CN1262736C - 过泵温度压力参数直读监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种油田过泵加热采油井监测用的“过泵温度压力参数直读监测系统”，该系统采用加热测试双功能电缆、井下电缆连接头、井下电缆连接器、数据采集传输系统、温度压力传感器、地面数据显示存储控制系统等技术解决了加热测试同步进行，数据实时传输至地面的问题，具有耐高温、精度高、稳定性好等特点，可广泛应用于油田稠油、超稠油过泵加热采油井的井下温度压力参数监测。

Description

过泵温度压力参数直读监测系统

技术领域：

本发明涉及一种油田过泵加热采油井监测用的“过泵温度压力参数直读监测系统”，特别涉及一种能够在注汽井放喷后生产阶段实时直读监测井底温度、压力参数的监测系统。

背景技术：

稠油、超稠油普遍采用蒸汽吞吐工艺开采，通过对井下温度、压力参数进行监测，掌握井下油藏动态，对于指导油井生产非常必要。目前稠油、超稠油井井底温度压力资料一般采用存储式高温长效电子压力计进行录取，在油井注汽后下泵作业时，将仪器置于保护托筒内接在尾管底部，随管柱下入，在井下连续监测一个采油生产周期的温度、压力资料，油井采油周期结束转注作业时，仪器随管柱提到地面，回放测试数据并进行解释。该种测试方法存在资料滞后问题，不能即时指导生产，应用中受到一定限制；常规直读测试一般采用通过油套环空下入仪器测试或采用随采油管柱捆绑电缆测试方式，这两种方法主要用于稀油井测试，均不能用于高温稠油井直读监测，其原因在于：井下仪器(电子压力计)耐温指标低，没有合适的高温电子压力计可供选择。稠油、超稠油注汽井生产初期井下最高温度可达260℃左右，国内外普通电子压力计的耐温指标一般在150℃以下，极个别的国外公司能提供190℃的电子压力计，却仍不能满足260℃的高温测试要求。辽河油田钻采院研制的高温四参数系列测试仪器最高耐温400℃，但适用范围不同，一般应用于注汽阶段短时间剖面类测试，受绝热瓶隔热指标限制不能长期监测；外，环空测试及捆绑电缆测试方法还受稠油井内原油阻滞因素制约以及受电缆耐温耐磨的限制，不能满足高温直读监测的需要。

发明内容：

本发明目的在于针对上述现有技术中存在的不足，提供一种油田过泵加热采油井监测用的过泵温度压力参数直读监测系统，用以实时测量井底的温度压力参数并经加热测试双功能电缆传送至地面，该系统从地面到井下依次包括：地面数据显示存储控制系统1、变频加热电源2、加热测试双功能电缆3、电缆连接头5、井下电缆连接器6、数据采集传输系统7、温度压力传感器8。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

加热测试双功能电缆3为同轴圆电缆，其结构由内向外依次为：加强钢丝内芯及铜质信号线层3.1、耐温260℃氟塑料绝缘层3.2、加热导体层3.3和耐温260℃氟塑料层和护套层3.4，其中加热导体层3.3为加热线芯，信号线层3.1为测试线芯，所述加热测试双功能电缆3穿过空心抽油杆4内孔，所述的加热线芯在地面与变频加热电源2连接，测试线芯与地面数据显示存储控制系统1连接，当加热测试双功能电缆3下至空心抽油杆4底端时，在电缆重力作用下，固定在加热测试双功能电缆3下端的电缆连接头5与井下电缆连接器6自动对接，使加热线芯3.2与空心抽油杆4形成回路，并使测试线芯3.1与数据采集传输系统7导通；

井下电缆连接器6的下端连接数据采集传输系统7及温度压力传感器8，其上端与空心抽油杆4相连，在油井作业时连在环流泵空心尾杆下端，随空心抽油杆4下入；电缆连接头5的主体5.3为锥形体，井下电缆连接器6的主体6.3为内锥形孔，在加热测试双功能电缆3的重力作用下两者插接在一起，加热测试双功能电缆3中的加热导体层3.3经电缆连接头5的主体5.3与电缆连接器6的主体6.3连接，由电缆连接器主体6.3与空心抽油杆4相连，从而保证电缆加热导体与空心抽油杆4形成加热回路；同时电缆连接头5上的触头5.1和井下电缆连接器6中的测试线连接体6.1在弹簧5.4的作用下形成连接，使得加热测试双功能电缆3的测试信号线3.1经触头5.1井下电缆连接器6中的测试线连接体6.1与井下测试系统导通；电缆连接头5的触头5.1外壁5.2和井下电缆连接器6的测试线连接体6.1外壁6.2均为耐温260℃绝缘氟塑料；

