張新春 劉慶濤 胡忠泰 張楠
摘 要:低壓測井是指通過地面綜合測試儀器、載荷傳感器、測試發(fā)聲器對深井泵工作狀態(tài)、油井動液面進行綜合測試。初步掌握泵在井下做功狀態(tài),通過測試功圖、由做功圖形面積計算出油井產量。動態(tài)液面反應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依據(jù)。
關鍵詞:低壓測井;測井方式;便攜;安全運輸;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、站內工藝設備為基礎。抽油機井場安裝數(shù)字化RTU智能模塊。通過計算機程序指令實現(xiàn)井口壓力、加藥、投球、功圖計量數(shù)據(jù)自動傳輸。視屏攝像、語音播放、智能照明等功能,抽油機安裝智能變頻柜,實現(xiàn)遠程啟停抽油機、電機過載保護,沖次、平衡調節(jié)變頻、公平轉換。注水井實時實現(xiàn)注水壓力監(jiān)測變化,通過注水協(xié)議控制箱轉換遠程控制調配注水量,數(shù)字化井場各類傳感器通過光纖與數(shù)字芯片模塊相適配進行電信號放大、采集、交換無線遠程傳輸。
2 低壓測井的意義
低壓測井是石油行業(yè)對油井日常生產管理重要一環(huán),通過示功圖與動液面測試,綜合分析對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)。
低壓測井包含兩個測試環(huán)節(jié),即示功圖測試,動液面測試。
隨著數(shù)字化采油井站的普及運用,低壓測井做為油井生產監(jiān)測的重要手段,發(fā)揮著油井日常管理不可替代的作用。它改變了傳統(tǒng)低壓測井周期長、采點分散安全風險等級高等不利因素,減輕了一線員工的勞動強度。
2.1 示功圖測試原理
油井示功圖測試就是通過載荷傳感器將抽油機驢頭上的交變載荷,轉變?yōu)榭梢杂嬃康碾娮柚怠]敵鰬兤a生電信號轉輸給測試儀器,在顯示上顯示線性功圖做功區(qū)域和載荷數(shù)據(jù)。
抽油機的工作方式是將電能轉變?yōu)闄C械能,是把高速旋轉的圓周運動轉變?yōu)槌橛蜋C驢頭上、下往復直線運動,驢頭掛載的懸繩器帶動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。示功圖測試就是通過懸繩器上載荷傳感器把井下的重力載荷、轉變?yōu)閭鞲衅鲀炔康臉蚴诫娮钁兤柚蛋l(fā)生偏轉(橋電路的各臂電阻位移),得到一個與形變線性的輸出,生成示功圖圖形。角位移傳感器做為載荷傳感器的補充,是利用角微分變量關系求出深井泵的做功面積計算出產量。
2.2 數(shù)字化動液面測井技術
數(shù)字化動液面測井技術,是通過井口液面自動測試裝置,把原油中分離逃逸出的氣體。通過智能測試儀進行收集、形成聚集能量、儲存進入發(fā)射器。按照感應器預設狀態(tài)進入待機狀態(tài),當壓強達到一定值時觸發(fā)、發(fā)射機構,使聚集的能量瞬間發(fā)射。產生沖擊波、聲波在油套管環(huán)形空間形成高速傳遞,產生回聲反射。井筒內環(huán)形空間不同的物質界面其反射聲波波速不同。當聲速以320m/s上的速度向井下傳輸時,遇到井下固形物界面(油管凸起物、結箍)時,地面接收器根據(jù)波速記錄下不同介質的反射回聲。另一部分聲源則沿井筒環(huán)形空間(空氣介質)繼續(xù)下行,遇井底液面產生反射,同時被井口微音器接收。經儀器放大、過濾轉換成模塊可解讀電信號,傳輸給遠程計算機控制系統(tǒng),解讀為單位時間內兩條聲波反射線性行進軌跡;一條反應的是從井口三通到井底液面聲波反射距離,即井口到動液面的距離。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(接箍到下一個接箍的連續(xù)距離)。等同于測量標尺的刻度,?=,距離=速度×時間。聲速乘以油管通過的時長等于距離,標準油管每根長9.6m,由此可計算出井口到井底液面的距離。
油井出油能力與動液面變化的關系是;地層壓力與供液狀態(tài)的變量。地層壓力高,流動壓力大,油井供液能力強產量高。反之,油層壓力低供液能力弱、產量低,由此引起動液面、沉沒度變化規(guī)律,制定出油井合理的工作制度。
