CN204152502U

CN204152502U - 一种毛细管测压系统及其补偿装置

Info

Publication number: CN204152502U
Application number: CN201420381180.8U
Authority: CN
Inventors: 袁文祥; 魏新春; 孙长江; 谢欣岳; 杨建权; 李志明
Original assignee: Xinjiang Gc Energy Technology Co Ltd
Current assignee: XINJIANG G.C. ENERGY TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2015-02-11
Anticipated expiration: 2024-07-11

Abstract

本实用新型公开了一种毛细管测压系统及其补偿装置，涉及一种SAGD井井下压力数据采集的毛细管测压系统，所述补偿装置包括：其输入端连接毛细管测压系统的压力变送器的井口压力输出端的第一滤波放大器，用于对井口压力信号进行滤波和放大处理；其输入端连接毛细管测压系统的压力变送器的井下压力输出端的第二滤波放大器，用于对井下基准压力信号进行滤波和放大处理；其第一信号输入端和第二信号输入端分别连接所述第一滤波放大器和第二滤波放大器的数据采集单元，用于采集经过滤波和放大处理的井口压力信号和井下压力信号。本实用新型能够通过对采集到的压力数据进行补偿计算，使得所计算出的井下指定位置的压力值更加精确。

Description

一种毛细管测压系统及其补偿装置

技术领域

本实用新型涉及一种蒸汽辅助重力泄油(SAGD：Steam Assisted Gravity Drainage)井井下压力数据采集的毛细管测压系统，特别一种涉及基于补偿算法的毛细管测压系统及其补偿装置。

背景技术

SAGD是国际开发超稠油的一项前沿技术。其理论最初是基于注水采盐原理，即注入淡水将盐层中固体盐溶解，浓度大的盐溶液由于其密度大而向下流动，而密度相对较小的水溶液浮在上面，通过持续向盐层上部注水，将盐层下部连续的高浓度盐溶液采出。将这一原理应用于注蒸汽热采过程中，就产生了重力泄油的概念。SAGD就是蒸汽驱开采方式，即向注汽井连续注入高温、高干度蒸汽，首先发育蒸汽腔，再加热油层并保持一定的油层压力(补充地层能量)，将原油驱至周围生产井中，然后采出。

目前国内油田每对SAGD油井的控制系统包括井口数据采集系统、井下数据采集系统、蒸汽计量系统和抽油机控制系统。其中，井下数据采集系统中采集压力数据的算法存在计算精度不高的问题，难以形成针对SAGD油井工艺需求的智能化控制与管理，系统的稳定性降低，故障率高。在很大程度上制约了SAGD井的大规模建设。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种毛细管测压系统的补偿装置，能够解决SAGD油井井下压力数据的采集存在算法计算精度不高的问题。

根据本实用新型的一方面，提供了一种毛细管测压系统的补偿装置，包括：

其输入端连接毛细管测压系统的压力变送器的井口压力输出端的第一滤波放大器，用于对井口压力信号进行滤波和放大处理；

其输入端连接毛细管测压系统的压力变送器的井下压力输出端的第二滤波放大器，用于对井下基准压力信号进行滤波和放大处理；

其第一信号输入端和第二信号输入端分别连接所述第一滤波放大器和第二滤波放大器的数据采集单元，用于采集经过滤波和放大处理的井口压力信号和井下压力信号。

优选地，还包括：用来转换所述数据采集单元输出的井下对应深度的压力值信号电平的电平转换器。

优选地，所述第一滤波放大器包括：

第一阻容滤波电路，用于对井口压力输出端输出的井口压力值信号进行滤波，抑制噪声；

第一运算放大器，连接所述阻容滤波电路的输出端，用于放大所采集到的井口压力值信号。

优选地，所述第二滤波放大器包括：

第二阻容滤波电路，用于对井下压力输出端输出的井下压力值信号进行滤波，抑制噪声；

第二运算放大器，连接所述阻容滤波电路的输出端，用于放大所采集到的井口压力值信号。

优选地，所述数据采集单元包括：

模数变换器，连接所述第一滤波放大器和第二滤波放大器的输出端，用于将所采集到的井口压力模拟信号和井下压力模拟信号进行模数转换，得到井口压力数字信号和井下压力数字信号；

