一种煤层气智能测水装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种煤层气智能测水装置及方法，其中，装置包括水箱，水箱具有与煤层气井产水端连通的进水端，以及供水箱内的水排出的出水端，在进水端上装配有第一控制阀，出水端上装配有第二控制阀；在水箱内设置有对水箱中液位高度进行检测的液位检测器；以及用于采集液位检测器检测到的液位高度并记录液位检测器达到设定液位高度值所需要的时间，且控制上述第一控制阀、第二控制阀开启或关断的控制单元；控制单元连接有与外部形成通讯的通讯模块，以及用于显示数据的显示装置。本发明结构设计简单、合理且不会出现现有技术中采用水流量计带来的不必要麻烦，提升工作效率，以及保证了测量产水量的精准性。
【专利说明】
一种煤层气智能测水装置及方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种煤层气智能测水装置及方法。
【背景技术】
[0002]在煤层气的排采过程中，需要通过抽排煤层中的水以降低煤层压力从而使得煤层气可以解吸排出。因此需要通过对煤层产水量的采集来掌握煤层气井的生产状况，以保证煤层气井的正常生产运行。
[0003]另外，不同的煤层气井及其不同排采阶段，在水的抽排过程中，排水量的变化范围可能会比较大，且往往会伴随着气体及煤粉的排出。如果采用传统的水流量计，其量程范围通常无法覆盖不同煤层气井及不同排采阶段的水量变化范围；而且产出水中所带的煤粉可能会堵死水流量计，导致水计量不准或者仪表失效。
【发明内容】
[0004]针对上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种可在煤层气排采过程中有效测量产水量的煤层气智能测水装置及方法。
[0005]本发明目的一的技术方案如下:
[0006]—种煤层气智能测水装置，包括水箱，水箱具有与煤层气井产水端连通的进水端，以及供水箱内的水排出的出水端，在进水端上装配有控制从煤层气井产水端进入水箱中水的第一控制阀，出水端上装配有控制水箱内水流出的第二控制阀；
[0007]在水箱内设置有对水箱中液位高度进行检测的液位检测器；
[0008]以及用于采集液位检测器检测到的液位高度并记录液位检测器达到设定液位高度值所需要的时间，且控制上述第一控制阀、第二控制阀开启或关断的控制单元；
[0009]所述控制单元连接有与外部形成通讯的通讯模块，以及用于显示数据的显示装置。
[0010]进一步地，为了便于水箱内的气体的排出，所述水箱顶部连接有用于将水箱内气体排出的排气口。
[0011 ]进一步地，为了便于对煤层产水的浑浊度进行监测以及对水箱进行清洗，所述水箱内设置有用于检测水箱内水浑浊度的浑浊度传感器，在水箱上还连通有清水进水管，在清水进水管装配有控制外部水进入水箱中的第三控制阀，所述浑浊度传感器将检测的浑浊信号传输给控制单元，控制单元控制所述第三控制阀的开启或关断。
[0012]进一步地，所述水箱内设置有液位开关，当水箱内的液位达到设定液位时，液位开关产生触发信号并将信号传输给控制单元，所述控制单元则向第二控制阀发出开启的信号。
[0013]本发明另一发明目的的技术方案如下:
[0014]—种煤层气智能测水方法，包括如下步骤，
[0015]SI，关断水箱出水端的第二控制阀，使水箱形成一个储水容器;开启煤层气井产水端与水箱中间的第一控制阀，使煤层气井产水端排出的水进入水箱中；
[0016]S2，煤层气井产水端的水进入水箱后，液位检测器对水箱内的液位进行检测并将检测到的液位信号传输给控制单元，在液位检测器开始检测液位时，控制单元开始计时；[00?7]当控制单元计时时间达到测量结束时间，控制单元记录水箱内的液位变化值，并根据如下公式计算出此次测量煤层气井产水端的产生量Q，
[0018]q = s*(H2-Hi)/(T2-Ti)，
[0019]其中，S为水箱的水平截面积，
[0020]T1为测量起始时间，
[0021]T2为测量结束时间，
[0022]扭为^时水箱内的液位高度，
[0023]出为^时水箱内的液位高度；
