基于多传感器的管道含砂量检测装置的制作方法

本发明涉及石油钻井技术领域，尤其涉及一种基于多传感器的管道含砂量检测装置。

背景技术：

含砂多相流广泛存在于油气钻采过程中的各个阶段，如钻井过程中油气管柱内的含砂多相流、油气生产过程中采油树出口管线内的含砂多相流、油气储运过程中的含砂多相流。随流体运移的砂粒会对管道产生冲蚀伤害，若含砂量较高甚至会造成输运管线的堵塞，因此，一种有效的在线检测管道含砂量的装置和方法尤为迫切。

现有的管道含砂量检测方法分为植入式检测和非植入式检测，植入式检测方法需要将检测探头植入到生产管道内，该方法需要停产后植入安装探头，已不能满足油气安全高效生产的需求。目前，管道含砂量的非植入检测方法主要包括声学传感器方法和振动传感器方法，但是这些方法均基于单个同参数的传感器获取含砂流中的砂粒信息，如专利zl201610047626.7、zl201020276657.8、cn201710579546.0所述。基于声振传感器检测管道含砂量的原理是：砂粒随液流在管道中运移，在弯管附件位置处，砂粒在惯性的作用下碰撞管壁激发一个表面波，通过加速度振动传感器拾取该信号，并通过解析砂粒信号异于携砂介质信号的频谱特征，认为该频谱特征为含砂量信号特征，进一步提取后转化为所需的管道含砂量量信息。

相同含砂流体介质下，不同粒径和速度分布的砂粒对管壁碰撞位置不同，若撞击点距离传感器安装位置较远，传感器很有可能检测不到该微弱的振动信号。此外，不同粒径和速度分布下砂粒碰撞管壁激励的频谱特征有一定的差异，弯头附近位置处流体速度分布也不相同，导致液流的脉动噪声也不相同，因此，原检测方式导致无法精确的进行检测。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种可以有效精确检测管道含砂量的基于多传感器的管道含砂量检测装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于多传感器的管道含砂量检测装置，包括设于弯管进口段管壁上的第一检测件，多个依次设于弯管弯折段和/或出口段外管壁的第二检测件，存有预设程序的储存器，以及分别与所述第一检测件、所述第二检测件和所述储存器电性连接的执行器，该预设程序被所述执行器执行时能够实现以下步骤：根据所述第一检测件检测的信号，计算多个所述第二检测件检测的信号的互相干系数，若互相干系数大于第一预设值，则判断该频率为流体噪音。

作为本发明的进一步优化，该预设程序被所述执行器执行时能够实现以下步骤：根据所述互相干系数与所述第一预设值的比较提取出流体噪声，根据提取出的流体噪声将多个所述第二检测件检测信号中的流体噪声筛除，从而提取出含砂量特征信号。

作为本发明的进一步优化，多个所述第二检测件的频率响应范围按照远离所述进口段的方向依次增大。

作为本发明的进一步优化，多个所述第二检测件均匀间隔设置。

作为本发明的进一步优化，所述第一检测件设于所述进口段距离所述弯折段2-3倍管径处的上管壁上。

作为本发明的进一步优化，该预设程序被所述执行器执行时能够实现以下步骤：互相干系数为互相干系数；grr(f)为所述第一检测件的自功率谱；为第n个所述第二检测件的自功率谱，其中n为1,2,3,…，最接近所述进口段的所述第二检测件为第1个所述第二检测件；为所述第一检测件和所述第二检测件的互功率谱。

作为本发明的进一步优化，所述第二检测件至少为三个，多个所述第二检测件间隔设置，该预设程序被所述执行器执行时能够实现以下步骤：任选两个所述第二检测件作为一组，选取多组，根据每组中两个所述第二检测件检测的信号计算液体流速。

