淺談油井動液面在線連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

王佳偉 王昊楠 沈科斌

摘要：傳統(tǒng)的動液面測量方法由人工操作，工作人員需驅(qū)車至井場，采用手動測量液面裝置開展測試工作，然后將實測數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦，人工解析液面深度。測試成本較高，測試效率底下，存在一定安全風(fēng)險，遇到極端惡劣天氣無法趕赴現(xiàn)場測試，實時性較差。而動液面連續(xù)在線監(jiān)測控制系統(tǒng)在油田的應(yīng)用，實現(xiàn)了動液面在線連續(xù)監(jiān)測功能，測量間隔時間可任意設(shè)置，測試精度±5m，完全滿足現(xiàn)場測試需求。完美解決了低產(chǎn)井自動間開控制、油井測壓等技術(shù)難題。

關(guān)鍵詞：油井動液面;在線連續(xù)監(jiān)測;技術(shù)應(yīng)用

1 ?油井動液面在線連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)

目前，油田所用動液面手動測量裝置一般分為兩種，一種是火藥聲彈槍，主要由擊發(fā)裝置、彈膛組成，通過擊發(fā)子彈，利用爆炸產(chǎn)生的高壓氣體，實現(xiàn)聲波信號發(fā)射。但子彈爆炸具有一定危險性，存在安全隱患;一種是氣槍式裝置，將高壓氣體打入氣槍，瞬間釋放高壓氣體，產(chǎn)生次聲波，此方法自動化程度低，難以滿足常年連續(xù)不斷的測量任務(wù)。

動液面在線連續(xù)監(jiān)測控制系統(tǒng)在油田的應(yīng)用，一是實現(xiàn)了動液面在線連續(xù)監(jiān)測功能，測量間隔時間可任意設(shè)置，測試精度±5m，完全滿足現(xiàn)場測試需求。二是完美解決了低產(chǎn)井自動間開控制、油井測壓等技術(shù)難題。動液面在線測試儀，完全自動化操作，代替人工操作，避免特殊天氣、道路、交通影響，可有效降低員工安全風(fēng)險。三是信息化、智能化是油田發(fā)展的必然趨勢，動液面數(shù)據(jù)的實時采集不僅可以實現(xiàn)油井智能生產(chǎn)，后期可應(yīng)用于油井測壓、油藏開發(fā)調(diào)整等各個方面，為構(gòu)建數(shù)字化智能油田（大數(shù)據(jù)分析）奠定基礎(chǔ)。

1.1工作原理

動液面在線連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)主要由微音器及數(shù)據(jù)處理中心、打氣泵與常閉電磁閥、常開電磁閥三部分組成。其中常開電磁閥和常閉電磁閥主要控制發(fā)聲氣體來源以及根據(jù)現(xiàn)場實際生產(chǎn)需要和井口具體情況通過控制電磁閥開關(guān)進(jìn)而控制套管的開關(guān);微音器選取壓電陶瓷的，主要是采集次聲波，它將微弱的音頻信號轉(zhuǎn)換為電信號，是一款基本的聲電轉(zhuǎn)換裝置。該款微音器專為對靈敏度較高的自由聲場測量設(shè)計的，不需要外部提供電壓，直接接到放大器輸入端;數(shù)據(jù)處理中心主要是將轉(zhuǎn)化后的電信號進(jìn)行數(shù)據(jù)計算處理，捕獲動液面數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)上傳至井場RTU上。

于套管壓力小于0.3MPa的油井，當(dāng)系統(tǒng)開始采集數(shù)據(jù)時，遠(yuǎn)程控制模塊發(fā)出指令，微型氣泵開始工作，將套管氣打入儲氣瓶進(jìn)行增壓，當(dāng)儲氣瓶內(nèi)壓力增至1.0MPa時，控制模塊發(fā)出指令，打開電磁閥，瞬間釋放儲氣瓶內(nèi)氣體，形成次聲波源，同時微音器將井下采集的回聲信號轉(zhuǎn)換為電壓信號傳回遠(yuǎn)程控制模塊中進(jìn)行數(shù)據(jù)計算處理，得出油井液面深度。

