對(duì)低壓測(cè)井發(fā)射氣源的改進(jìn)

張新春 劉慶濤 胡忠泰 張楠

摘 要：低壓測(cè)井是指通過(guò)地面綜合測(cè)試儀器、載荷傳感器、測(cè)試發(fā)聲器對(duì)深井泵工作狀態(tài)、油井動(dòng)液面進(jìn)行綜合測(cè)試。初步掌握泵在井下做功狀態(tài)，通過(guò)測(cè)試功圖、由做功圖形面積計(jì)算出油井產(chǎn)量。動(dòng)態(tài)液面反應(yīng)出油井工作制度是否合理、油層供液能力及地層壓力變化等情況，為下一步油井管理措施提供基礎(chǔ)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：低壓測(cè)井;測(cè)井方式;便攜;安全運(yùn)輸;節(jié)能降耗

1 數(shù)字化采油井站分析

數(shù)字化采油井站以油、水井、站內(nèi)工藝設(shè)備為基礎(chǔ)。抽油機(jī)井場(chǎng)安裝數(shù)字化RTU智能模塊。通過(guò)計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)井口壓力、加藥、投球、功圖計(jì)量數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸。視屏攝像、語(yǔ)音播放、智能照明等功能，抽油機(jī)安裝智能變頻柜，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟停抽油機(jī)、電機(jī)過(guò)載保護(hù)，沖次、平衡調(diào)節(jié)變頻、公平轉(zhuǎn)換。注水井實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)注水壓力監(jiān)測(cè)變化，通過(guò)注水協(xié)議控制箱轉(zhuǎn)換遠(yuǎn)程控制調(diào)配注水量，數(shù)字化井場(chǎng)各類傳感器通過(guò)光纖與數(shù)字芯片模塊相適配進(jìn)行電信號(hào)放大、采集、交換無(wú)線遠(yuǎn)程傳輸。

2 低壓測(cè)井的意義

低壓測(cè)井是石油行業(yè)對(duì)油井日常生產(chǎn)管理重要一環(huán)，通過(guò)示功圖與動(dòng)液面測(cè)試，綜合分析對(duì)比可了解井下深井泵的工作狀況以及油層供液能力（地層壓力）。

低壓測(cè)井包含兩個(gè)測(cè)試環(huán)節(jié)，即示功圖測(cè)試，動(dòng)液面測(cè)試。

隨著數(shù)字化采油井站的普及運(yùn)用，低壓測(cè)井做為油井生產(chǎn)監(jiān)測(cè)的重要手段，發(fā)揮著油井日常管理不可替代的作用。它改變了傳統(tǒng)低壓測(cè)井周期長(zhǎng)、采點(diǎn)分散安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高等不利因素，減輕了一線員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.1 示功圖測(cè)試原理

油井示功圖測(cè)試就是通過(guò)載荷傳感器將抽油機(jī)驢頭上的交變載荷，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢杂?jì)量的電阻值。輸出應(yīng)變片產(chǎn)生電信號(hào)轉(zhuǎn)輸給測(cè)試儀器，在顯示上顯示線性功圖做功區(qū)域和載荷數(shù)據(jù)。

抽油機(jī)的工作方式是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，是把高速旋轉(zhuǎn)的圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槌橛蜋C(jī)驢頭上、下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，驢頭掛載的懸繩器帶動(dòng)抽油桿連接井下抽油泵發(fā)生上、下位移，將液體抽吸至地面。示功圖測(cè)試就是通過(guò)懸繩器上載荷傳感器把井下的重力載荷、轉(zhuǎn)變?yōu)閭鞲衅鲀?nèi)部的橋式電阻應(yīng)變片阻值發(fā)生偏轉(zhuǎn)（橋電路的各臂電阻位移），得到一個(gè)與形變線性的輸出，生成示功圖圖形。角位移傳感器做為載荷傳感器的補(bǔ)充，是利用角微分變量關(guān)系求出深井泵的做功面積計(jì)算出產(chǎn)量。

2.2 數(shù)字化動(dòng)液面測(cè)井技術(shù)