[0024]S3，在步骤S2中，控制单元计时时间达到测量结束时间并记录水箱内的液位变化值后，控制单元开启第二控制阀，排出水箱内的水，当达到下一次测量时间时，循环上述步骤S1、S20
[0025]在水箱内设置有液位开关，控制单元根据进入水箱内的水流量变化自动调整每次测量的持续时间；
[0026]当每次测量时，测量时间未达到测量结束时间，但是液位已经达到液位开关所处的位置，则控制单元控制第二电控阀开启，将水箱所蓄水放空;控制单元将测量时间开始至达到液位开关位置的时间间隔记录，并自动缩短下一次测量的测量时间，直至达到最小测量时间限定值;最小测量时间限定值对应液位开关位置的水量为该测水装置水流量的最大量程，即 Qmax = S*Hmax/Tmin ；
[0027I当每次测量时，测量时间已达到测量结束时间，但是液位没有达到最低液位的位置，控制单元则自动延长测量时间，直至液位达到最低液位所处的位置或者最大测量时间限定值;最大测量时间限定值对应的最低液位值为该测水装置水流量的最小量程，即Qmin=
S氺Hmin/Tmax ；
[0028]当水流量达到测水装置的最大或最小量程时，控制单元通过显示装置显示进行提示告警，同时通过通讯模块向上级控制设备上报相关状态。
[0029]还包括对水箱进行清洗的清洗步骤，该清洗步骤如下:
[0030](1)、将煤层气井产出端的水通过第一控制阀切换至旁通支路；
[0031 ] (2)、关闭第二控制阀，打开第三控制阀使清洗水通过清水进水管进入水箱中；
[0032](3)、当水箱内液位高度达到液位开关高度时，关闭第三控制阀；
[0033](4)、控制单元采集水箱内浑浊度传感器的数值，并打开第二控制阀将水箱内的水排出;
[0034](5)、若控制单元所采集到水箱内水的浑浊度值高于所设定的阈值时，则重复上述步骤(2)?(4)，直至水箱内浑浊度值低于所设定的阈值；
[0035](6)、将煤层气井产出水通过第一控制阀切换至水箱进水端，恢复煤层气井测水计量。
[0036]还包对煤层气井产水的浑浊度进行测量的步骤，该浑浊度测量步骤如下:
[0037]a、测量煤层气井产水浑浊度前，先按照清洗步骤自动清洗水箱，以避免水箱内煤粉残留物对测量的影响；
[0038]b、水箱自动清洗完毕后，煤层气井产水通过第一控制阀切换至水箱进水端，关闭第二控制阀，水箱开始对煤层气井产水进行蓄存；
[0039 ] c、当水箱内液位高度达到液位开关高度时，控制单元采集并记录浑池度传感器的数值，该数值即为当前煤层气井产水的浑浊度；
[0040]d、当煤层气井水浑浊度超过所设定的阈值时，控制单元通过显示装置显示进行提示告警，同时通过通讯模块向上级控制设备上报相关状态；
[0041 ] e、打开水箱出水端的第二控制阀，放空水箱内所蓄的水；
[0042]f、根据煤层气井产水浑浊度状况，自动调整水箱自动冲洗的频度。
[0043]采用了上述技术方案，在测量煤层气井产水量时，关闭第二控制阀，开启第一控制阀，这样煤层气井产水端排出的水通过水箱进水端进入水箱内，液位检测器对水箱内的水进行液位监测，且通过控制单元进行计时，通过采集水箱内的液位数据以及控制单元的时间记录，测算出煤层气排采过程中的产水量，所采集的数据通过通讯模块传输给上级控制设备，并通过显示装置进行显示；当采集的数据达到测水装置的最大或最小量程，控制单元通过显示装置显示进行提示告警，以提醒现场人员。另外，本发明测水装置及方法除了可以实现自动测量产水量，还可以对产水的浑浊度进行监测，以便及时掌握煤层气井的生产状况;并可根据煤粉产出量的情况，自动调整进行水箱清水冲洗，以保证测水装置工作在最佳状态，从而降低了人工现场维护的工作量及工作难度。本发明结构设计简单、合理且不会出现现有技术中采用水流量计带来的不必要麻烦，提升工作效率，以及保证了测量产水量的精准性。
【附图说明】
[0044]图1为本发明测水装置的示意图；
[0045]附图中，I为水箱，2为煤层气井产水端，3为进水端，4为出水端，5为第一控制阀，6为第二控制阀，7为液位检测器，8为控制单元，9为通讯模块，10为显示装置，11为排气口，12为浑浊度传感器，13为清水进水管，14为第三控制阀，15为液位开关，16为旁通支路。
