FlowLevelCon 油氣井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的研制及應(yīng)用

毛軍軍*，楊若谷，魏方方，任桂山，蘇鋒，米立飛

（1.北京雅丹石油技術(shù)開發(fā)有限公司，北京昌平，102200；2.大港油田采油工藝研究院，天津大港，300000）

FlowLevelCon 油氣井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的研制及應(yīng)用

毛軍軍1*，楊若谷1，魏方方1，任桂山2，蘇鋒2，米立飛2

（1.北京雅丹石油技術(shù)開發(fā)有限公司，北京昌平，102200；2.大港油田采油工藝研究院，天津大港，300000）

在油田的開發(fā)以及采油過程中，動液面是一個非常重要的參數(shù)。動液面值的測量對掌握油井生產(chǎn)工況和調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)均十分關(guān)鍵，為及時準(zhǔn)確地測量油井液面深度，研制了一套FlowLevelCon油氣井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)；本文介紹了該系統(tǒng)的測量原理、軟硬件實(shí)現(xiàn)過程及現(xiàn)場應(yīng)用情況。通過該系統(tǒng)在大港油田對不同工況油井的試驗(yàn)效果表明，單井動液面計量誤差在 1.0%以內(nèi)，滿足油田現(xiàn)場計量需求。

油井動液面；FlowLevelCon；回聲法；在線計量

引言

在油井開采過程中，產(chǎn)量和綜合效率的最大化是最終目標(biāo)，而地層的供液能力是制約實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的根本因素，油井的動液面是反映地層供液能力的一個重要指標(biāo)，同時也是分析解釋地層參數(shù)和掌握油井的生產(chǎn)工況動態(tài)的主要參數(shù)，因此準(zhǔn)確且連續(xù)性的測量動液面值、控制動液面高度，對油田合理開發(fā)、提高采油效率具有重要意義。

傳統(tǒng)的動液面測量方法由人工操作、人工信號判讀。其數(shù)據(jù)計算整理工作繁瑣，誤差大、自動化程度低、效率低；且時常采用氮?dú)馄柯晱椈驘o彈頭火藥子彈作為發(fā)聲介質(zhì)，工作具有一定的危險性，且無法得到實(shí)時數(shù)據(jù)，人工作業(yè)費(fèi)用高，經(jīng)濟(jì)性差[1]。

FlowLevelCon油氣井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)是采用專用的高靈敏度微音器及先進(jìn)的信號處理技術(shù)，取消了傳統(tǒng)的擊發(fā)聲彈產(chǎn)生聲脈沖的操作方式，對于有壓井利用油井套管氣進(jìn)行測試；無壓井改用聲音發(fā)聲裝置產(chǎn)生聲源。該系統(tǒng)在大港油田取得了良好的現(xiàn)場應(yīng)用效果，系統(tǒng)在滿足油田測量精度的前提下運(yùn)行穩(wěn)定，為油氣井生產(chǎn)開發(fā)智能化建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 FlowLevelCon油氣井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)概述

FlowLevelCon油氣井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)主要由氣爆發(fā)聲裝置、回波接收裝置（微音器）、數(shù)據(jù)采集傳輸終端RTU、監(jiān)控系統(tǒng)軟件組成，其系統(tǒng)組成及工作流程如圖1所示。

圖1 FlowLevelCon油氣井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

系統(tǒng)工作原理：

本系統(tǒng)在油井口安裝氣爆發(fā)聲裝置和回波接收裝置，由數(shù)據(jù)采集終端RTU控制氣爆發(fā)聲裝置發(fā)射聲波信號，聲波沿著油箍套管向井下傳播，在傳播過程中當(dāng)遇到油管接箍、回音標(biāo)、液面以及其它障礙物時都會反射一個回波信號，反射聲波被油井口處的微音器接收，未被反射的聲波信號就繼續(xù)沿著油管接箍向井下傳播，微音器最先接收到的幾個接箍反射聲波信號比較強(qiáng)屬于高頻反射信號，聲波信號越往油井下傳播微音器接收到的接箍波反射回來的信號就越微弱屬于低頻反射信號，聲波繼續(xù)沿著油管接箍向下傳播；當(dāng)達(dá)到液面時接箍波信號已經(jīng)受到了極大程度的衰減，直到遇到液面時聲波會全部反射回來，因此微音器接收到的是一個較強(qiáng)的液面回波信號。微音器將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，電信號在經(jīng)過放大、濾波、A/D 轉(zhuǎn)換之后，聲波數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)采集終端RTU通過GPRS/3G/4G等多種通訊方式上傳到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，利用動液面分析軟件對數(shù)據(jù)解壓并進(jìn)行分析處理，得到油井動液面值，并按約定的格式存入數(shù)據(jù)庫，監(jiān)控中心人員通過WEB客戶端可本地及遠(yuǎn)程訪問中心數(shù)據(jù)庫，完成對液面數(shù)據(jù)解析、分析、發(fā)布、用戶管理等功能[2]。

