新型GY功圖液面測(cè)試儀在油田中的應(yīng)用研究

摘 要：抽油機(jī)的工作狀況通過檢測(cè)其載荷和位移信號(hào)的瞬時(shí)變化并繪制示功圖來進(jìn)行診斷和分析，傳統(tǒng)的功圖液面測(cè)試儀在檢測(cè)的穩(wěn)定性，準(zhǔn)確性和快速性上已經(jīng)不能滿足油田生產(chǎn)現(xiàn)代化的需要，文章介紹了新型GY功圖液面測(cè)試儀的組成和測(cè)試原理，示功圖的繪制以及相應(yīng)曲線的解釋和計(jì)算方法，運(yùn)用新的理論和技術(shù)完善了檢測(cè)機(jī)制。

關(guān)鍵詞：抽油機(jī)；示功圖；功圖液面；解釋和計(jì)算方法

引言

隨著油田開發(fā)勘探的深入，大部分油田的井況變得愈加復(fù)雜，油井出砂、出氣、結(jié)蠟，井內(nèi)不同介質(zhì)對(duì)抽油泵及地面設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面影響的情況增多。實(shí)測(cè)示功圖作為記錄抽油機(jī)井泵功況的曲線載體，能夠反映出深井泵發(fā)生的各類異?，F(xiàn)象，同時(shí)結(jié)合地質(zhì)情況、井下技術(shù)狀況、油井近期生產(chǎn)變化情況，將相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)納入到示功圖分析中，就可找到影響深井泵發(fā)生故障的主要原因，并對(duì)抽油井的工作制度是否合理，機(jī)、桿、泵抽油參數(shù)組合是否與井下供液狀況相適應(yīng)作出評(píng)價(jià)，最終依據(jù)示功圖診斷分析結(jié)果，有針對(duì)性地解除油井故障，可保證油井正常生產(chǎn)或提高油井產(chǎn)量。由于各油田的開采狀況不同，使用的抽油機(jī)示功圖測(cè)試儀器種類較多，近年來，儀器測(cè)試性能和相關(guān)功能有了質(zhì)的改觀和發(fā)展，GY功圖液面測(cè)試儀是用來精確測(cè)試油井的液面深度和抽油機(jī)的示功圖等參數(shù)的綜合性測(cè)試儀器。為能更好的運(yùn)用這套儀器，充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，必須做好相應(yīng)的解釋研究。

1 GY功圖液面綜合測(cè)試儀組成及技術(shù)指標(biāo)

綜合測(cè)試儀由數(shù)據(jù)記錄儀、液面測(cè)試儀、示功圖測(cè)試儀及一些輔助的測(cè)試電纜組成。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄儀采用箱體式結(jié)構(gòu)，采集和分析數(shù)據(jù)依靠獨(dú)立的主控板插接方式，其工作穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性、調(diào)試和維護(hù)的可行性已經(jīng)不能滿足油田現(xiàn)場(chǎng)的需要。隨著石油測(cè)井技術(shù)的發(fā)展，傳感器的一體化、數(shù)據(jù)記錄的智能化、測(cè)試結(jié)果分析的快速化是當(dāng)下的必然趨勢(shì)。

GY功圖液面綜合測(cè)試儀的出現(xiàn)，給示功圖的診斷和測(cè)試帶來了新的方法和理念。它能精確測(cè)試油井的液面深度和抽油機(jī)的示功圖等參數(shù)，同時(shí)儀器能夠?qū)y(cè)試結(jié)果進(jìn)行解釋、存儲(chǔ)，并把測(cè)試結(jié)果傳輸給計(jì)算機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳、報(bào)表打印等處理工作。該儀器能廣泛應(yīng)用于油井、煤層氣以及巖層氣的測(cè)試和診斷，其擴(kuò)展功能可與無線遠(yuǎn)程信息傳遞示功圖設(shè)備連接，能達(dá)到隨時(shí)監(jiān)控了解井生產(chǎn)狀況的要求。此儀器使用氮?dú)獯鎮(zhèn)鹘y(tǒng)的聲彈發(fā)生源，或者直接采用套管中的套管氣作為發(fā)聲源，安全環(huán)保，因?yàn)榈獨(dú)饽芰烤薮?，可以滿足不同復(fù)雜井況的測(cè)試。數(shù)據(jù)采用工業(yè)級(jí)SD卡存儲(chǔ)的方式，存儲(chǔ)量大，資料回放便捷，2G的卡大約可以存儲(chǔ)3萬口井的資料。

