一种基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统及方法与流程

本发明涉及水泥罐余量监测，尤其是涉及一种基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统及方法。

背景技术：

1、近年来，石油工程技术发展很快，许多工程设计的问题都可以采用计算机软件来设计，利用计算机软件是减少工程设计工作量不可缺少的一种手段。因此，石油工程领域开始从信息化往自动化上发展，作为石油工程子领域的固井工程也不例外。

2、固井工程从设计、施工和评价整个流程逐步往自动化、智能化方向发展。同时，在石油公司纷纷降本增效的大背景下，自动化固井装备的研发已是大势所趋。自动化固井装备与常规固井装备相比，性能更加优异、装备自动化程度更高，并且更加符合未来固井作业的要求，适应页岩气开采降本增效的战略目标。因此，发展国产自动化固井装备既可以及时填补当前国内这一领域的空白，同时也蕴含着着巨大的经济效益。自动化固井装备的研制与应用，有利于实现页岩气的规模化经济开发。掌握高端固井设备核心技术，对于开拓新的市场，提高公司国际化能力，有着非常积极和深远的意义。

3、水泥是固井施工过程中重要的原料之一，在固井施工过程中，为方便判断水泥罐余量，人们通常采用敲击储罐外壁的方式，通过声音判断敲击处内部是否存在水泥，从而确定罐中水泥存量。由于水泥储存罐较高且在固井施工过程中抽吸罐中的水泥产生的较大压力不利于工人施工安全等，水泥罐余量测量工作费时费力，并且这种测量方式精度不高，在施工过程中存在安全隐患。

4、另外，在固井施工中，水泥用量常常需要两个甚至多个水泥罐储存。为了固井施工的连续性，施工人员通过敲击水泥罐外壁确定水泥余量，当用于施工的水泥罐中水泥即将用尽时，另一个水泥罐会开启，罐中水泥用于继续进行施工，前一水泥罐中水泥用尽后会被关闭。这一流程通常需要施工人员根据经验确定换罐时间点并完成操作，且由于固井施工中的高压管线，存在一定安全隐患。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，需要提供一种能够精准测量水泥罐余量的方案，从而通过监测水泥罐中水泥剩余灰量，实现自动更换水泥罐的功能。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统，包括：信号探测装置，其设置在待监测水泥灰罐的内部，用于实时采集用来探测当前水泥灰罐内剩余灰量界面位置的特征数据；所述信息处理装置，其用于通过对所接收的所述特征数据的处理来定量分析当前待监测水泥灰罐的剩余灰量。

3、优选地，所述信号探测装置包括：设置在所述待监测水泥灰罐内部顶端的第一传感器组，所述第一传感器组包括按照预设角度均匀间隔分布的多个第一超声波传感器，所述第一超声波传感器用于探测表征剩余水泥灰的界面位置的第一类特征数据；设置在所述待监测水泥灰罐内部底端的第二传感器组，所述第二传感器组包括按照预设角度均匀间隔分布的多个第二超声波传感器，所述第二超声波传感器用于探测表征是否存在剩余水泥灰的第二类特征数据；第一数据收发设备，其用于将所述特征数据传输至所述信息处理装置。

4、优选地，所述水泥灰罐剩余灰量监测装置，还包括设置在所述待监测水泥灰罐的出料口管线外壁上的自动阀门装置，其中，所述自动阀门装置包括：与所述信息处理装置通信的第二数据收发设备；出料口阀门，其设置于所述出料口的内部，用于在第一指令的作用下对自身的开度进行调节，从而控制当前待监测水泥灰罐的出料流量；出料开关，其与所述出料口阀门连接，用于通过所述第二数据收发设备接收来自所述信息处理装置发送的出料控制指令，并将其转换为用于控制所述出料口阀门关闭或开启的所述第一指令。

5、优选地，所述信息处理装置，其还用于根据实时剩余灰量的高度来确定对应待监测水泥灰罐的阀门关闭类型并生成相应的所述出料控制指令，其中，在剩余灰量高度低于0.5m时，当前阀门关闭类型为逐渐关闭；在剩余灰量高度为0时，当前阀门关闭类型为完全关闭。