温度压力传感器8包括温度和压力传感器，温度传感器中的温度敏感元件为PT100铂电阻传感器，压力传感器中的压力敏感元件为螺纹安装硅膜片压力传感器；

数据采集传输系统7具有微控制器7.9，它将温度传感器7.1和压力传感器7.2输出的电信号经A/D转换器7.3转换成数字信号，然后经过编码器7.4、调制器7.5及放大器7.6，送至隔离耦合器7.7，经电缆测试线芯3.1以载波方式上传至地面数据显示存储控制系统1，地面数据显示存储控制系统1包括微控制器1.4、隔离耦合器1.6、均衡放大器1.14、解调器1.13、解码器1.12、地面时间基准1.5、数据合成1.11、直接接口1.15、地面数据读取设备1.17、显示接口1.10、数据显示面板1.9、存储接口1.8、数据存储器1.7、参数设置电路1.3。

过泵温度压力参数直读监测系统技术指标为：压力测量范围0～60MPa，精度±0.1％F.S；温度测量范围0～260℃，精度：±0.5℃；测试系统耐温290℃；加热测试双功能电缆耐温260℃；井下连续工作时间12个月；测试信号传输速率15.72k/s。

与现有技术相比，本发明具有油井加热与测试同步进行、可实时测量、耐温指标宽、测量精度高、稳定性好等特点，并具有根据井下测试温度自动控制油井变频加热的功能。

附图说明：

图1是过泵温度压力参数直读监测系统整体结构示意图，图中1是地面数据显示存储控制系统，2是变频加热电源，3是加热测试双功能电缆，4是空心抽油杆，5是电缆连接头，6是井下电缆连接器，7是数据采集传输系统，8是温度压力传感器。

图2是过泵温度压力参数直读监测系统实现原理框图，图中8是井下温度及压力传感器，7是数据采集传输系统，6是井下电缆连接器，3是加热测试双功能电缆，1是地面数据显示存储控制系统，1.1′是数据显示，1.2′是IC卡数据存储，1.3′是计算机直接读取数据，1.4′是变频电加热控制，1.5′是IC卡数据读取。

图3是加热测试双功能电缆结构示意图，图中3.1是加强钢丝内芯及铜质信号线层3.1，3.2是耐温260℃氟塑料绝缘层，3.3是加热导体层，3.4是耐温260℃氟塑料层和护套层。

图4是井下电缆连接头结构剖面示意图，图中5.1是连接触头，5.2是耐温260℃氟塑料绝缘层，5.3是连接头主体，5.4是弹簧，5.5是挡环，5.6是电缆与连接触头5.1的连线，5.7是加热测试双功能电缆。

图5是井下电缆连接器结构剖面示意图，图中6.1是测试线连接体，6.2是耐温260℃氟塑料绝缘层，6.3是电缆连接器主体，6.4是空心抽油杆。

图6是数据温度、压力采集传输系统工作框图，图中7.1是温度传感器，7.2是压力传感器，7.3是A/D转换器，7.4是编码器，7.5是调制器，7.6是放大器，7.7是隔离耦合器，7.8是井下电源，7.9是微控制器。

图7是地面数据显示存储控制系统结构框图，图中1.1是地面电源，1.2是电源变换，1.3是参数设置，1.4是微控制器，1.5是时间基准，1.6是隔离耦合器，1.7是存储器，1.8是存储接口，1.9是数据显示面板，1.10是显示接口，1.11是数据合成，1.12是解码器，1.13是解调器，1.14是均衡放大器，1.15是直接接口，1.16是加热电源开关，1.17是数据读取设备。

具体实施例：

按照附图和设计要求制作各部件并组装，下面结合附图描述几个

实施例：

实施例1：

本发明如图1、图2所示的过泵温度压力参数直读监测系统的构思及其监测控制系统：井下温度、压力传感器感知的温度压力信号，经过井下数据采集传输系统转换成数字信号，在编码后，经过井下电缆连接器、电缆连接头及加热测试双功能电缆的测试线芯上传至地面控制系统，进行解码，实现测试数据显示、IC卡数据存储或由计算机直接读取，此外，地面控制系统还通过电缆的测试线芯为井下测试系统加载电源。井下温度压力传感器8、数据采集传输系统7接在井下电缆连接器6的下端，井下电缆连接器6的上端接在空心抽油杆4最底端，加热测试双功能电缆3从空心抽油杆4内孔下入，当加热测试双功能电缆3下至空心抽油杆4底端时，在电缆重力作用下，固定在加热测试双功能电缆3下端的电缆连接头5与井下电缆连接器6自动对接，电缆加热线芯与空心抽油杆4形成电加热回路，同时，电缆测试线芯与数据采集传输系统7连接，形成测试电路，将井下测试数据传输至地面数据显示存储控制系统1中，实现过泵高低温直读监测系统。

