杨方勇 施亚明(长庆油田第四采气厂，陕西 西安 710010)

一种新型天然气井口气体泄漏检测装置的研究

杨方勇 施亚明(长庆油田第四采气厂，陕西 西安 710010)

随着气井数量逐年增多，井口安全形势愈加严峻。在天然气管道泄漏领域，通过声音来检测井口气田泄漏是最直接有效的方法，由于生产现场环境空旷，常规的检测装置易受到外界环境干扰从而产生误报警。本文研究了一种新型的气体泄漏探测装置，通过频谱分析对气井各种声音的模拟测试，屏蔽外界干扰声音源，提高井口气体泄漏检测装置的可靠性。试验结果表明：（1）所采用的气体泄漏检测装置满足泄漏判断需要；（2）随着泄漏声音增大，检测装置对应阀值也越大；（3）泄漏检测装置远程传输可靠性高，满足远程监控需求。

气井；气体泄漏；频谱分析；远程传输

1 系统设计

1.1 技术原理

由于苏里格地区没有一种检测气体泄漏的测漏仪表，因此结合国内外测漏仪的基本原理，针对气井发生泄漏时，会引起很大的噪声的情况，采用低功耗、高灵敏度和性噪比的麦克风传感器，对井场环境噪声信号进行采集；采集到的信号经过精密的信号调理电路，以及具有高速运算性能的单片机进行处理与分析。由信号调理电路根据泄漏噪声信号具有的特殊频域对采集信号进行放大和截取，有效的抑制了泄漏声以外的噪声信号。再由单片机进行离散化处理，最后量化其有效声压信号。

同时在仪表内部可设置报警时间与报警阀值，若当前测漏值大于报警阀值，并持续了设置的报警时间后，报警标志才能置位，有效降低误报警的发生。

图1.测漏装置原理图

如图1，该系统由麦克风传感器(MIC)、信号转换单元以及单片机组成，信号转换单元包括前置放大器和滤波器，单片机则对转换后的信号进行AD采集和计算处理。

1.2 数据远程采集实现

借助现有的电子巡井系统，将井口测漏仪RS485通讯线缆接入井口协调器中，通过无线网桥传输至监控中心进行数据监控。

图2.数据传输流程图

1.3 测漏装置声音优化分析

当管道在发生泄漏时，会引起很大的噪声，该噪声的特性与正常时明显不同，主要表现在其声压级的提升。利用高灵敏度的MIC传感器采集声音信号，监测它的变化，从而对泄漏的发生提供报警。在井口持续采集人声、动物叫声、风声、雷雨声、暴雨声、井口模拟泄漏声（取压阀放空）等6种常见的声音进行频谱分析，找出井口泄漏声音与其他声音的不同之处。通过井口几种典型的声音信号频谱分析，可以观察到频率范围在15KHz到20KHz之间，模拟泄漏声的声压幅度明显高于其他声音。利用带通滤波器将该段频率范围的信号保留，其余频率范围的信号予以屏蔽，从而使仪表对泄漏声的测量灵敏度高于其他声音信号。

2 试验方法及结果分析

基于以上技术原理分析，于2016年8月18日开始在苏东62-xxC2井、苏东57-xxH2井、苏6-x-xx井进行井口泄漏检测试验，经过4个月的现场试验，通过对存储数据的分析，科学设置报警数据，基本满足工况要求。下面对现场试验情况详细分析如下：

2.1 现场安装

将仪表固定在支架顶端，再将抱箍紧扣在管线之上。仪表底端是系统的拾音部分，它直接暴露于空气之中，采集周围环境的声信号。

2.2 测量值值计量方法

仪表显示的测量值为dBm（分贝毫伏），它表示的是所测量信号的声压幅度（mV）相对于1mV的一个值，其公式定义是：

y=20*log(x∕1mV)

其中y为测量值(dBm），x为声音信号的声压幅度(mV)。例如，当现场测量值为3时，所测得信号声压幅度为1.412mV；50dBm时，所测得信号声压幅度为316.228mV。

2.3 数据分析

2.3.1 模拟声音测试

提前录制现场环境各类声音，8月20日在井口通过泄漏声、汽笛声、风声、雨声、雷雨声对测漏仪声音强度范围进行测试，模拟井口泄漏声音（打开截止取样阀放空）测漏仪显示声音强度为43-54之间，汽笛声强度为28-43，暴雨声强度为8-30，4级以上风声音为强度为6-20，雷雨声强度为10-40。

2.3.2 报警设定

根据前期的现场测试，充分考虑声音的突发性因素，在监控中心PKS软件设置报警强度为45，且持续时间5分钟以上后井口测漏仪报警信号由0变为1，进行标志位报警。通过对10月15日到11月10日的报警数据进行分析，未出现报警现象。

3 结语

在对各类声音强度进行频谱分析的基础上，确定了合理去除空气中干扰声音的方法，设计了通过采集声音强度对泄漏进行判断的气体泄漏检测装置，现场的试验结果表明：（1）所采用的气体泄漏检测装置满足泄漏判断需要；（2）随着泄漏声音增大，检测装置对应阀值也越大；（3）泄漏检测装置远程传输可靠性高，满足远程监控需求。

[1]杨理践，景晓斐，宫照广．输气管道音波泄漏检测技术的研究［J］．沈阳工业大学学报，2007,29(1):70-73.

[2]郑志受，林伟国．基于压电传感器的管道泄漏信号可靠性识别技术研究［J］．计量学报，2006,27(4):343-346.

杨方勇（1984-），工程师，2007年毕业于成都大学；主要从事气田数字化建设及研究工作。