生产井出砂是石油天然气开采过程中不可避免的普遍性问题之一,合理范围内的出砂是不可避免的,但爆发性或过度出砂将引起设备损坏,油井停产。油气井出砂在线监测技术可直观、实时反映井下出砂情况,受到了越来越多研究人员的关注,是近年来国内外的前沿研究课题。本文研究生产井出砂在线监测技术,完成的主要工作是:(1)在分析砂粒撞击井口弯管处产生的振动信号特征的基础上,建立了气井出砂监测的理论模型。(2)根据出砂信号的频谱特性和传播特性,对出砂监测传感器的性能参数进行了优化,并设计了合理的声楔结构,研制了功能完整的出砂监测传感器,并进行了试验验证,达到了较好的效果。(3)分析了气井携砂的流动特性,结合管道结构,利用FLUENT软件对管道的压力场进行了仿真,确定了出砂监测传感器的最佳安装位置。(4)以现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)为核心,采用超高速模数转换芯片和信号放大、滤波等电路,对传感器输出的信号进行了调理和采集,实现了双通道16位超高速数据采集,消除了管道振动和流体流动引起的噪声,从噪声中提取出了出砂信号,实验验证了出砂信号处理的有效性,形成了出砂信号监测样机。(5)开发了上位机软件,在硬件电路进行滤波和放大等处理的基础上,采用LabVIEW软件对接收到的传感器信号开展了进一步的滤波和降噪,利用建立的理论模型,计算了瞬时出砂量、累积出砂量,给出了定量计算结果,对在线监测数据实时观测、存储的同时,可对历史数据进行回放。在上述工作的基础上,对研制的全套系统,开展了大量的试验,并在室内进行了标定,验证了测量结果的准确性和有效性。