第一，數(shù)據(jù)記錄儀采用手持式設(shè)計(jì)，操作分為按鍵和觸摸兩種方式，便捷高效。它通過無線接口接收載荷位移傳感器的數(shù)據(jù)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)功圖的繪制。通過液面信號(hào)接口顯示和記錄液面通道和節(jié)箍通道的信號(hào)波形。在開機(jī)狀態(tài)下，如果6分鐘以上未操作鍵盤，數(shù)據(jù)記錄儀顯示屏?xí)?，進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)。低溫環(huán)境下，記錄儀的加熱系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開啟，保證系統(tǒng)的正常工作。

第二，液面測(cè)試儀由一體化井口組成。主要分為井口連接器和聲波發(fā)生器（分內(nèi)壓式聲波發(fā)生器和氮?dú)饴暡òl(fā)生器）構(gòu)成。井口連接器通過內(nèi)接螺紋與聲波發(fā)生器連接，通過外螺紋連接頭（有兩寸或者兩寸半兩種）與油井套管連接，井口連接器內(nèi)裝有微音器，與記錄儀用防水插頭連接。一體化井口連接器的發(fā)聲，可以采用三種方式：內(nèi)壓、氮?dú)夂涂諝夥绞?。聲波發(fā)聲的原理是：內(nèi)壓方式指的是采用瞬間釋放套管氣產(chǎn)生聲波；氮?dú)夥绞街傅氖窃谝惑w化井口連接器的氣倉內(nèi)充滿一定壓力的氮?dú)猓查g釋放產(chǎn)生聲波；空氣方式指的是在氣倉中充滿一定壓力的空氣，瞬間釋放產(chǎn)生聲波。

第三，示功圖測(cè)試儀。分體示功圖測(cè)試儀由載荷傳感器和位移傳感器兩部分構(gòu)成。其中，載荷傳感器用于測(cè)試光桿的絕對(duì)載荷值，位移傳感器用于測(cè)試光桿的瞬時(shí)位移變化值。使用時(shí)，載荷傳感器長期固定在工字卡上。示功圖測(cè)試儀檢測(cè)抽油機(jī)的載荷和位移的變化，通過無線方式將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳輸給數(shù)據(jù)記錄儀進(jìn)行示功圖曲線的繪制。載荷傳感器安裝在抽油機(jī)的懸繩器和光桿的固定夾具之間。為適應(yīng)不同抽油機(jī)上工字卡尺寸，在本套儀器上設(shè)計(jì)有墊塊附件，具體使用時(shí)根據(jù)需要可以方便的進(jìn)行更換，操作簡單方便。位移傳感器采用可充電大容量鋰電池供電，一次充電連續(xù)工作時(shí)間為30小時(shí)。

2 GY功圖液面綜合測(cè)試儀測(cè)試原理與誤差分析

第一，GY功圖液面綜合測(cè)試儀通過測(cè)試聲波從井口到油氣兩相分界面的傳播時(shí)間和聲波速率來計(jì)算液位。井口連接器裝在被測(cè)油井的套管上，聲波信號(hào)在套管與油管之間的環(huán)形空間中傳播。聲波由以下方式產(chǎn)生：（1）內(nèi)壓式聲波發(fā)生器，利用套管氣發(fā)聲（用于油井套壓大于0.1MPa的場(chǎng)合）。（2）氮?dú)饴暡òl(fā)生器，利用氮?dú)獍l(fā)聲（用于油井套壓小于0.1MPa的場(chǎng)合）。測(cè)試曲線如圖1所示。