數(shù)字化動(dòng)液面測(cè)井技術(shù)，是通過(guò)井口液面自動(dòng)測(cè)試裝置，把原油中分離逃逸出的氣體。通過(guò)智能測(cè)試儀進(jìn)行收集、形成聚集能量、儲(chǔ)存進(jìn)入發(fā)射器。按照感應(yīng)器預(yù)設(shè)狀態(tài)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到一定值時(shí)觸發(fā)、發(fā)射機(jī)構(gòu)，使聚集的能量瞬間發(fā)射。產(chǎn)生沖擊波、聲波在油套管環(huán)形空間形成高速傳遞，產(chǎn)生回聲反射。井筒內(nèi)環(huán)形空間不同的物質(zhì)界面其反射聲波波速不同。當(dāng)聲速以320m/s上的速度向井下傳輸時(shí)，遇到井下固形物界面（油管凸起物、結(jié)箍）時(shí)，地面接收器根據(jù)波速記錄下不同介質(zhì)的反射回聲。另一部分聲源則沿井筒環(huán)形空間（空氣介質(zhì)）繼續(xù)下行，遇井底液面產(chǎn)生反射，同時(shí)被井口微音器接收。經(jīng)儀器放大、過(guò)濾轉(zhuǎn)換成模塊可解讀電信號(hào)，傳輸給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，解讀為單位時(shí)間內(nèi)兩條聲波反射線性行進(jìn)軌跡;一條反應(yīng)的是從井口三通到井底液面聲波反射距離，即井口到動(dòng)液面的距離。另一條則顯示從井口三通油管連續(xù)接箍到井底聲波反射的距離（接箍到下一個(gè)接箍的連續(xù)距離）。等同于測(cè)量標(biāo)尺的刻度，?=，距離=速度×?xí)r間。聲速乘以油管通過(guò)的時(shí)長(zhǎng)等于距離，標(biāo)準(zhǔn)油管每根長(zhǎng)9.6m，由此可計(jì)算出井口到井底液面的距離。

油井出油能力與動(dòng)液面變化的關(guān)系是;地層壓力與供液狀態(tài)的變量。地層壓力高，流動(dòng)壓力大，油井供液能力強(qiáng)產(chǎn)量高。反之，油層壓力低供液能力弱、產(chǎn)量低，由此引起動(dòng)液面、沉沒(méi)度變化規(guī)律，制定出油井合理的工作制度。

3 低壓綜合測(cè)試儀的物理參數(shù)

便攜式綜合測(cè)試儀，作為低壓人工測(cè)井的專用儀器，是智能數(shù)字化低壓測(cè)井的重要補(bǔ)充。在今后一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，數(shù)字化低壓測(cè)井與人工測(cè)井兩種測(cè)井方式并存。數(shù)字化智能測(cè)井的前提是油井自身有足夠的氣源，而人工測(cè)井是針對(duì)沒(méi)有氣源或氣源較低的油井。

凱山CZY-2人工綜合測(cè)試儀的工作參數(shù)為：載荷測(cè)試為：0-120/160kN、精度1%F·s，位移測(cè)試范圍0-9m，位移測(cè)試精度1%F·s，液面測(cè)試范圍10-2000m，測(cè)試精度±10m，液面精度不大于5%，壓力測(cè)試范圍0-8MPa，精度1%F·s，適應(yīng)工作溫度-20～+55，儲(chǔ)存容量：功圖200井次，液面83井次，顯示方式：-40低溫顯示器，通訊接口RS232串行接口、USB接口，記錄儀內(nèi)裝電池電壓大于12V，帶電池的傳感器組合內(nèi)裝電池電壓不小于7.2V。工作特性體積小、重量輕攜帶方便。電子顯示視窗抗腐蝕、亮度可調(diào)、按鍵耐磨，整體抗震、抗沖擊。

CZY-2人工綜合測(cè)試儀與無(wú)線傳感器配套使用，可實(shí)現(xiàn)載荷信號(hào)通訊錄取油井示功圖。與發(fā)聲器、高壓氮?dú)馄颗浜希浫∮途畡?dòng)液面。高壓氮?dú)馄孔鳛榈獨(dú)饽芰康妮d體，在測(cè)井過(guò)程中提供發(fā)射氮?dú)庠?、產(chǎn)生聲源。其工作方式，高壓氮?dú)馄颗c發(fā)聲器相連，發(fā)射器安裝在井口套管測(cè)試閥門上。測(cè)井時(shí)打開(kāi)高壓氮?dú)馄块y，使連接軟管與發(fā)聲器內(nèi)充滿氮?dú)鈮?，與此同時(shí)打開(kāi)測(cè)試儀電源、開(kāi)機(jī)輸入好測(cè)井參數(shù)、日期，擊發(fā)發(fā)射裝置，使氮?dú)馑查g發(fā)射產(chǎn)生聲波沿井筒通道迅速下行，聲波被井下物理物質(zhì)反射。音頻信號(hào)被微音器接受，通過(guò)連接信號(hào)線與CZY-2綜合測(cè)試儀相通，經(jīng)聲頻轉(zhuǎn)換成儀器可存儲(chǔ)的電信號(hào)信息，再經(jīng)信號(hào)線傳輸給計(jì)算機(jī)控制軟件，計(jì)算出液面深度。