1.2回聲法測量液面原理

1.2.1 音速法液面測量

當(dāng)回聲信號采集噪聲較大時，一般設(shè)定音速，然后通過采樣間隔時間與液面波對應(yīng)數(shù)據(jù)采集點數(shù)，計算出液面回波的時間，進(jìn)而求得動液面的高度。

1.2.2 音標(biāo)法液面測量

為了更準(zhǔn)確的計算聲音在套管里的傳播速度，一般將音標(biāo)安裝至井下一定距離，通過液面回聲信號序列，可求得音標(biāo)回波傳至井口的時間，以及液面波傳至井口的時間，進(jìn)而可求得動液面的高度。

1.2.3 接箍法液面測量

將液面回聲序列做帶通濾波處理后，得出接箍波序列，由接箍波可求出聲音在套管里的傳播速度。然后在使用音速法可準(zhǔn)確求得動液面數(shù)據(jù)。

1.3關(guān)鍵技術(shù)

1）采用無線遠(yuǎn)程控制的電控氣爆脈沖聲源，解決了槍彈式聲源無法自動裝填和高壓氣瓶需要更換的難題，使連續(xù)動液面測量成為可能;

2）采用微型氣泵和套管氣作為聲源，當(dāng)套管壓力小于0.3MPa時，設(shè)備控制對套管內(nèi)放氣產(chǎn)生次聲波作為測量聲源;當(dāng)套管壓力大于0.3MPa時，設(shè)備控制對外放氣產(chǎn)生次聲波作為測量聲源。實現(xiàn)了無套壓油井動液面的測量;

3）系統(tǒng)軟件創(chuàng)新采用瞬時振幅、瞬時頻率檢測液面回聲波信號，用頻譜最大峰值提取聲波速度，從而得到可靠的液面深度，與目前業(yè)內(nèi)所使用的其他方法相比，該系統(tǒng)自動計算的液面深度更加準(zhǔn)確、可靠。

2 ?現(xiàn)場試驗及測試數(shù)據(jù)比對

根據(jù)2019年10月29日至2019年11月12日進(jìn)行應(yīng)用實驗得到的相關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

對6口低壓油井安裝低壓型油井動液面在線連續(xù)監(jiān)測裝置進(jìn)行測量動液面數(shù)據(jù)，得到如下數(shù)據(jù)：

對6口高壓油井安裝高壓型油井動液面在線連續(xù)監(jiān)測裝置進(jìn)行測量動液面數(shù)據(jù)，得到如下數(shù)據(jù)：

通過兩方數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，油井動液面在線連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)所測數(shù)據(jù)與實際液面波數(shù)據(jù)誤差小于1%，能夠保證液面測量的準(zhǔn)確性，進(jìn)而實現(xiàn)動液面連續(xù)監(jiān)測及數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集。

3 ?結(jié)論

通過動液面在線連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)在油井上的應(yīng)用，得出以下結(jié)論，一是該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集卡取代了傳統(tǒng)的模擬濾波器和微控制器，克服了傳統(tǒng)測量系統(tǒng)的缺點，開發(fā)效率明顯提高。為油井的動液面深度測試提供了可靠、準(zhǔn)確、自動化程度高的測試手段;二是采用套管氣作為聲發(fā)射信號源，不用高壓氣瓶/空氣/火藥，安全且便于自動化控制;三是設(shè)計友好的人機(jī)交互界面，控制系統(tǒng)編程方便，參數(shù)設(shè)置靈活，并且能進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸;四是利用油井動液面連續(xù)監(jiān)測裝置，代替?zhèn)鹘y(tǒng)存儲式壓力計測壓方法，測試效率極大提高，并根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，測試成本節(jié)約3萬元/井次。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉芳天.動液面錄取輔助方法的研究與應(yīng)用[J].科技與應(yīng)用，2012（4）：95.

[2]李璦輝.難測井動液面測試方法研究[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012，32（5）：51-51.

[3]萬曉鳳，易其軍，雷繼棠等.動液面遠(yuǎn)程自動連續(xù)測量裝置實現(xiàn)[J].工程設(shè)計學(xué)報，2013，20（3）：260-264.

[4]呂思平.油井動液面測量系統(tǒng)的研制[D].中國石油大學(xué)，2011.

[5]陳思維[1].油井動液面遠(yuǎn)程在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用[J].石油石化節(jié)能，2013（12）：18-19.