【具体实施方式】
[0046]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047]参见图1，一种煤层气智能测水装置，包括一个封闭的水箱I，水箱具有与煤层气井产水端2连通的进水端3，以及供水箱内的水排出的出水端4，在进水端上装配有控制从煤层气井产水端进入水箱中水的第一控制阀5，出水端上装配有控制水箱内水流出的第二控制阀6;第二控制阀，平时处于常开状态，这样可以保持水的流动，避免煤粉在水箱内的沉积。当进行水流量的计量时，将第一控制阀关闭，水箱开始蓄水，控制单元采集液位的变化，同时计时。时间达到测量结束时间，控制器记录液位变化值，打开第二控制阀，将水箱内所蓄水放空，实现一次测水过程，当达到下一次测量时间时，循环上述步骤。
[0048]在水箱内设置有对水箱中液位高度进行检测的液位检测器7;液位检测器可以采用液位传感器;或者另一优选方案，采用压力传感器，通过压力变化折算为液位变化;或者另一优选方案，采用称重传感器来记录测量时间段内水量的变化，用于检测水箱内液位的变化，从而计算出水流量值。
[0049]以及用于采集液位检测器检测到的液位高度并记录液位检测器达到设定液位高度值所需要的时间，且控制上述第一控制阀、第二控制阀开启或关断的控制单元8;控制单元可采用可编程控制器或控制模块的组合来实现；
[0050]控制单元连接有与外部形成通讯的通讯模块9，通讯模块可以为无线或有线或蓝牙等方式，以及用于显示数据的显示装置10，显示装置可以为液晶显示屏(触摸式)或数字显示器等等，显示产水量、浑浊度数值及相关状态变化，并通过通讯接口向上级控制设备上报测量数值及状态;控制单元则采集装置内的各传感器数值、计算以及控制阀的工作状态；水箱顶部连接有用于将水箱内气体排出的排气口 11，便于水箱内的气体排出。
[0051]水箱内设置有用于检测水箱内水浑浊度的浑浊度传感器12，可测量水箱内水的浑浊度变化，一方面可以用来检测水箱本身受煤粉的污染程度，以决定是否进行水箱的自动清洗;另一方面可以用来检测煤层气井产出水的浑浊度，以便排采人员及时掌握煤层气井的状况变化。在水箱上还连通有清水进水管13，在清水进水管装配有控制外部水进入水箱中的第三控制阀14，浑浊度传感器将检测的浑浊信号传输给控制单元，控制单元控制第三控制阀的开启或关断。当水箱内浑浊度高于设定值时，便会开启第三控制阀使外部的清水进入水箱中对水箱内进行清洗，如果需要增加水箱冲洗力度，可以在清水进水管增加加压水栗，以增加清水进入水箱内的速度，以达到冲洗强度。
[0052]另外，水箱内设置有液位开关15，当水箱内的液位达到设定液位时，液位开关产生触发信号并将信号传输给控制单元，控制单元则向第二控制阀发出开启的信号。煤层气井产水端2连通有旁通支路16，在对水箱内进行清洗时，可以通过操纵第一控制阀来使煤层气井产出端的水切换至旁通支路中。
[0053]基于上面测水装置的煤层气智能测水方法，包括如下步骤，
[0054]SI，关断水箱出水端的第二控制阀，使水箱形成一个储水容器;开启煤层气井产水端与水箱中间的第一控制阀，使煤层气井产水端排出的水进入水箱中；
[0055]S2，煤层气井产水端的水进入水箱后，液位检测器对水箱内的液位进行检测并将检测到的液位信号传输给控制单元，在液位检测器开始检测液位时，控制单元开始计时；
[0056]当控制单元计时时间达到测量结束时间，控制单元记录水箱内的液位变化值，并根据如下公式计算出此次测量煤层气井产水端的产生量Q，
[0057]q = s*(H2-Hi)/(T2-Ti)，
[0058]其中，S为水箱的水平截面积，
[0059]T1为测量起始时间，
[0060]T2为测量结束时间，
[0061 ]扭为^时水箱内的液位高度，
[0062]出为^时水箱内的液位高度；
[0063]S3，在步骤S2中，控制单元计时时间达到测量结束时间并记录水箱内的液位变化值后，控制单元开启第二控制阀，排出水箱内的水，当达到下一次测量时间时，循环上述步骤S1、S20
[0064]在水箱内设置有液位开关，控制单元根据进入水箱内的水流量变化自动调整每次测量的持续时间；