6、优选地，所述信息处理装置，其还用于向所述出料开关发送用于指示出料口阀门逐渐开启或完全开启的所述出料控制指令。

7、优选地，所述信息处理装置，其还利用如下表达式来计算剩余灰量的体积：

8、

9、

10、m＝ρv

11、v＝ym

12、其中，表示每个超声波传感器测量的水泥灰-空气界面与超声波传感器之间的平均距离，hn表示每个超声波传感器测量的水泥灰-空气界面与超声波传感器之间的距离，n表示水泥灰罐内部顶端的所有超声波传感器的个数，v表示水泥灰的体积，h表示水泥灰罐内部的高度，s表示水泥灰罐内部的底面积，m表示水泥灰罐中的剩余水泥灰的实时重量，ρ表示水泥灰的密度，y表示造浆率，v表示剩余水泥浆的体积。

13、优选地，所述信息处理装置包括：与所述信号探测装置通信的第三数据收发设备、数据控制模块、数据处理模块和显示模块。

14、优选地，所述信息处理装置与位于多个水泥灰罐上的所述信号探测装置和所述自动阀门装置通信，其中，所述信息处理装置，其还用于在向其中一个水灰罐的发送用于指示出料口阀门逐渐关闭或完全关闭的所述出料控制指令的同时，向另一水灰罐的发送用于指示出料口阀门逐渐开启或完全开启的所述出料控制指令。

15、优选地，所述信息处理装置，其还用于根据所述第二类特征数据计算剩余水泥浆的高度，以利用该高度数据对基于所述第一类特征数据而计算的剩余水泥浆的高度进行校验。

16、另一方面，提供了一种基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测方法，所述水泥灰罐灰量监测方法通过如上述所述的水泥灰罐灰量监测系统来实现，其中，所述水泥灰罐灰量监测方法包括如下步骤：通过设置在待监测水泥灰罐的内部的信号探测装置来实时采集用来探测当前水泥灰罐内剩余灰量界面位置的特征数据；所述信息处理装置通过对所接收的所述特征数据的处理来定量分析当前待监测水泥灰罐的剩余灰量。

17、与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

18、本发明提出了一种基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统及方法。该系统及方法能够实现在固井施工过程中的自动化实时检测水泥罐的水泥余量，为固井施工过程中更换水泥罐操作起到指导作用。。

19、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的水泥灰罐灰量监测系统，其特征在于，所述信号探测装置包括：

3.根据权利要求1或2所述的水泥灰罐灰量监测系统，其特征在于，所述水泥灰罐剩余灰量监测装置，还包括设置在所述待监测水泥灰罐的出料口管线外壁上的自动阀门装置，其中，所述自动阀门装置包括：

4.根据权利要求3所述的水泥灰罐灰量监测系统，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的水泥灰罐灰量监测系统，其特征在于，

6.根据权利要求1～5中任一项所述的水泥灰罐灰量监测系统，其特征在于，所述信息处理装置，其还利用如下表达式来计算剩余灰量的体积：

7.根据权利要求1～6中任一项所述的水泥灰罐灰量监测系统，其特征在于，所述信息处理装置包括：与所述信号探测装置通信的第三数据收发设备、数据控制模块、数据处理模块和显示模块。

8.根据权利要求5所述的水泥灰罐灰量监测系统，其特征在于，所述信息处理装置与位于多个水泥灰罐上的所述信号探测装置和所述自动阀门装置通信，其中，

9.根据权利要求2所述的水泥灰罐灰量监测系统，其特征在于，

10.一种基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测方法，其特征在于，所述水泥灰罐灰量监测方法通过如权利要求1～9中任一项所述的水泥灰罐灰量监测系统来实现，其中，所述水泥灰罐灰量监测方法包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种基于自动化固井的水泥灰罐灰量监测系统及方法，包括：信号探测装置，其设置在待监测水泥灰罐的内部，用于实时采集用来探测当前水泥灰罐内剩余灰量界面位置的特征数据；信息处理装置，其用于通过对所接收的特征数据的处理来定量分析当前待监测水泥灰罐的剩余灰量。本发明能够实现在固井施工过程中的自动化实时检测水泥罐的水泥余量，为固井施工过程中更换水泥罐操作进行指导。

技术研发人员：张鑫远,刘飞,杨红歧,周仕明,方春飞,徐大伟
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22