计算器，与所述模数变换器相连，用于根据来自模数变换器的井口压力数字信号和井下压力数字信号，得到井下对应深度的压力值信号；

信号发送器，与所述计算器和电平转换器的输入端相连，用于将来自计算器的井下对应深度的压力值信号发送给所述电平转换器。

优选地，还包括：用于将转换后的井下对应深度的压力值信号输出给毛细管测压系统的主控设备的串口通讯接口。

优选地，所述数据采集单元是型号为MSP430F5438的单片机。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种毛细管测压系统，包括所述补偿装置。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果在于：能够通过对采集到的压力数据进行补偿计算，使得所计算出的井下指定位置的压力值更加精确。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的毛细管测压系统结构图；

图2是本实用新型实施例提供的毛细管测压系统的补偿装置的原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了克服现有SAGD井井下压力采集精度低导致的诸多问题，通过对SAGD井井下压力数据采集的软硬件进行整合优化，通信链路与协议的统一，对采集压力的算法进行创新应用，提高所采压力的精度，为SAGD井控制系统的判断提供有力依据。

图1是本实用新型实施例提供的毛细管测压系统结构图，如图1所示，SAGD井毛细管测压系统主要由地面部分(包括：氮气源、氮气控制装置、压力变送器、数据处理模块、SAGD井智能控制主控设备)和井下部分(包括：毛细钢管、传压筒)组成。工作时，毛细钢管和传压筒中均充满氮气，传压筒底端开孔与井筒连通，其内容积比毛细钢管内容积大几十倍，为压力数据的采集提供驱气容积，使其在井下压力变化时，保持传压筒内气-液两相界面深度基本稳定。

井下测压点处的压力作用在传压筒内的氮气柱上，由氮气传递压力至井口。压力变送器测得地面一端毛细钢管中的氮气压力后，将信号传送到数据采集单元，数据采集单元根据测压深度和温度值完成井下氮气柱压力的计算及井下压力的校正，并将矫正好的井下压力数据显示并存储起来，记录下来的井下实测数据通过补偿计算方法计算完成后用标准信号经由本地连接的个人计算机PC或者4G/WI-FI传送到主控设备。

获取井下压力值的具体算法如下：由于在毛细管测压系统中，氮气处于高温高压环境中，属于非理想气体，因此采用与真实气体相近的范德瓦尔斯方程：

P / P_{c} = \frac{T_{r}}{V_{n} - 0.125} - \frac{0.422}{V_{2}} - - - (1)

式中

T_r为对比温度(T_r＝T/T_r)；V_n为理想对比体积(V_n＝V/V_ci)；

P为操作状态下的气体压力，Pa；P_c为氮气临界压力，P_c＝33394387.5Pa；

T为操作状态下的气体温度，K；T_c为氮气临界温度，T_c＝126.25K；

V为操作状态下的气体摩尔体积，L/mol；V_ci为理想临界状态下气体摩尔体积，L/mol。

根据公式(1)计算氮气的摩尔体积V。当气体温度和压力一定时，可求得操作状态下的氮气摩尔体积。由范德瓦尔斯方程推导得

V = \frac{[E + {(E^{2} + 0.211 P / P_{c})}^{1 / 2}] R T_{c}}{2 P} - - - (2)

式中

E＝0.125P/P_c+T/T_c-0.422

根据公式(3)计算氮气的密度ρ。由公式(3)推导得

ρ = \frac{M}{V} = \frac{2000 MP}{[E + {(E^{2} + 0.211 P / P_{c})}^{1 / 2}] R T_{c}} - - - (3)

式中

ρ为氮气的密度，g/m³；

M为氮气的摩尔质量，M＝28.013g/mol。

井下毛细管内氮气的温度和压力自上而下是不断增加的，进行分段计算。将氮气柱平均分为n段，则第i段的密度为

ρ_{i} = \frac{2000 {MP}_{i - 1}}{[E_{i} + {(E_{i}^{2} + 0.211 P_{i - 1} / P_{c})}^{1 / 2}] {RT}_{c}} - - - (4)

式中

i＝1，2，3，…，n；E_i＝0.125P_i-1/P_c+T_i-1/T_c-0.422；

ρ_i为第i段的氮气密度，g/m³；T_i为第i段的氮气温度，K。

计算井下压力。当氮气与井液压力达到平衡后，则

P_{w} = P_{0} + P_{H} = P_{0} + Σ_{i = 1}^{n} gh - - - (5)