作为本发明的进一步优化，该预设程序被所述执行器执行时能够实现以下步骤：将多组计算的液体流速进行比较，若流速差异小于第二预设值，则判定流体流态稳定。

作为本发明的进一步优化，若流速差异大于第二预设值，则所述第一检测和所述第二检测件在间隔预设时间后检测。

作为本发明的进一步优化，该预设程序被所述执行器执行时能够实现以下步骤：根据所述第二检测件检测的信号在含砂量特征信号的频率范围内的rms幅值计算含砂量，根据计算的多组液体流速计算液体的平均流速，计算管道内的含砂量。

本发明所述的基于多传感器的管道含砂量检测装置，通过第一检测件检测流体噪声，并根据第一检测件检测的信号，计算多个第二检测件之间的互相干系数，精确地提取出流体的噪声频段，可以有效地去除流体噪声，不会受液体流态、流速或者传感器不同的影响，实现动态去噪，从而可以有效的提取含砂量特征信号，有效的进行含砂量检测。

附图说明

图1为本发明所述基于多传感器的管道含砂量检测装置的结构示意图；

图2为本发明中储存器中预设程序的流程图。

以上各图中，1、弯管；11、出口段；12、弯折段；13、出口段；2、第一检测件；3、第二检测件；4、执行器；5、储存器；6、信号调理器。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，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，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参考图1-2，本发明提出一种基于多传感器的管道含砂量检测装置，包括设于弯管1进口段11管壁上的第一检测件2，多个依次设于弯管1的弯折段12和/或出口段13外管壁的第二检测件3，存有预设程序的储存器5，以及分别与所述第一检测件2、所述第二检测件3和所述储存器5电性连接的执行器4，该预设程序被所述执行器4执行时能够实现以下步骤：根据所述第一检测件2检测的信号，计算多个所述第二检测件3检测的信号的互相干系数，若互相干系数大于第一预设值，则判断该频率为流体噪音。

本发明所述的基于多传感器的管道含砂量检测装置，通过第一检测件2检测流体噪声，并根据第一检测件2检测的信号，计算多个第二检测件3之间的互相干系数，精确地提取出流体的噪声频段，可以有效地去除流体噪声，不会受液体流态、流速或者传感器不同的影响，从而可以有效的提取含砂量特征信号，有效的进行含砂量检测。

需要说明的是，所述第一检测件2和所述第二检测件3均优选为加速度传感器，用于接收震动或声波信号，均用来采集一次激励信号，用于后续的计算，该第一预设值可参考所述第一检测件1和所述第二检测件2的灵敏度和液体流态、井的含砂量历史资料等数据进行设置，此处优选为设置成0.5，即计算出的互相干系数大于0.5，则认为该频率或频段为流体噪音。

需要进一步说明的是，此处所述第一检测件2和所述第二检测件3均通过信号调理器6与所述执行器4连接，所述信号调理器6既用于给所述第一检测件2和所述第二检测件3提供电流，并将所述第一检测件2和所述第二检测件3检测的信号输出给所述执行器4，所述第一检测件2和所述第二检测件3内部可设置电荷放大器，也可外接电荷放大器，通过电荷放大器与所述信号调理器6连接。

进一步参考图2，该预设程序被所述执行器执行时能够实现以下步骤：根据所述互相干系数与所述第一预设值的比较提取出流体噪声，根据提取出的流体噪声将多个所述第二检测件3检测的信号中的流体噪声筛除，从而提取出含砂量特征信号，将计算出的流体噪音筛除，提取出相应的区别信号，即为含砂量特征信号。

进一步参考图1，多个所述第二检测件3的频率响应范围按照远离所述进口段11的方向依次增大，根据流体力学原理，一般情况下，含砂流体进入弯头后，其运移的速度逐渐增大，含砂流体在最近接所述出口段13的位置附近获得最大速度值，此时砂粒碰撞管壁的速度也获得最大值，即此刻砂粒碰撞管壁激励的振动信号幅值最高，因此按照远离所述进口段11的方向，多个所述第二检测件3的灵敏度依次降低，受加速度传感器的灵敏度和频率响应范围相互制约的限制(灵敏度越高可检测到的频率响应范围越小，反之亦然)，按照远离所述进口段11的方向，多个所述第二检测件3的频率响应范围依次升高，正好对应于每处的信号强度，本实施例中据所述进口段11最远的所述第二检测件3和所述第二检测件2的参数相同，以便于进行计算和去噪。

