水源井動力載波液位測試技術(shù)研究與應用

晏耿成　張倩

摘 要：隨著油田開發(fā)規(guī)模擴大，生產(chǎn)用水越來越多，由于地下水資源有限，水源井水位下降，又缺乏有效監(jiān)測手段，導致水源井故障率高，影響了油田正常注水。針對這種情況，結(jié)合動力載波通信技術(shù)，開展水源井動力載波液位測試技術(shù)研究，該技術(shù)利用動力載波技術(shù)傳輸水源井井下液位信息，地面控制系統(tǒng)根據(jù)液位變化，自動優(yōu)化水源井工作制度。2014年，長慶油田在8口井開展試驗，現(xiàn)場應用證明，水源井動力載波液位測試技術(shù)，準確測量水源井的液位，精度在3%，同時減少了傳統(tǒng)的信號傳輸電纜，降低了成本。

關(guān)鍵詞：動力載波；液位；測試儀；研制與應用

中圖分類號： TK521 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）25-184-2

0 引言

隨著油田開發(fā)規(guī)模擴大，生產(chǎn)用水越來越多，由于地下水資源有限，水位下降，同時長慶油田水源井平均井深850m，現(xiàn)有的物位測量的方法也很多[1-4]，但在水源井適應性差，近年來出現(xiàn)水源井空抽，燒泵等現(xiàn)象，導致水源井故障率高，影響了油田正常注水。電容式物位測量法是應用最廣泛的一種測量物位的方法。但是電容式物位測量方法有一個致命的缺陷，易形成虛假物位，產(chǎn)生很大的測量誤差，正是這一點妨礙了電容式物位儀表的更廣泛地應用[5]。為了實現(xiàn)水源井生產(chǎn)參數(shù)采集、控制潛水泵運行，實時掌握地下水文地質(zhì)和水資源情況，保障油田正常注水，開展了水源井動力載波液位測試技術(shù)，實時監(jiān)測水源井動靜液位，地面控制裝置根據(jù)液位變化，自動優(yōu)化水源井工作制度，起到保障水源井正常運行，為油田精細注水提供技術(shù)支撐。

1 動力載波液位測試技術(shù)研究

水源井動力載波測試技術(shù)主要包括井下動力載波液位測試儀和地面控制柜。井下動力載波液位測試儀將井下壓差液位計監(jiān)測的動靜液位信息通過動力載波加載在潛水泵動力電纜傳輸，地面控制系統(tǒng)根據(jù)液位變化，自動優(yōu)化水源井工作制度。

1.1 工藝原理

通過壓力傳感器測試水源井油套環(huán)空壓力變化，通過信號耦合器將壓力信號轉(zhuǎn)換為電流信號，并且通過載波技術(shù)

將電流信號加載在潛水泵動力電纜傳輸至地面控制器。如

圖1。

1.2 動力載波液位監(jiān)測儀研制

動力載波液位監(jiān)測儀結(jié)構(gòu)動力載波液位監(jiān)測儀由壓力傳感器、供電電源、信號耦合器組成，如圖2所示。

①井下信號耦合原理

井下信號耦合原理（如圖3），控制電路將采集到的壓力及溫度信號編碼后，以一定頻率通過T1變壓器耦合至三相動力電纜上，將信號通過此相火線傳輸至地面解調(diào)。

②井下供電基本原理

水源井動力載波液位測試儀長期在井下工作，耗電時間長，有效的電源供給是首要考慮的問題。為保證其正常工作，本系統(tǒng)采用從外部動力電纜借電方式，動力載波液位監(jiān)測儀由三相動力電纜供電，一根引出線通過密封過線孔與潛水電泵并聯(lián)于動力電纜上。

動力三相動力電纜其中A相通過整流后為井下電路提供充足的電能（如圖4）。通過隔離變壓器T0變壓、整流獲得一定直流電壓，再采用AC/DC反激變換器作為井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電源。

1.3 改進與完善

低壓動力載波技術(shù)存在阻抗隨負載變化大、信號衰減大的問題[6-7]。為了解決上述問題，在以下兩方面開展相關(guān)的改進。

如圖3，在井下耦合原理電路圖中增加隔直電容C1，用以減少此相火線對地的直流漏電流。從而增強井下耦合信號的能力。同時在控制變壓器T1增加匝數(shù)比，提高功率放大電路的輸入電流，提高耦合信號的強度，滿足了地面信號解析要求，增加了抗吸收性能，解決了井下信號衰減問題。

如圖1，在井口加零線載波阻斷器，阻止信號傳輸?shù)诫娋W(wǎng)中，增強地面監(jiān)控系統(tǒng)對井下液位監(jiān)測儀信號檢測性能。

1.4 主要技術(shù)指標

對載波工作原理、精度、壓力和密封等分別通過室內(nèi)實驗，實驗證明，動力載波液位監(jiān)測儀精度在2%，能承受5MPa壓力。

2 現(xiàn)場應用及效果分析

2014年動力載波液位監(jiān)測技術(shù)在長慶油田水源井試驗8口井，平均沉沒度114m，測試誤差3%以內(nèi)。在董志X水源井，對比丈量油管長度與儀器測試沉沒度變化值來驗證儀器測試誤差，通過對比驗證，動力液位測試儀誤差在3%以內(nèi)。

3 認識與建議

①通過動力載波液位測試儀研制，形成了水源井動力載波液位測試工藝技術(shù)，掌握了水源井液位變化情況，為水文地質(zhì)研究提供了基礎(chǔ)資料。

②動力載波儀掌握了水源井液位情況，指導水源井設(shè)置合理潛水泵下泵深度。

③現(xiàn)場試驗證明，動力載波液位測試工藝技術(shù)具有測調(diào)精度和成本低高的優(yōu)勢，為保證水源井正常生產(chǎn)技術(shù)支撐。

④動力載波液位儀還需進一步改進和完善與動力電纜連接密封方式，確保動力電纜的防水性能。

參 考 文 獻

[1] 任開春，涂亞慶20余種液位測量方法分析[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2003（5）：12-16.

[2] 張寧，黃楊，李建雙.關(guān)于物位計測量方法的研究[J].計量學報，2008，29（4A）：104-106.

[3] 葛君山.液位檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].航電技術(shù)，2013，33（2）：43-45.

[4] 陳平，沙訓，羅晶.射頻導納電容式物位測量儀的研究[J].表技術(shù)與傳感器5，2006（7）：19-20.

[5] 陳曉竹，陳樂.電容式物位計中掛料問題的研究[J].計量學報，2000，21（2）：157-160.

[6] 馮玉峰，張超.電力線載波油井通信系統(tǒng)[J].電子科技，2012，25（2）：74-77.

[7] 王立波，王玨昕，孟字.影響低壓電力線載波通信的主要因素分析[J].供用電，2010，27（3）：27-29.