[0065]当每次测量时，测量时间未达到测量结束时间，但是液位已经达到液位开关所处的位置，则控制单元控制第二电控阀开启，将水箱所蓄水放空;控制单元将测量时间开始至达到液位开关位置的时间间隔记录，并自动缩短下一次测量的测量时间，直至达到最小测量时间限定值;最小测量时间限定值对应液位开关位置的水量为该测水装置水流量的最大量程Qmax，
[0066]即Qmax = S*Hmax/Tmin;其中，S为水箱的水平截面积，Tmin为最小测量时间限定值，Hmax为水箱内设定的最尚液位；
[0067]当每次测量时，测量时间已达到测量结束时间，但是液位没有达到最低液位的位置，控制单元则自动延长测量时间，直至液位达到最低液位所处的位置或者最大测量时间限定值;最大测量时间限定值对应的最低液位值为该测水装置水流量的最小量程Qmin，即Qmin = S*Hmin/Tmax ;其中，S为水箱的水平截面积，Tmax为最大测量时间限定值，Hmin为水箱内设定的最低液位；
[0068]当水流量达到测水装置的最大或最小量程时，控制单元通过显示装置显示进行提示告警，同时通过通讯模块向上级控制设备上报相关状态。
[0069]还包括对水箱进行清洗的清洗步骤，该清洗步骤如下:
[0070](1)、将煤层气井产出端的水通过第一控制阀切换至旁通支路；
[0071 ] (2)、关闭第二控制阀，打开第三控制阀使清洗水通过清水进水管进入水箱中；
[0072](3)、当水箱内液位高度达到液位开关高度时，关闭第三控制阀；
[0073](4)、控制单元采集水箱内浑浊度传感器的数值，并打开第二控制阀将水箱内的水排出;
[0074](5)、若控制单元所采集到水箱内水的浑浊度值高于所设定的阈值时，则重复上述步骤(2)?(4)，直至水箱内浑浊度值低于所设定的阈值；
[0075](6)、将煤层气井产出水通过第一控制阀切换至水箱进水端，恢复煤层气井测水计量。
[0076]还包对煤层气井产水的浑浊度进行测量的步骤，该浑浊度测量步骤如下:
[0077]a、测量煤层气井产水浑浊度前，先按照清洗步骤自动清洗水箱，以避免水箱内煤粉残留物对测量的影响；
[0078]b、水箱自动清洗完毕后，煤层气井产水通过第一控制阀切换至水箱进水端，关闭第二控制阀，水箱开始对煤层气井产水进行蓄存；
[0079 ] c、当水箱内液位高度达到液位开关高度时，控制单元采集并记录浑池度传感器的数值，该数值即为当前煤层气井产水的浑浊度；
[0080] d、当煤层气井水浑浊度超过所设定的阈值时，控制单元通过显示装置显示进行提示告警，同时通过通讯模块向上级控制设备上报相关状态；
[0081 ] e、打开水箱出水端的第二控制阀，放空水箱内所蓄的水；
[0082]f、根据煤层气井产水浑浊度状况，自动调整水箱自动冲洗的频度。
[0083]上煤层气智能测水方法，能够自动智能的对煤层产水量及浑浊度进行有效测量，以便及时掌握煤层气井的生产状况。同时，当出现煤粉产出量大的情况，可以自动控制对测水装置的水箱的清洗，避免了煤粉在水箱内的沉积，而影响测量的精准性，从而降低了人工现场维护的工作量及工作难度。
【主权项】
1.一种煤层气智能测水装置，其特征在于，包括水箱，水箱具有与煤层气井产水端连通的进水端，以及供水箱内的水排出的出水端，在进水端上装配有控制从煤层气井产水端进入水箱中水的第一控制阀，出水端上装配有控制水箱内水流出的第二控制阀； 在水箱内设置有对水箱中液位高度进行检测的液位检测器； 以及用于采集液位检测器检测到的液位高度并记录液位检测器达到设定液位高度值所需要的时间，且控制上述第一控制阀、第二控制阀开启或关断的控制单元； 所述控制单元连接有与外部形成通讯的通讯模块，以及用于显示数据的显示装置。2.根据权利要求1所述的一种煤层气智能测水装置，其特征在于，所述水箱顶部连接有用于将水箱内气体排出的排气口。3.根据权利要求1所述的一种煤层气智能测水装置，其特征在于，所述水箱内设置有用于检测水箱内水浑浊度的浑浊度传感器，在水箱上还连通有清水进水管，在清水进水管装配有控制外部水进入水箱中的第三控制阀，所述浑浊度传感器将检测的浑浊信号传输给控制单元，控制单元控制所述第三控制阀的开启或关断。