实施例2：

本发明的特征还在于加热测试双功能电缆：数据采集传输系统7所采集的测试信号经过加热测试双功能电缆3上传至地面数据显示存储控制系统1，在进行电加热的同时进行测试，测试信号传输采用数字载波方法，在一根线芯上实现供电与信号传输。加热测试双功能电缆3设计成同轴圆电缆，如图3，其结构由内向外依次为：加强钢丝内芯及铜质信号线层3.1由Φ0.8×12加强钢丝、Φ0.8×73.53mmTR铜信号线做成，外径Φ4.0；氟塑料绝缘层3.2由厚度0.8mm、耐温260℃的氟塑料做成，外径Φ5.6；加热导体层3.3由Φ2×1135mm2TR铜金属做成，外径Φ9.6；氟塑料绝缘层与护套层3.4是由厚度2×0.8mm、耐温260℃的氟塑料做成，外径Φ12.8。

实施例3：

本发明的特征还在于井下电缆自动对接，包括井下电缆连接头5与井下电缆连接器6两部分，二者是实现油井同时加热与测试的关键。井下电缆连接器6的下端连接数据采集传输系统7及温度压力传感器8，其上端与空心抽油杆4相连，在油井作业时连在环流泵空心尾杆下端，随空心抽油杆4下入；电缆连接头5的主体5.3为锥形体，井下电缆连接器6的主体6.3为内锥形孔，当加热测试双功能电缆3通过空心抽油杆4的内孔下至井底时，在加热测试双功能电缆3的重力作用下电缆连接头5与井下电缆连接器6插接在一起，加热测试双功能电缆3中的加热导体层3.3经电缆连接头5的主体5.3与电缆连接器6的主体6.3连接，由电缆连接器主体6.3与空心抽油杆4相连，从而保证电缆加热导体与空心抽油杆4形成加热回路；同时电缆连接头5上的触头5.1和井下电缆连接器6中的测试线连接体6.1在弹簧5.4的作用下也形成连接，使得加热测试双功能电缆3的测试信号线3.1经触头5.1井下电缆连接器6中的测试线连接体6.1与井下测试系统导通；电缆连接头5的触头5.1外壁5.2和井下电缆连接器6的测试线连接体6.1外壁6.2均为耐温260℃绝缘氟塑料。

实施例4：

本发明的特征还在于井下温度压力传感器，包括温度和压力传感器8，用于感知井下介质的温度、压力，温度敏感元件采用PT100铂电阻传感器；压力敏感元件采用螺纹安装硅膜片压力传感器，采用Nesson结构设计，使其既能感受测量比较小的压力，同时又能在极高压力的峰值冲击下保护膜片不受损坏；单晶硅结构封装使传感器年漂移小于0.01％；压力传感器供电采用自适应模式，消除了电源漂移对压力测量产生的误差。

实施例5：

本发明的特征还在于井下数据采集传输系统，该系统负责将温度压力传感器输出的电信号转换成数字信号，并完成测试数据的存储及上传。微控制器7.9是该系统的核心，它将温度传感器7.1、压力传感器7.2输出的电信号经A/D转换器7.3转换成数字信号，该数字信号经编码器7.4、调制器7.5及放大器7.6，送至隔离耦合器7.7，经电缆测试线芯3.1通过载波方式上传至地面数据显示存储控制系统1。该系统应用数字载波方法，通过一根线芯实现向井下数据采集系统加载测试电源同时向地面上传测试信号。

