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，由于生產現場環境空曠，常規的檢測裝置易受到外界環境干擾從而產生誤報警。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，滿足遠程監控需求。

氣井；氣體泄漏；頻譜分析；遠程傳輸

1 系統設計

1.1 技術原理

由于蘇里格地區沒有一種檢測氣體泄漏的測漏儀表，因此結合國內外測漏儀的基本原理，針對氣井發生泄漏時，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，對井場環境噪聲信號進行采集；采集到的信號經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生。

圖1.測漏裝置原理圖

如圖1，該系統由麥克風傳感器(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 數據遠程采集實現

借助現有的電子巡井系統，將井口測漏儀RS485通訊線纜接入井口協調器中，通過無線網橋傳輸至監控中心進行數據監控。

圖2.數據傳輸流程圖

1.3 測漏裝置聲音優化分析

當管道在發生泄漏時，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，監測它的變化，從而對泄漏的發生提供報警。在井口持續采集人聲、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，經過4個月的現場試驗，通過對存儲數據的分析，科學設置報警數據，基本滿足工況要求。下面對現場試驗情況詳細分析如下：

2.1 現場安裝

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

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 數據分析

2.3.1 模擬聲音測試

提前錄制現場環境各類聲音，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

根據前期的現場測試，充分考慮聲音的突發性因素，在監控中心PKS軟件設置報警強度為45，且持續時間5分鐘以上后井口測漏儀報警信號由0變為1，進行標志位報警。通過對10月15日到11月10日的報警數據進行分析，未出現報警現象。

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年畢業于成都大學；主要從事氣田數字化建設及研究工作。