管壁面由超声波接收探头接收；

信号转换器4将超声波信号先转化为多普勒信号，再将多普勒信号转化为数字信号；水下主机3将数字信号传送至水声通讯水下部件22；水声通讯水下部件22接受数字信号，并将数字信号经无线发送至水声通讯水上部件21；水声通讯水上部件21将数字信号发送至地面主机1

实施例2

实施例2提供一种隔水管气侵监测方法，采用上述的隔水管气侵监测装置，隔水管气侵监测方法包括以下步骤：

步骤s1：将数据采集与传输系统和供电开关6、远程唤醒装置7及电池组8设置于隔水管水下部分的管壁上，且电池组8与供电开关6之间通过导线相连，供电开关6与超声波装置5之间、电池组8与水下主机3之间均通过导线相连、远程唤醒装置7的通讯接口通过通信线与水声通讯水下部件22相连，远程唤醒装置7通过有线与供电开关6相连；超声波装置5包括超声波发送探头和超声波接收探头，超声波发送探头和超声波接收探头分别设置于隔水管的外壁上且分别位于隔水管横截面的两端；超声波发送探头与供电开关6通过导线相连，超声波接收探头与信号转换器4通过数据线相连；

步骤s2：地面主机1向水声通讯水上部件21发送供电开关唤醒信号，

供电开关唤醒信号通过无线发送至水声通讯水下部件22，

水声通讯水下部件22将供电开关唤醒信号传送至远程唤醒装置7；

远程唤醒装置7接受到供电开关唤醒信号，立即向供电开关6发出供电启动信号；

供电开关6接受到供电启动信号，闭合开关，电池组8与超声波装置5之间、电池组8与水下主机3之间连通的导线接通；

超声波装置5和水下主机3同时通电；

步骤s3：超声波装置5通电后，超声波发送探头立即发送超声波；

超声波接收探头采集隔水管内的超声波信号并将该超声波回波信号发送至信号转换器4；

步骤s4：信号转换器4将超声波信号转化为数字信号，并将数字信号传送至水下主机3；

步骤s5：水下主机3将数字信号传送至水声通讯水下部件22；

水声通讯水下部件22接受数字信号，并将数字信号经无线发送至水声通讯水上部件21；

水声通讯水上部件21将数字信号发送至地面主机1。

优选地，信号转换器4包括通过有线相连的多普勒信号转化器41和数字信号转化器42，

步骤s4包括以下步骤：

步骤s41：多普勒信号转化器41将超声波信号转化为多普勒信号，并将多普勒信号传送至数字信号转化器42；

步骤s42：数字信号转化器42将多普勒信号转化为数字信号，并将数字信号传送至水下主机3。

优选地，水下主机3与超声波装置5之间通过有线连接，超声波接收探头接收超声波的频率受水下主机3控制；水下主机3处于被唤醒状态时，水下主机3具有低采样率模式和高采样率模式两种工作模式，且低采样率模式和高采样率模式随着钻头深入地层的深度变化而切换，当钻进至非储层的高风险层之前，水下主机3调节为低采样率模式，水下主机3控制超声波接收探头低频率接收超声波；当钻进至非储层的高风险层及储层时，水下主机3调节为高采样率模式，水下主机3控制超声波接收探头高频率接收超声波。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。