4 油井動(dòng)液面測(cè)試原理

便攜式綜合測(cè)試儀、基于工作底層設(shè)計(jì)對(duì)動(dòng)液面進(jìn)行測(cè)試。油田投入開(kāi)發(fā)后，部分油井由于受地質(zhì)條件的影響，低滲透、低飽和度物性差，導(dǎo)致先天性的氣量不足或沒(méi)有伴生氣。還有一部分油井進(jìn)入開(kāi)發(fā)后期，受地層邊水或底水侵入含水上升。原油中的輕質(zhì)成分逸出越來(lái)越少，僅靠油井本身天然氣源進(jìn)行測(cè)井已經(jīng)不現(xiàn)實(shí)。對(duì)于沒(méi)有了氣源補(bǔ)充來(lái)源的油井，此時(shí)必須依靠人工提供氣源或以其他形式提供發(fā)射聲源方式來(lái)實(shí)現(xiàn)低壓測(cè)井的目的。

人工測(cè)井就是根據(jù)油井現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際，需要配載車輛，攜帶綜合測(cè)試儀器、發(fā)聲器、氮?dú)馄?、專用工具進(jìn)入測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)。自然狀態(tài)下極易受到各種端天氣影響，如大風(fēng)天氣、雨雪天氣。油區(qū)道路被雨水沖毀，致使車輛無(wú)法通行。

依賴于人工測(cè)井的油井，則必須依靠人力攜帶綜合測(cè)試儀器、傳感器、鋼制氮?dú)馄俊l(fā)生器、專用工具等。徒步翻山越嶺數(shù)10km進(jìn)入測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，其人員負(fù)重操作風(fēng)險(xiǎn)大、工作效率低。

測(cè)井過(guò)程中為有效應(yīng)對(duì)和解決減輕人員負(fù)擔(dān)，降低操作風(fēng)險(xiǎn)。需對(duì)所攜帶工具最佳優(yōu)化組合，將傳統(tǒng)的氮?dú)怃撈?、提供測(cè)井氣源，改為腳踏式或充電打氣式，壓縮空氣提供穩(wěn)定可靠的測(cè)井用氣源，進(jìn)行低壓測(cè)井。使用腳踏式打氣筒可一次性的解決采購(gòu)成本，例如氮?dú)馄恐貜?fù)采購(gòu)、檢驗(yàn)、反復(fù)灌裝及運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)管理等費(fèi)用。氮?dú)馄繉俪袎喝萜?，需定期檢驗(yàn)、檢驗(yàn)費(fèi)用不詳。瓶體采購(gòu)單價(jià)成本280元/瓶，充裝氮?dú)赓M(fèi)用50元/次。使用腳踏或充電動(dòng)打氣筒，單價(jià)采購(gòu)成本50元/個(gè)，一次性投資可長(zhǎng)期重復(fù)使用，且現(xiàn)場(chǎng)操作風(fēng)險(xiǎn)低，無(wú)需重復(fù)性檢驗(yàn)，亦無(wú)需建專門的倉(cāng)庫(kù)、設(shè)專人保管、也無(wú)需車輛來(lái)回長(zhǎng)途運(yùn)輸灌裝等諸多程序，大大降低攜帶維護(hù)成本低。由此可見(jiàn)產(chǎn)生的長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益將是巨大的。

對(duì)于低壓測(cè)井操作而言，改用腳踏式或充電式打氣筒，其工作氣源來(lái)源穩(wěn)定。自身體積小、重量輕、攜帶方便、操作可靠，對(duì)比較于現(xiàn)行使用的氮?dú)獍l(fā)射源，可大大減輕現(xiàn)場(chǎng)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃玉亮.基于傳感器的測(cè)井技術(shù)在石油測(cè)井中的應(yīng)用[J].化工管理，2013（14）：24-24.

[2]楊振宇.測(cè)井技術(shù)在石油勘探中的應(yīng)用[J].硅谷，2013，000 （011）：107-107.