無線修井參數(shù)儀的設計與應用

李娟

中國石油大慶油田有限責任公司 井下作業(yè)分公司 （黑龍江 大慶 163112）

修井參數(shù)儀是修井施工過程中各參數(shù)的測量儀表，在井下修井施工過程中必不可少。修井司機及技術人員可根據(jù)參數(shù)儀的參數(shù)變化及時了解、掌握井下修井施工的動態(tài)參數(shù)，分析井下狀況及解決井下問題。傳統(tǒng)的修井參數(shù)儀采用模擬信號電纜傳輸及LED數(shù)碼管顯示裝置，連接信號傳感器電纜費時、費力。無線修井參數(shù)儀采用信號發(fā)射裝置、信號接收裝置、數(shù)字顯示控制裝置，不僅監(jiān)測準確，而且穩(wěn)定性和可靠性高，施工現(xiàn)場無需布線，為優(yōu)化井下修井施工打下了良好的基礎。

1 無線修井參數(shù)儀結構設計

無線修井參數(shù)儀由顯示控制裝置、傳感器、發(fā)射器、接收器、無線網(wǎng)絡和后臺計算機系統(tǒng)組成，系統(tǒng)硬件組成框圖如圖1所示。顯示控制裝置采用304不銹鋼板焊接構成隔爆型結構，其所有的隔爆接合面參數(shù)完全符合GB 3836.1—2010《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第1部分：通用要求》的規(guī)定。液晶觸摸屏外部使用防爆玻璃，有嚴格的防爆結合面參數(shù)，內(nèi)部氣體爆炸不會引起外部周圍氣體爆炸，最高表面溫度不大于標準規(guī)定值[1]。無線修井參數(shù)儀采用防爆的信號傳感器完成信號采集，信號采集后通過發(fā)射器與顯示控制裝置的接收器進行無線傳輸，大大方便了系統(tǒng)的安裝，并可通過觸摸屏進行系統(tǒng)初始化數(shù)據(jù)的輸入。

圖1 無線修井參數(shù)儀系統(tǒng)硬件組成框圖

2 無線修井參數(shù)儀基本原理

無線修井參數(shù)儀是以參數(shù)顯示控制裝置內(nèi)嵌的計算機為核心，以傳感器為基礎，實現(xiàn)修井施工過程中各參數(shù)采集、計算、處理和無線網(wǎng)絡傳輸[2]。各參數(shù)傳感器信號采集后通過發(fā)射器與顯示控制裝置的接收器進行無線傳輸，顯示控制裝置內(nèi)嵌的計算機對接收到的信號進行處理，完成參數(shù)的顯示、本地數(shù)據(jù)存儲、超限報警、數(shù)據(jù)遠傳等功能[3]。

無線修井參數(shù)儀數(shù)據(jù)傳輸物理層基于IEEE 802.15.4 GHz物理層，每套無線修井參數(shù)儀當作一個路由器，與各信號發(fā)射器、信號接收器形成一個局域網(wǎng)。局域網(wǎng)內(nèi)信號傳輸為2.4 GHz的WiFi，信號采用AES128加密技術，為保證在井場范圍內(nèi)1 000 m的傳輸距離，傳輸速率不高于250 kb/s。遠程監(jiān)測與APP查看為外部廣域網(wǎng)，采用3G無線通信技術。

3 無線修井參數(shù)儀功能

無線修井參數(shù)儀可側(cè)量的主要參數(shù)有：懸重、鉆壓、轉(zhuǎn)速、扭矩、泵壓、泵沖參數(shù)；可設置各種參數(shù)的超限報警；通過網(wǎng)絡加以連接，可掛接多個網(wǎng)絡終端，并可通過網(wǎng)頁瀏覽和手機APP瀏覽，使本儀器提供的數(shù)據(jù)成為共享資源，能被網(wǎng)絡上所有需要處理監(jiān)測數(shù)據(jù)的計算機所識別和處理，方便了監(jiān)測數(shù)據(jù)的應用，并依據(jù)不同的權限進行數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲、歷史數(shù)據(jù)瀏覽[4]。