式中

P_w为测压点处的井下压力，Pa；

P_o为毛细钢管的面端氮气压力，Pa；

P_H为毛细管内氮气柱压力，Pa；

g为重力加速度，g＝9.80665m/s²；

h为氮气柱高度，h＝H/n；

H为测压深度，m。

图2是本实用新型实施例提供的毛细管测压系统的补偿装置的原理图，如图2所示，包括：与压力变送器相连的分别用于对井口压力信号和井下压力信号进行滤波放大的第一滤波放大器和第二滤波放大器、与第一滤波放大器和第二滤波放大器输出端相连的数据采集单元、与数据采集单元相连的电平转换器和与电平转换器相连的串口通讯接口。其中，压力变送器为型号为GW-YJ2101的压力变送器，数据采集单元是型号为MSP430F5438的单片机，电平转换器是型号为SP3232EEY的芯片，串口通讯接口是型号为RS-232的串口通讯接口。其中，上述元件的型号不限于此，本技术领域技术人员可以根据本实用新型的原理进行各种修改。

补偿装置的具体实现方法表现为：

(1)第一滤波放大器和第二滤波放大器分别将来自压力变送器端口P1和端口P2的井口压力模拟信号和井下压力模拟信号进行滤波放大。

(2)将处理后的井口压力模拟信号和井下压力模拟信号发送至单片机MSP430F5438的端口P6.0和端口P6.1；

单片机MSP430F5438的模数转换器将井口压力模拟信号和井下压力模拟信号转换成井口压力数字信号和井下压力数字信号；

单片机MSP430F5438的计算器对井口压力数字信号和井下压力数字信号进行差值计算，得到井口与井下的压力差值数字信号。并根据井口压力数字信号和得到的井口与井下的压力差值数字信号利用补偿算法计算出更加精确的井下对应深度的压力值信号。

单片机MSP430F5438的信号发送器发送来自计算器的井下对应深度的压力值信号。

(3)基于单片机MSP430F5438使用3V电源供电，不能使用工作电压为5V的RS-232芯片，所以，单片机MSP430F5438将得到的井下对应深度的压力值信号利用工作电压为3V的芯片SP3232EEY实现逻辑电平转换。其中，单片机MSP430F5438将计算出的井下对应深度的压力值信号经由端口P3.4发送至芯片SP3232EEY的端口T1IN。

(4)将电平转换后的井下对应深度的压力值信号经由芯片SP3232EEY的端口T1OUT发送给串口通讯接口RS-232端口2，以便串口通讯接口RS-232将得到的井下对应深度的压力值信号利用本地连接或者4G/WI-FI发送给主控设备，实现对井下对应深度的压力值的显示。

此外，当需要对单片机MSP430F5438中的标准算法中的工作参数进行修改时，则利用本地连接或者4G/WI-FI，将修改的技术参数依次经由串口通讯接口RS-232端口3，芯片SP3232EEY的端口R1OUT和端口R1IN，以及单片机MSP430F5438的端口P3.5发送给单片机MSP430F5438，以便其实现对井下对应深度的压力值信号的处理。

在实际操作中，在进行SAGD井井下压力数据采集时，在补偿装置端对采集到的数据进行补偿计算得出井下指定位置的压力值。其中，影响井下压力值的主要因素包括技术参数，毛细管外径大小(设定3.175mm)，内径大小(设定1.371mm)。补偿装置的采集间隔大于1秒。此外，毛细管测压系统的空气压缩机额定排气压力为70MPa，根据现场实验井的分层测压数据，通过比较实验井同时使用补偿过的补偿装置与井下存储式电子压力计，得出补偿装置与电子压力计仅差0.0031MPa。可见，补偿后的毛细管测压技术所推算出的井下压力值是精确的。

综上所述，本实用新型具有以下技术效果：能够通过对采集到的压力数据进行补偿计算，使得所计算出的井下指定位置的压力值更加精确。

尽管上文对本实用新型进行了详细说明，但是本实用新型不限于此，本技术领域技术人员可以根据本实用新型的原理进行各种修改。因此，凡按照本实用新型原理所作的修改，都应当理解为落入本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种毛细管测压系统的补偿装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的补偿装置，其特征在于，还包括：用来转换所述数据采集单元输出的井下对应深度的压力值信号电平的电平转换器。

3.根据权利要求1或2所述的补偿装置，其特征在于，所述第一滤波放大器包括：

4.根据权利要求1或2所述的补偿装置，其特征在于，所述第二滤波放大器包括：

5.根据权利要求1或2所述的补偿装置，其特征在于，所述数据采集单元包括：

6.根据权利要求1或2所述的补偿装置，其特征在于，还包括：用于将转换后的井下对应深度的压力值信号输出给毛细管测压系统的主控设备的串口通讯接口。

7.根据权利要求1或2所述的补偿装置，其特征在于，所述数据采集单元是型号为MSP430F5438的单片机。

8.一种毛细管测压系统，其特征在于，所述毛细管测压系统包括权利要求1-7任意一项所述的补偿装置。