CN104153763A - 作业井液面动态监测及自动灌液系统 - Google Patents

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李建华
陈树军
王希慧
曹志伟
王�琦
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Abstract

本发明提供一种液面数据实时连续采集、液面精度以及液面数据自动识别的作业井液面动态监测及自动灌液系统。其技术方案为：，主要由中央控制系统，井下监测系统，自动灌液系统，声光报警装置，流量监测装置组成；本发明能够准确、连续的测量井筒内压井液的液面深度，实时计量地向井下灌注压井液，为现场人员提供井下液面数据，确保井内液柱压力达到安全作业要求，保证了施工作业的井控安全。提高了生产效率和经济效益，适合普遍推广使用。

Description

作业井液面动态监测及自动灌液系统
技术领域
本发明涉及采油设备技术领域，尤其是作业井液面动态监测及自动灌液系统。
背景技术
目前石油装备制造行业中的动态监测及自动灌液技术相对比较落后，从气侵到溢流的过程比人们想象要慢，主要是人们发现的时间较晚。而溢流到井喷发展较快，往往来不及关井，就发生了井喷。如果作业过程中在气侵开始就能发现，更早采取关井措施，就能进一步提高关井成功率，进一步减少井喷失控事故，避免巨大的经济损失。在油井作业过程中，为确保不发生安全井控事故，通常采用向井内灌注压井液的压井工艺措施。但由于缺少必要的监控技术及相关数据资料支持，只能根据现场操作人员的经验进行灌注，难以掌握井下压力平衡，其结果是：顾此失彼；压制了井涌、井喷趋势，却使压井液侵入储层，污染油层甚至造成井漏，给油井的后续生产造成不良影响。
发明内容
针对上述问题， 中国石油大学物理法采油研究所经过反复研究、试验突破了液面数据实时连续采集、液面精度以及液面数据自动识别的技术瓶颈，开发出了作业井液面动态监测及自动灌液系统。并与孤东采油厂等相关单位携手，针对胜利油田的实际情况，开发出适合于油田油井作业自动灌液系统，弥补胜利油田在作业过程中自动灌液方面的技术不足，有效解决因作业而带来的安全井控隐患和对原油产量影响的问题。其技术方案为：主要由中央控制系统，井下监测系统，自动灌液系统，声光报警装置，流量监测装置组成。在油井作业过程中，能够准确、实时、连续的测量井筒内压井液的液面深度，实时计量的向井下灌注压井液，为现场人员提供井下液面数据，确保井内液柱压力达到安全作业要求，保证施工作业的井控安全。中央控制系统作为整个系统的指挥中心，负责与井下数据采集单元和自动灌液单元的数据无线通讯，无线通讯采用蓝牙技术，所述中央控制系统由电源模块、液晶屏、CPU电路板和无线模块组成。井下监测系统实时采集井下液位数据，为自动灌液系统提供灌液和异常报警信息数据，井下数据采集单元由声波发生器和数据采集器组成，声波发生器由微音器、电磁阀、排气阀、压力表和井口连接器组成，数据采集器电路由微处理器电路，数据存储电路，系统时钟电路，微音器电路，脉冲发生电路，检波电路，驱动电路和无线通讯电路组成。自动灌液系统具有自动补液和自动灌液功能，同时具有三级沉降除砂功能，用合适的液柱压力来平衡地层压力，自动灌液系统由储液池，灌液池和自动控制硬件电路组成，自动控制硬件电路由自动灌液电路、自动补液电路、微处理器电路、无线通讯电路、超限保护电路、驱动电路、流量计和电磁阀组成。声光报警装置由自动灌液系统、流量计和报警器组成。流量监测装置由中央控制系统、液面检测系统和气枪组成。
本发明能够准确、连续的测量井筒内压井液的液面深度，实时计量地向井下灌注压井液，为现场人员提供井下液面数据，确保井内液柱压力达到安全作业要求，保证了施工作业的井控安全。提高了生产效率和经济效益，适合普遍推广使用。
附图说明
图1为本发明中央控制系统布局图；
图2为本发明井下数据采集单元组成示意图；
图3为本发明声波发生器组成示意图；
图4为本发明数据采集器硬件电路组成示意图；
图5为本发明自动灌液系统组成示意图；
图6为本发明作业井流量监测装置和声光报警装置示意图。
具体实施方式
中央控制系统作为整个系统的指挥中心，负责与井下数据采集单元和自动灌液单元的数据无线通讯，无线通讯采用蓝牙技术，数据通讯速率快，误码率低，与有线通信相比成本低，安装简单，同时扩展性好。作业井的井下液面数据具有存储功能，为油井后期生产以及作业提供可靠的数据分析，数据存储能力强，可以随时调出历史曲线，数据，压井灌液量和液面异常报警信息等。
中央控制系统控制井下数据采集单元和自动灌液单元的启动和停止，实时显示存储作业井现场各种数据以及整个系统的参数设置。中央控制单元采用高清晰10.4英寸TFT真彩屏，可支持触摸按钮，显示数据以及波形直观，界面友好。该单元采用先进的高速微处理器，处理速度快，运算能力强，整个单元硬件设计由微处理器硬件电路，液晶屏显示电路，数据存储电路，系统时钟电路和蓝牙无线通讯电路组成，单元硬件组成示意图见图1。
井下监测系统实时采集井下液位数据，为自动灌液系统提供灌液和异常报警等信息数据，井下数据采集单元有声波发生器和数据采集器组成见图2。声波发生器由微音器1，电磁阀2，高压气室3，排气阀4，压力表5以及井口连接器6组成见图3。数据采集器电路由微处理器硬件电路，数据存储电路，系统时钟电路，微音器电路，脉冲发生电路，检波电路，驱动电路以及无线通讯电路组成见图4。
声波发生器，采用现场作业自带安全气源，气源稳定可靠，安装方便，不存在安全隐患，井下采集单元采用24V直流电压，完全符合油田作业施工安全等级要求。
该单元是整个系统的核心单元，实时采集井下液位数据，为整个系统的实时精确灌液提供数据依据，同时为作业现场的井漏井涌变化提供预警。声波发生器发出的声波沿着油管和套管的环形空间向井下传播，当遇到油管接箍和液面等障碍物便产生反射脉冲，返回的反射脉冲有微音器接收转换成电脉冲，然后经过放大电路，检波电路进入微处理器电路，微处理器将采集高频和低频两路信号，高频信号主要采集油管接箍反射波，低频信号主要采集液面和其他障碍物的反射波。
数据采集器将微音器接收的信号进行数字滤波和运算处理，进行波形自动识别，首先将高频采集信号分析，根据油管接箍的长度以及反射经过的时间，计算出作业井中的实时音速，为液面自动识别提供基础数据，其次微处理器将低频采集信号进行理论分析，通过相应的数字滤波器进行反射波查找，最终滤除掉干扰波，查找到液面反射波形的精确位置，结合实时音速有公式一计算出当前液面深度。
采油井的动液面变化较小，干扰比较小，液面反射波形轻度大，发射明显，液面波形容易自动识别。而油井作业过程中，由于随机性以及不确定性因素，导致微音器接收的反射波形干扰比较大，因此我们采用硬件滤波和软件滤波相结合的滤波方式，首先微音器接收的电信号经过线性放大后再经过不同的电路滤波后，最终经过检波电路进入微处理器中，这是硬件滤波手段。从软件上着手，首先根据作业前多次液面测量，进行软件分析，分析测量系统中的噪声规律，设计出相应的数字滤波器，再利用统计的方法分析接箍波，得出声波在油管和套管环形空间中的传播速度V，并自动识别出液面波，计算出液面深度。
     公式一：De = V · t
式中：V—声波脉冲在油套环形空间中的传播速度，m/s；
t—声波脉冲传播时间，s；
De—液面深度，m。
自动灌液系统，具有自动补液和自动灌液功能，同时具有三级沉降除砂功能，用合适的液柱压力来平衡地层压力。 自动灌液单元由储液池，灌液池和自动控制硬件电路组成。自动控制硬件电路由自动灌液电路，自动补液电路，微处理器电路，无线通讯电路，液位上下限保护电路，流量计，电磁阀组成见图5。
作业井流量监测装置和声光报警装置见图6。