4 無線修井參數(shù)儀的技術要求

無線修井參數(shù)儀屬于精密儀器，雖然具有防水、防爆、耐低溫、抗高溫的特點，但在運輸?shù)倪^程中也應輕拿輕放，避免撞擊；儀器工作環(huán)境溫度：-30～80℃，相對濕度≤80%；儀器安裝位置要求牢固可靠，避免大幅震動。

無線修井參數(shù)儀可采用220 V交流電源或24 V直流電源。使用交流電源時需配備取得防爆合格證的安全柵。儀表采用防誤插頭連接，使用直流電源時紅色線接修井機24 V蓄電池正極，黑色線接修井機24 V蓄電池負極[5]。

5 無線修井參數(shù)儀的應用

為保證施工現(xiàn)場的安全，使用時應嚴格按照防爆要求操作儀表，防止帶電插拔出現(xiàn)火花，引燃施工現(xiàn)場的可燃氣體。2018年9月，無線修井參數(shù)儀在井下修井隊伍投入使用，進行現(xiàn)場試驗。經(jīng)過30余口井的試驗，和以往使用的修井參數(shù)儀進行比較，無線修井參數(shù)儀指示更加精確，靈敏度更高。顯示裝置為紅色自發(fā)光模塊，夜間施工時可以很清楚地看清數(shù)值，提高了安全可靠性。

2018年10月在施工北1區(qū)壓裂砂卡井過程中，套銑沖砂后下絲扣抓打撈Φ73 mm壓裂管柱，打撈管柱下到魚頂時，顯示懸重142.85 kN，撈獲后管柱未活動開，倒扣，顯示懸重144.80 kN，根據(jù)增加懸重的數(shù)值及壓裂管柱的重量計算應該撈獲Φ73 mm壓裂油管2根。施工過程中無線修井參數(shù)儀對瞬時載荷的變化較為靈敏，而傳統(tǒng)的修井參數(shù)儀由于允許誤差較大，反應遲鈍增加懸重1.1 kN，起出打撈管柱后驗證撈獲Φ73 mm壓裂油管2根。

6 結論與建議

1）無線修井參數(shù)儀準確度高、可視性好；傳感器靈敏可靠，體積小重量輕，維護方便，操作簡單，大大提高了勞動效率，具有較好的推廣應用前景。在井下修井作業(yè)中的應用表明，無線修井參數(shù)儀總體上優(yōu)于傳統(tǒng)的修井參數(shù)儀，能提高作業(yè)時效，提升修井隊伍的經(jīng)濟效益。

2）無線修井參數(shù)儀的高精度和高靈敏度能及時反映載荷變化，便于修井作業(yè)人員準確了解井內(nèi)情況，防止或減少操作失誤。其帶動了施工質(zhì)量整體提高，使更先進的井下工藝技術、高新精密的井下工具，能夠充分施展其優(yōu)越性，圓滿地完成工程地質(zhì)設計的要求。

3）無線修井參數(shù)儀擴充的功能，如：數(shù)據(jù)的自動錄取存儲，數(shù)據(jù)的傳輸，遠程監(jiān)控等，將帶來管理方式的改革。①通過數(shù)據(jù)傳輸及監(jiān)控、遙控等功能可將分散的修井機進行集中管理，達到科學管理，從而提高作業(yè)效率的目的。②對重點井、異常井、特殊井及復雜井的施工，可通過數(shù)據(jù)實時將現(xiàn)場工作情況發(fā)送到生產(chǎn)指揮中心，便于專家和工程技術人員實時監(jiān)控修井施工情況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

4）無線修井參數(shù)儀改進后應用于修井施工中，現(xiàn)階段正進行數(shù)據(jù)的對比及穩(wěn)定性測試。更新的設備自帶一套傳統(tǒng)的修井參數(shù)儀，部分老舊設備無法安裝無線修井參數(shù)儀，建議無線修井參數(shù)儀生產(chǎn)廠家一方面與設備廠家合作，新設備都安裝無線修井參數(shù)儀；另一方面對無線修井參數(shù)儀改進，使更多的設備都可安裝無線修井參數(shù)儀。