天然气开采过程中,由于复杂的地质条件和恶劣的井下工况,使得油、套管壁及螺纹连接处、井下组件等容易受腐蚀、老化以及各种应力的作用而损坏,导致井筒泄漏。一旦出现泄漏,泄漏将会随时间的推移而加剧,进而使得油、套管发生损坏。由此造成的后果,轻则付出高达几千万元的补漏修复作业成本,重则发生严重泄漏事故,致使天然气井报废。及早发现泄漏点可以降低补救成本,避免事故发生。为发现天然气井井筒早期的微小泄漏情况,利用超声波具有衰减快和指向性好的传播特性,设计开发了一种基于被动式超声波传播测量法的泄漏检测系统,具体包括信号的调理、信号的采集和通讯、电路板及仪器结构的设计。信号调理电路部分,针对泄漏所产生的超声波信号极其微弱的特点,采取了相应的放大、滤波措施,并考虑到信号连接可能给系统带来的输入噪声,提出了应对措施,以达到进一步提高测量电路的信噪比的效果。信号采集和通讯部分,对选用的单片机进行了端口配置,并开发了相应的下位机程序。电路板及仪器结构的设计部分,分析了测量环境对电路中元器件及仪器结构的影响,提出了元器件选用的标准,以及电路板、仪器结构设计细节的考虑因素等。为评价泄漏检测系统的测量性能,搭建了模拟井筒泄漏的实验系统。利用井筒泄漏模拟装置,分别模拟了油管和套管的微小泄漏情况。油管的泄漏试验中,泄漏检测系统不仅判断出了泄漏的发生,而且准确判断出了泄漏孔的位置;套管的泄漏试验中,泄漏检测系统判断出了泄漏的发生,但对泄漏孔的定位不够准确。综合泄漏试验结果可知,泄漏检测系统能够对井筒的泄漏进行检测和定位,达到了设计的基本目标,具备了现场应用的基本条件。