液位測(cè)試的誤差計(jì)算方法是：回聲圖測(cè)試時(shí)間間隔的誤差為1ms（毫秒），約相當(dāng)于0.2米的液位測(cè)試誤差?；菊`差的產(chǎn)生是聲波在井中傳播速度的變化，聲速的變化量由套管中的壓力、溫度和傳輸介質(zhì)的成份等決定。壓力測(cè)試的誤差由測(cè)試信號(hào)的誤差決定，數(shù)據(jù)在每個(gè)儀器中都進(jìn)行過標(biāo)定，以工程值顯示。壓力信道的最大測(cè)試誤差不超過1%。

第二，示功圖測(cè)試原理。示功圖測(cè)試儀檢測(cè)抽油機(jī)的載荷和位移信號(hào)的瞬時(shí)變化，通過無線方式將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳遞給數(shù)據(jù)記錄儀進(jìn)行工程計(jì)算和功圖曲線繪制，如圖2所示。

示功圖是反映抽油機(jī)懸點(diǎn)做功大小的測(cè)試圖，它的橫坐標(biāo)是懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的位移，縱坐標(biāo)是懸點(diǎn)的載荷。在抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)沖程中，示功圖構(gòu)成一個(gè)封閉的圖形。根據(jù)圖形的形狀可以判斷出抽油機(jī)、桿、泵的工作狀態(tài)。測(cè)試載荷的瞬時(shí)變化，是通過粘貼在感應(yīng)柱頭上的應(yīng)變片將感應(yīng)柱頭的形變轉(zhuǎn)化為應(yīng)變片內(nèi)阻值的變化，從而將載荷變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。

根據(jù)胡克定律，在物體的彈性限度內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比值被稱為材料的楊氏模量，它是表征材料性質(zhì)的一個(gè)物理量，僅取決于材料本身的物理性質(zhì)。楊氏模量的大小標(biāo)志了材料的剛性，楊氏模量越大，越不容易發(fā)生形變。

第三，測(cè)試位移的瞬時(shí)變化是通過減速機(jī)把拉線的直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)最末一級(jí)的伺服電位器一同旋轉(zhuǎn)，把機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為電位器電阻變化以供測(cè)試。載荷測(cè)試誤差是由載荷傳感器產(chǎn)生的，這兩者形成了載荷測(cè)試的通道。這些器件的轉(zhuǎn)換元件是標(biāo)準(zhǔn)元件。載荷最大測(cè)試誤差不超過1%。位移傳感器測(cè)試誤差由位移標(biāo)定的精度和A/D采樣間隔決定的，在標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定臺(tái)標(biāo)定后的位移測(cè)試誤差不超過0.5%。上述傳感器生成的電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理單元后轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)通過無線的方式發(fā)送給記錄儀，記錄儀根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)計(jì)算后以位移為橫坐標(biāo)載荷為縱坐標(biāo)繪制示功圖，用戶可根據(jù)圖形情況分析判斷抽油機(jī)、井的工作狀況。

3 結(jié)束語

新型GY功圖液面測(cè)試儀的應(yīng)用，節(jié)省了大量的人力與物力，對(duì)提高油田的工作效率起到了積極的推動(dòng)作用。隨著信息產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的擴(kuò)大應(yīng)用，油田開采與測(cè)試技術(shù)也在向著遠(yuǎn)程化、數(shù)字化和智能化的方向發(fā)展，與此同時(shí)，GY功圖液面測(cè)試儀也在研究運(yùn)用更新的技術(shù)和方法，不斷推陳出新，精益求精。

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作者簡介：郝宏偉（1984，9-）男，陜西西安，本科學(xué)歷，學(xué)士學(xué)位，助理工程師職稱，研究方向：智能化石油地面儀器。