Claims (6)

1.作业井液面动态监测及自动灌液系统，主要由中央控制系统，井下监测系统，自动灌液系统，声光报警装置，流量监测装置组成，其特征在于：在油井作业过程中，能够准确、实时、连续的测量井筒内压井液的液面深度，实时计量的向井下灌注压井液，为现场人员提供井下液面数据，确保井内液柱压力达到安全作业要求，保证施工作业的井控安全。
2.根据权利要求1所述的作业井液面动态监测及自动灌液系统，其特征在于：所述中央控制系统作为整个系统的指挥中心，负责与井下数据采集单元和自动灌液单元的数据无线通讯，无线通讯采用蓝牙技术，所述中央控制系统由电源模块、液晶屏、CPU电路板和无线模块组成。
3.根据权利要求1或2所述的作业井液面动态监测及自动灌液系统，其特征在于：所述井下监测系统实时采集井下液位数据，为自动灌液系统提供灌液和异常报警信息数据，井下数据采集单元由声波发生器和数据采集器组成，声波发生器由微音器（1）、电磁阀（2）、排气阀（4）、压力表（5）和井口连接器（6）组成，数据采集器电路由微处理器电路，数据存储电路，系统时钟电路，微音器电路，脉冲发生电路，检波电路，驱动电路和无线通讯电路组成。
4.根据权利要求1或2所述的作业井液面动态监测及自动灌液系统，其特征在于：所述自动灌液系统具有自动补液和自动灌液功能，同时具有三级沉降除砂功能，用合适的液柱压力来平衡地层压力，所述自动灌液系统由储液池，灌液池和自动控制硬件电路组成，自动控制硬件电路由自动灌液电路、自动补液电路、微处理器电路、无线通讯电路、超限保护电路、驱动电路、流量计和电磁阀组成。
5.根据权利要求1或2所述的作业井液面动态监测及自动灌液系统，其特征在于：所述声光报警装置由自动灌液系统、流量计和报警器组成。
6.根据权利要求1或2所述的作业井液面动态监测及自动灌液系统，其特征在于：所述流量监测装置由中央控制系统、液面检测系统和气枪组成。
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