4.根据权利要求1所述的一种煤层气智能测水装置，其特征在于，所述水箱内设置有液位开关，当水箱内的液位达到设定液位时，液位开关产生触发信号并将信号传输给控制单元，所述控制单元则向第二控制阀发出开启的信号。5.一种煤层气智能测水方法，其特征在于，包括如下步骤， SI，关断水箱出水端的第二控制阀，使水箱形成一个储水容器;开启煤层气井产水端与水箱中间的第一控制阀，使煤层气井产水端排出的水进入水箱中； S2，煤层气井产水端的水进入水箱后，液位检测器对水箱内的液位进行检测并将检测到的液位信号传输给控制单元，在液位检测器开始检测液位时，控制单元开始计时； 当控制单元计时时间达到测量结束时间，控制单元记录水箱内的液位变化值，并根据如下公式计算出此次测量煤层气井产水端的产生量Q，Q = S*(H2-Hi)/(T2-Ti), 其中，S为水箱的水平截面积， T1S测量起始时间， T2S测量结束时间， H1St1时水箱内的液位高度， H2St2时水箱内的液位高度； S3，在步骤S2中，控制单元计时时间达到测量结束时间并记录水箱内的液位变化值后，控制单元开启第二控制阀，排出水箱内的水，当达到下一次测量时间时，循环上述步骤S1、S2o6.根据权利要求5所述的一种煤层气智能测水方法，其特征在于，在水箱内设置有液位开关，控制单元根据进入水箱内的水流量变化自动调整每次测量的持续时间； 当每次测量时，测量时间未达到测量结束时间，但是液位已经达到液位开关所处的位置，则控制单元控制第二电控阀开启，将水箱所蓄水放空;控制单元将测量时间开始至达到液位开关位置的时间间隔记录，并自动缩短下一次测量的测量时间，直至达到最小测量时间限定值;最小测量时间限定值对应液位开关位置的水量为该测水装置水流量的最大量程，即 Qmax = S*Hmax/Tmin ； 当每次测量时，测量时间已达到测量结束时间，但是液位没有达到最低液位的位置，控制单元则自动延长测量时间，直至液位达到最低液位所处的位置或者最大测量时间限定值;最大测量时间限定值对应的最低液位值为该测水装置水流量的最小量程，即Qmin = S*Hmin/Tmax; 当水流量达到测水装置的最大或最小量程时，控制单元通过显示装置显示进行提示告警，同时通过通讯模块向上级控制设备上报相关状态。7.根据权利要求5所述的一种煤层气智能测水方法，其特征在于，还包括对水箱进行清洗的清洗步骤，该清洗步骤如下: (1)、将煤层气井产出端的水通过第一控制阀切换至旁通支路； (2)、关闭第二控制阀，打开第三控制阀使清洗水通过清水进水管进入水箱中； (3)、当水箱内液位高度达到液位开关高度时，关闭第三控制阀； (4)、控制单元采集水箱内浑浊度传感器的数值，并打开第二控制阀将水箱内的水排出； (5)、若控制单元所采集到水箱内水的浑浊度值高于所设定的阈值时，则重复上述步骤(2)?(4)，直至水箱内浑浊度值低于所设定的阈值； (6)、将煤层气井产出水通过第一控制阀切换至水箱进水端，恢复煤层气井测水计量。8.根据权利要求7所述的一种煤层气智能测水方法，其特征在于，还包对煤层气井产水的浑浊度进行测量的步骤，该浑浊度测量步骤如下: a、测量煤层气井产水浑浊度前，先按照清洗步骤自动清洗水箱，以避免水箱内煤粉残留物对测量的影响； b、水箱自动清洗完毕后，煤层气井产水通过第一控制阀切换至水箱进水端，关闭第二控制阀，水箱开始对煤层气井产水进行蓄存； C、当水箱内液位高度达到液位开关高度时，控制单元采集并记录浑池度传感器的数值，该数值即为当前煤层气井产水的浑浊度； d、当煤层气井水浑浊度超过所设定的阈值时，控制单元通过显示装置显示进行提示告警，同时通过通讯模块向上级控制设备上报相关状态； e、打开水箱出水端的第二控制阀，放空水箱内所蓄的水； f、根据煤层气井产水浑浊度状况，自动调整水箱自动冲洗的频度。
【文档编号】E21B47/00GK106014378SQ201610547497
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月12日
【发明人】臧伟, 李瑾, 张宝军
【申请人】常州凯锐能源科技有限公司