实施例6：

本发明的特征还在于地面数据显示存储控制系统，地面数据显示存储控制系统1除负责将井下数据采集传输系统7经加热测试双功能电缆测试线芯3.1上传来的测试信号进行解码显示存储外，它还负责对井下数据采集传输系统7加载电源。其中微控制器1.4负责井下测试系统电源的监测和调整控制，保证井下系统供电的可靠性和稳定性，除此之外，微控制器1.4还负责接收井下上传来的测试数据。在微控制器1.4的控制下，上传来的井下温度压力测试信号经隔离耦合器1.6、均衡放大器1.14、解调器1.13、解码器1.12后，与记录的地面时间基准1.5进行数据合成1.11，得到与时间对映的测试数据，用于后续处理分析。测试数据有三种输出方式可供选择：一是测试数据经过直接接口1.15，由地面数据读取设备1.17即地面计算机直接读取；二是测试数据经过显示接口1.10后，直接送至数据显示面板1.9，在地面系统的数据显示面板1.9上，井下温度、压力测试数据及电源的电压等参数轮流循环显示；三是测试数据经过存储接口1.8后存入数据存储器1.7的IC卡中，根据实际测试要求，可通过参数设置电路1.3设定测试数据的存储时间间隔。此外，地面数据存储控制系统1还根据测试的井下温度数据，自动控制油井变频加热地面供电电源1.16的开闭，实现节能。

Claims (1)

1、一种油田过泵加热采油井监测用的过泵温度压力参数直读监测系统，用以实时测量井底的温度压力参数并经加热测试双功能电缆传送至地面，该系统从地面到井下依次包括：地面数据显示存储控制系统(1)、变频加热电源(2)、加热测试双功能电缆(3)、电缆连接头(5)、井下电缆连接器(6)、数据采集传输系统(7)、温度压力传感器(8)；其特征在于：

加热测试双功能电缆(3)为同轴圆电缆，其结构由内向外依次为：加强钢丝内芯及铜质信号线层(3.1)、耐温260℃氟塑料绝缘层(3.2)、加热导体层(3.3)和耐温260℃氟塑料层和护套层(3.4)，其中加热导体层(3.3)为加热线芯，信号线层(3.1)为测试线芯，所述加热测试双功能电缆(3)穿过空心抽油杆(4)内孔，所述的加热线芯在地面与变频加热电源(2)连接，测试线芯与地面数据显示存储控制系统(1)连接，当加热测试双功能电缆(3)下至空心抽油杆(4)底端时，在电缆重力作用下，固定在加热测试双功能电缆(3)下端的电缆连接头(5)与井下电缆连接器(6)自动对接，使加热线芯(3.2)与空心抽油杆(4)形成回路，并使测试线芯(3.1)与数据采集传输系统(7)导通；

井下电缆连接器(6)的下端连接数据采集传输系统(7)及温度压力传感器(8)，其上端与空心抽油杆(4)相连，在油井作业时连在环流泵空心尾杆下端，随空心抽油杆(4)下入；电缆连接头(5)的主体(5.3)为锥形体，井下电缆连接器(6)的主体(6.3)为内锥形孔，在加热测试双功能电缆(3)的重力作用下两者插接在一起，加热测试双功能电缆(3)中的加热导体层(3.3)经电缆连接头(5)的主体(5.3)与电缆连接器(6)的主体(6.3)连接，由电缆连接器主体(6.3)与空心抽油杆(4)相连，从而保证电缆加热导体与空心抽油杆(4)形成加热回路；同时电缆连接头(5)上的触头(5.1)和井下电缆连接器(6)中的测试线连接体(6.1)在弹簧(5.4)的作用下形成连接，使得加热测试双功能电缆(3)的测试信号线(3.1)经触头(5.1)井下电缆连接器(6)中的测试线连接体(6.1)与井下测试系统导通；电缆连接头(5)的触头(5.1)外壁(5.2)和井下电缆连接器(6)的测试线连接体(6.1)外壁(6.2)均为耐温260℃绝缘氟塑料；

温度压力传感器(8)包括温度和压力传感器，温度传感器中的温度敏感元件为PT100铂电阻传感器，压力传感器中的压力敏感元件为螺纹安装硅膜片压力传感器；

数据采集传输系统(7)具有微控制器(7.9)，它将温度传感器(7.1)和压力传感器(7.2)输出的电信号经A/D转换器(7.3)转换成数字信号，然后经过编码器(7.4)、调制器(7.5)及放大器(7.6)，送至隔离耦合器(7.7)，经电缆测试线芯(3.1)以载波方式上传至地面数据显示存储控制系统(1)，地面数据显示存储控制系统(1)包括微控制器(1.4)、隔离耦合器(1.6)、均衡放大器(1.14)、解调器(1.13)、解码器(1.12)、地面时间基准(1.5)、数据合成(1.11)、直接接口(1.15)、地面数据读取设备(1.17)、显示接口(1.10)、数据显示面板(1.9)、存储接口(1.8)、数据存储器(1.7)、参数设置电路(1.3)。

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