[發明專利]自適應超聲相控陣列出砂在線監測系統及方法

在審

• 申請號: 201911043105.4
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN112727437A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 趙益忠;劉玉國;梁偉;賈培鋒;王冰;任家敏;高雪峰;黨博;張雨晨;陳雪
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司石油工程技術研究院
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00
• 代理公司: 濟南日新專利代理事務所(普通合伙) 37224
• 代理人: 崔曉艷

1.自適應超聲相控陣列出砂在線監測系統，其特征在于，該自適應超聲相控陣列出砂在線監測系統包括傳感器模塊、主機模塊和上位機模塊，該傳感器模塊連接于該主機模塊，采集砂粒撞擊管壁產生的信號，并傳輸給該主機模塊，該主機模塊連接于該傳感器模塊，根據當前的出砂情況，自適應選擇一定數目的傳感器信號進行放大、濾波、模數轉換和處理后發送給該上位機模塊，該上位機模塊利用當前監測井的參數對接收到的信號進行處理，計算出當前的出砂量，并用曲線和具體數值的形式進行顯示。

2.根據權利要求1所述的自適應超聲相控陣列出砂在線監測系統，其特征在于，該自適應超聲相控陣列出砂在線監測系統還包括傳輸線纜，該傳感器模塊和該主機模塊之間通過該傳輸線纜相連。

3.根據權利要求2所述的自適應超聲相控陣列出砂在線監測系統，其特征在于，該傳感器模塊安裝在油管管道彎曲處，該主機模塊和該上位機模塊遠離抽油機。

4.根據權利要求2所述的自適應超聲相控陣列出砂在線監測系統，其特征在于，該傳輸線纜為多芯線纜，線芯的數量大于等于該傳感器模塊中自適應陣列超聲傳感器陣元的數量。

5.根據權利要求1所述的自適應超聲相控陣列出砂在線監測系統，其特征在于，該傳感器模塊包括聲楔、自適應陣列超聲傳感器、傳感器外殼和安裝夾具，該聲楔和該自適應陣列超聲傳感器固定在該傳感器外殼內，并通過該安裝夾具安裝在油管管道彎曲處，該聲楔緊緊貼在管道上，使砂粒撞擊管壁產生的超聲信號能傳播至該自適應陣列超聲傳感器上。

6.根據權利要求5所述的自適應超聲相控陣列出砂在線監測系統，其特征在于，該自適應陣列超聲傳感器采用24個壓電陶瓷組成，壓電陶瓷把砂粒撞擊管壁震動產生的壓力信號轉換為電信號析。

7.根據權利要求1所述的自適應超聲相控陣列出砂在線監測系統，其特征在于，該主機模塊包括信號選擇模塊、信號放大模塊、濾波模塊、信號采集模塊和單片機模塊，該信號選擇模塊從傳輸過來的該傳感器模塊的多個陣列傳感器信號中選擇一個或多個信號用于下一步處理，該信號放大模塊連接于該信號選擇模塊，將該信號選擇模塊選擇的各路信號進行放大，該濾波模塊連接于該信號放大模塊，采用帶通濾波器，將該信號放大模塊放大的各路信號做頻域濾波，該信號采集模塊連接于該濾波模塊，將該濾波模塊處理后的信號由模擬信號轉換為數字信號，并發送給該單片機模塊，該單片機模塊連接于該信號采集模塊，對數字出砂信號做數字信號處理，估計砂粒撞擊管壁的位置和范圍，控制該信號選擇模塊選擇合適的該傳感器模塊中的傳感器陣元，且選擇的幾路傳感器陣元組成一個新的陣列，該單片機模塊對新的陣列的出砂信號做空域濾波處理，并將處理后的信號發送給該上位機模塊。

8.根據權利要求7所述的自適應超聲相控陣列出砂在線監測系統，其特征在于，該信號選擇模塊連接于該單片機模塊，選擇的信號數目不大于傳感器陣元數目，選擇的傳感器陣元編號和數目均不固定，而是由該單片機模塊，根據當前的出砂情況實時計算。

9.根據權利要求7所述的自適應超聲相控陣列出砂在線監測系統，其特征在于，該信號采集模塊采用高速高精度的AD芯片。

10.根據權利要求1所述的自適應超聲相控陣列出砂在線監測系統，其特征在于，該上位機模塊包括參數輸入部分、數據處理部分和顯示部分，該參數輸入部分連接于該數據處理部分，用以輸入監測井的流速、管徑這些參數，以幫助該數據處理部分利用該主機模塊傳來的信號計算實時出砂量，該數據處理部分將計算的出砂量傳輸該顯示部分，以曲線和具體數值的形式進行顯示。