一種新型天然氣井口氣體泄漏檢測裝置的研究

楊方勇 施亞明(長慶油田第四采氣廠，陜西 西安 710010)

一種新型天然氣井口氣體泄漏檢測裝置的研究

楊方勇 施亞明(長慶油田第四采氣廠，陜西 西安 710010)

隨著氣井數(shù)量逐年增多，井口安全形勢愈加嚴峻。在天然氣管道泄漏領域，通過聲音來檢測井口氣田泄漏是最直接有效的方法，由于生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境空曠，常規(guī)的檢測裝置易受到外界環(huán)境干擾從而產(chǎn)生誤報警。本文研究了一種新型的氣體泄漏探測裝置，通過頻譜分析對氣井各種聲音的模擬測試，屏蔽外界干擾聲音源，提高井口氣體泄漏檢測裝置的可靠性。試驗結果表明：（1）所采用的氣體泄漏檢測裝置滿足泄漏判斷需要；（2）隨著泄漏聲音增大，檢測裝置對應閥值也越大；（3）泄漏檢測裝置遠程傳輸可靠性高，滿足遠程監(jiān)控需求。

氣井；氣體泄漏；頻譜分析；遠程傳輸

1 系統(tǒng)設計

1.1 技術原理

由于蘇里格地區(qū)沒有一種檢測氣體泄漏的測漏儀表，因此結合國內(nèi)外測漏儀的基本原理，針對氣井發(fā)生泄漏時，會引起很大的噪聲的情況，采用低功耗、高靈敏度和性噪比的麥克風傳感器，對井場環(huán)境噪聲信號進行采集；采集到的信號經(jīng)過精密的信號調理電路，以及具有高速運算性能的單片機進行處理與分析。由信號調理電路根據(jù)泄漏噪聲信號具有的特殊頻域對采集信號進行放大和截取，有效的抑制了泄漏聲以外的噪聲信號。再由單片機進行離散化處理，最后量化其有效聲壓信號。

同時在儀表內(nèi)部可設置報警時間與報警閥值，若當前測漏值大于報警閥值，并持續(xù)了設置的報警時間后，報警標志才能置位，有效降低誤報警的發(fā)生。

圖1.測漏裝置原理圖

如圖1，該系統(tǒng)由麥克風傳感器(MIC)、信號轉換單元以及單片機組成，信號轉換單元包括前置放大器和濾波器，單片機則對轉換后的信號進行AD采集和計算處理。

1.2 數(shù)據(jù)遠程采集實現(xiàn)

借助現(xiàn)有的電子巡井系統(tǒng)，將井口測漏儀RS485通訊線纜接入井口協(xié)調器中，通過無線網(wǎng)橋傳輸至監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)監(jiān)控。

圖2.數(shù)據(jù)傳輸流程圖

1.3 測漏裝置聲音優(yōu)化分析

當管道在發(fā)生泄漏時，會引起很大的噪聲，該噪聲的特性與正常時明顯不同，主要表現(xiàn)在其聲壓級的提升。利用高靈敏度的MIC傳感器采集聲音信號，監(jiān)測它的變化，從而對泄漏的發(fā)生提供報警。在井口持續(xù)采集人聲、動物叫聲、風聲、雷雨聲、暴雨聲、井口模擬泄漏聲（取壓閥放空）等6種常見的聲音進行頻譜分析，找出井口泄漏聲音與其他聲音的不同之處。通過井口幾種典型的聲音信號頻譜分析，可以觀察到頻率范圍在15KHz到20KHz之間，模擬泄漏聲的聲壓幅度明顯高于其他聲音。利用帶通濾波器將該段頻率范圍的信號保留，其余頻率范圍的信號予以屏蔽，從而使儀表對泄漏聲的測量靈敏度高于其他聲音信號。

2 試驗方法及結果分析

基于以上技術原理分析，于2016年8月18日開始在蘇東62-xxC2井、蘇東57-xxH2井、蘇6-x-xx井進行井口泄漏檢測試驗，經(jīng)過4個月的現(xiàn)場試驗，通過對存儲數(shù)據(jù)的分析，科學設置報警數(shù)據(jù)，基本滿足工況要求。下面對現(xiàn)場試驗情況詳細分析如下：

2.1 現(xiàn)場安裝

將儀表固定在支架頂端，再將抱箍緊扣在管線之上。儀表底端是系統(tǒng)的拾音部分，它直接暴露于空氣之中，采集周圍環(huán)境的聲信號。

2.2 測量值值計量方法

儀表顯示的測量值為dBm（分貝毫伏），它表示的是所測量信號的聲壓幅度（mV）相對于1mV的一個值，其公式定義是：

y=20*log(x∕1mV)

其中y為測量值(dBm），x為聲音信號的聲壓幅度(mV)。例如，當現(xiàn)場測量值為3時，所測得信號聲壓幅度為1.412mV；50dBm時，所測得信號聲壓幅度為316.228mV。

2.3 數(shù)據(jù)分析

2.3.1 模擬聲音測試

提前錄制現(xiàn)場環(huán)境各類聲音，8月20日在井口通過泄漏聲、汽笛聲、風聲、雨聲、雷雨聲對測漏儀聲音強度范圍進行測試，模擬井口泄漏聲音（打開截止取樣閥放空）測漏儀顯示聲音強度為43-54之間，汽笛聲強度為28-43，暴雨聲強度為8-30，4級以上風聲音為強度為6-20，雷雨聲強度為10-40。

2.3.2 報警設定

根據(jù)前期的現(xiàn)場測試，充分考慮聲音的突發(fā)性因素，在監(jiān)控中心PKS軟件設置報警強度為45，且持續(xù)時間5分鐘以上后井口測漏儀報警信號由0變?yōu)?，進行標志位報警。通過對10月15日到11月10日的報警數(shù)據(jù)進行分析，未出現(xiàn)報警現(xiàn)象。

3 結語

在對各類聲音強度進行頻譜分析的基礎上，確定了合理去除空氣中干擾聲音的方法，設計了通過采集聲音強度對泄漏進行判斷的氣體泄漏檢測裝置，現(xiàn)場的試驗結果表明：（1）所采用的氣體泄漏檢測裝置滿足泄漏判斷需要；（2）隨著泄漏聲音增大，檢測裝置對應閥值也越大；（3）泄漏檢測裝置遠程傳輸可靠性高，滿足遠程監(jiān)控需求。

[1]楊理踐，景曉斐，宮照廣．輸氣管道音波泄漏檢測技術的研究［J］．沈陽工業(yè)大學學報，2007,29(1):70-73.

[2]鄭志受，林偉國．基于壓電傳感器的管道泄漏信號可靠性識別技術研究［J］．計量學報，2006,27(4):343-346.

楊方勇（1984-），工程師，2007年畢業(yè)于成都大學；主要從事氣田數(shù)字化建設及研究工作。