进一步参考图1，多个所述第二检测件3均匀间隔设置，本实施例中，所述弯管1为90°弯管，所述第二检测件3为4个，4个所述第二检测件3在所述弯折段12上，沿弯折段12中轴线上，每隔30°安装一个，便于安装和后期的计算，且各个所述第二检测件3检测的信号变化也较为均衡。

需要说明的是，本实施例中所述第二检测件3为5个，但是在实际安装过程中，所述第二检测件3的数量可以根据弯管长度，所述第二检测件3的灵敏度等进行调节。

进一步参考图1，所述第一检测件2设于所述进口段11距离所述弯折段122-3倍管径处的上管壁上，该处检测的流体噪音信号最为接近所述弯折段12内的流体噪音信号，且不会受到含砂量信号的影响。

参考图2，该预设程序被所述执行器4执行时能够实现以下步骤：互相干系数为互相干系数；grr(f)为所述第一检测件2的自功率谱；为第n个所述第二检测件3的自功率谱，其中n为1,2,3,…，最接近所述进口段的所述第二检测件3为第1个所述第二检测件3；为所述第一检测件2和所述第二检测件3的互功率谱，可通过上述方法计算各个所述第二检测件3检测的信号的互相干系数。

进一步参考图1，所述第二检测件3至少为三个，多个所述第二检测件3间隔设置，该预设程序被所述执行器4执行时能够实现以下步骤：任选两个所述第二检测件3作为一组，选取多组，根据每组中两个所述第二检测件3检测的信号计算液体流速，通过上述方法可以仅通过多个所述第二检测件2的设置，既可以检测相关的含砂量信号，还可以检测所述弯管1内的液体流速，此外，还可以将多组计算的液体流速进行比较，并将流速差异与第二预设值作比较，从而进行流速的验证，有效防止检测过程中检测错误的情况发生。

需要说明的是，液流碰撞管壁的信号主要集中在1-10khz，可仅针对该频段内的信号进行计算，所述第二预设值可以根据多个所述第二检测件3的精准度设置，此处所述第二预设值为5％，即流速差异在5％以内方认为是流态稳定，从而可以进行下一步计算，此处的5％可以以任一组流速做比对，此外，任选两个所述第二检测件3为一组，选取多组时，每两组不完全相同，但每两组中可共有一个所述第二检测件3，即当为三个所述第二检测件3时，可选取3组，当有4个所述第二检测件3时，可选取6组。

进一步的，若流速差异大于第二预设值，则所述第一检测2和所述第二检测件3在预设时间后检测，即若流速差异不符合条件，则认为当前检测数据有误或者当前流态不稳，此时无法有效地计算当前的含砂量，因此重新检测，此处所述预设时间可根据需要设定。

进一步的，该预设程序被所述执行器4执行时能够实现以下步骤：根据所述第二检测件3检测的信号在含砂量特征信号的频率范围内的rms幅值计算含砂量，根据计算的多组液体流速计算液体的平均流速，计算管道内的含砂量。

上述步骤中，采用如下公式计算所述含砂量：e(s)＝e(s1)·e(s2)·e(s3)·...·e(si)，其中e(si)分别传感器2至传感器5在其各自特征频段内的rms振动幅值，管道内的含砂量＝k·{[e(s)]^0.25-(a0+a1·v+a2·v²+…+ai·v³)}^b，其中k为含量校准因子，a0至ai为流速多项式拟合系数，v为流体平均速度，b为流体介质校准因子。

需要说明的是，此处所述第一检测件2和所述第二检测件3可以实时进行检测并进行计算，从而可以产生动态的含砂量计算，从而可以实时监控含砂量情况。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。