3 低壓綜合測試儀的物理參數(shù)
便攜式綜合測試儀,作為低壓人工測井的專用儀器,是智能數(shù)字化低壓測井的重要補充。在今后一個相當長的時期內,數(shù)字化低壓測井與人工測井兩種測井方式并存。數(shù)字化智能測井的前提是油井自身有足夠的氣源,而人工測井是針對沒有氣源或氣源較低的油井。
凱山CZY-2人工綜合測試儀的工作參數(shù)為:載荷測試為:0-120/160kN、精度1%F·s,位移測試范圍0-9m,位移測試精度1%F·s,液面測試范圍10-2000m,測試精度±10m,液面精度不大于5%,壓力測試范圍0-8MPa,精度1%F·s,適應工作溫度-20~+55,儲存容量: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,記錄儀內裝電池電壓大于12V,帶電池的傳感器組合內裝電池電壓不小于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、按鍵耐磨,整體抗震、抗沖擊。
CZY-2人工綜合測試儀與無線傳感器配套使用,可實現(xiàn)載荷信號通訊錄取油井示功圖。與發(fā)聲器、高壓氮氣瓶配合,錄取油井動液面。高壓氮氣瓶作為氮氣能量的載體,在測井過程中提供發(fā)射氮氣源、產生聲源。其工作方式,高壓氮氣瓶與發(fā)聲器相連,發(fā)射器安裝在井口套管測試閥門上。測井時打開高壓氮氣瓶閥,使連接軟管與發(fā)聲器內充滿氮氣壓,與此同時打開測試儀電源、開機輸入好測井參數(shù)、日期,擊發(fā)發(fā)射裝置,使氮氣瞬間發(fā)射產生聲波沿井筒通道迅速下行,聲波被井下物理物質反射。音頻信號被微音器接受,通過連接信號線與CZY-2綜合測試儀相通,經聲頻轉換成儀器可存儲的電信號信息,再經信號線傳輸給計算機控制軟件,計算出液面深度。
4 油井動液面測試原理
便攜式綜合測試儀、基于工作底層設計對動液面進行測試。油田投入開發(fā)后,部分油井由于受地質條件的影響,低滲透、低飽和度物性差,導致先天性的氣量不足或沒有伴生氣。還有一部分油井進入開發(fā)后期,受地層邊水或底水侵入含水上升。原油中的輕質成分逸出越來越少,僅靠油井本身天然氣源進行測井已經不現(xiàn)實。對于沒有了氣源補充來源的油井,此時必須依靠人工提供氣源或以其他形式提供發(fā)射聲源方式來實現(xiàn)低壓測井的目的。
人工測井就是根據(jù)油井現(xiàn)場生產實際,需要配載車輛,攜帶綜合測試儀器、發(fā)聲器、氮氣瓶、專用工具進入測試現(xiàn)場。自然狀態(tài)下極易受到各種端天氣影響,如大風天氣、雨雪天氣。油區(qū)道路被雨水沖毀,致使車輛無法通行。
依賴于人工測井的油井,則必須依靠人力攜帶綜合測試儀器、傳感器、鋼制氮氣瓶、發(fā)生器、專用工具等。徒步翻山越嶺數(shù)10km進入測試現(xiàn)場,其人員負重操作風險大、工作效率低。
測井過程中為有效應對和解決減輕人員負擔,降低操作風險。需對所攜帶工具最佳優(yōu)化組合,將傳統(tǒng)的氮氣鋼瓶、提供測井氣源,改為腳踏式或充電打氣式,壓縮空氣提供穩(wěn)定可靠的測井用氣源,進行低壓測井。使用腳踏式打氣筒可一次性的解決采購成本,例如氮氣瓶重復采購、檢驗、反復灌裝及運輸、倉儲管理等費用。氮氣瓶屬承壓容器,需定期檢驗、檢驗費用不詳。瓶體采購單價成本280元/瓶,充裝氮氣費用50元/次。使用腳踏或充電動打氣筒,單價采購成本50元/個,一次性投資可長期重復使用,且現(xiàn)場操作風險低,無需重復性檢驗,亦無需建專門的倉庫、設專人保管、也無需車輛來回長途運輸灌裝等諸多程序,大大降低攜帶維護成本低。由此可見產生的長期經濟效益將是巨大的。
對于低壓測井操作而言,改用腳踏式或充電式打氣筒,其工作氣源來源穩(wěn)定。自身體積小、重量輕、攜帶方便、操作可靠,對比較于現(xiàn)行使用的氮氣發(fā)射源,可大大減輕現(xiàn)場操作人員的勞動強度。
參考文獻:
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