2 系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

2.1 硬件部分

FlowLevelCon油氣井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的硬件部分主要包括氣爆發(fā)聲裝置（微型氣泵、電磁閥）、回波接收裝置（微音器）、數(shù)據(jù)采集傳輸終端RTU、供電電源，如圖2所示。

圖2 FlowLevelCon油氣井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)裝置圖

（1）氣爆發(fā)聲裝置

對于套管壓力小于0.2 MPa的油井，使用微型氣泵作為內(nèi)爆聲源，微型氣泵連接有微型儲氣罐，微型儲氣罐連接有電磁閥；微型氣泵以空氣作為氣源，對內(nèi)放高壓氣產(chǎn)生次聲波，對內(nèi)或?qū)ν夥艢庥呻姶砰y控制。

對于套管壓力大于0.2 MPa的油井，無需外接高壓氣泵及氣罐等設(shè)備進(jìn)行輔助，次聲波的產(chǎn)生是利用套管內(nèi)外壓差，通過電磁閥對油井套管內(nèi)或外放氣產(chǎn)聲。

（2）回波接收裝置

微音器是接收次聲波回波的主要裝置，其置于一密閉腔內(nèi)，密閉腔通過氣管與井口套管連接。微音器同時也是一種能將聲信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕膿Q能器，都是通過聲音震動后引起金屬膜片的運(yùn)動來產(chǎn)生電信號，次聲波傳感器通過被測的次聲波信號轉(zhuǎn)化成電容量的變化，電容量的變化再通過檢測電路轉(zhuǎn)化成電路中電壓信號的變化，利用諧振頻率為6Hz的微音器采集聲信號，并通過STM32F103片上12位AD將音頻信號分成4096份進(jìn)行采集，連續(xù)采集20秒，通過主控制器進(jìn)計算，濾波處理，存儲在FLASH上[3]。

（3）數(shù)據(jù)采集終端RTU

數(shù)據(jù)采集終端RTU采用意法半導(dǎo)體STM32F103 32位處理器做為系統(tǒng)的MCU，采用片內(nèi)12位AD做為聲波及壓力信號的采集端口，F(xiàn)LASH采用AT45DB16 8M做為存儲器使用，對外輸出端品采用 ADM2483做為串口 RS485輸出，電源供電為DC12V，RTU內(nèi)分成DC5V和DC3.3V兩個電壓等級，負(fù)責(zé)主芯片及外設(shè)供電。

（4）供電電源

根據(jù)油井的供電情況，采用VAC220V變DC12V開關(guān)電源做為系統(tǒng)主供電系統(tǒng)，同時也可以采用采用太陽能供電方式，太陽能供電系統(tǒng)分為太陽能電池板、鉛酸免維護(hù)蓄電池、太陽能供制器三部分組成，構(gòu)成DC12V太陽能供電回路，太陽能電池板采用20W功率，控制器采用5A最大工作電流；配套蓄電池可以滿足裝置在無光照下不間斷運(yùn)行7天。

2.2 軟件部分

圖3 系統(tǒng)軟件界面

油井動液面連續(xù)監(jiān)測軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，其由實(shí)時數(shù)據(jù)子系統(tǒng)、歷史數(shù)據(jù)子系統(tǒng)、設(shè)備管理子系統(tǒng)組成，三個系統(tǒng)的相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)了油井動液面數(shù)據(jù)采集、動液面計算、展示及分析，軟件界面如圖3所示。實(shí)時數(shù)據(jù)子系統(tǒng)主要是基于采集的實(shí)時數(shù)據(jù)完成動液面值的計算，實(shí)現(xiàn)了采集時間、聲速、套管壓力等實(shí)時參數(shù)的展示，同時對采集的波形進(jìn)行了直觀展示以及波形處理方式的配置；通過查看、調(diào)用歷史數(shù)據(jù)子系統(tǒng)動液面數(shù)據(jù)，完成油井動液面生產(chǎn)情況的歷史趨勢擬合，為分析評價工作的有效開展提供重要的數(shù)據(jù)依據(jù)；設(shè)備管理子系統(tǒng)主要是進(jìn)行油井靜態(tài)信息的維護(hù)，包括油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的添加、修改、刪除等。

2.3 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

表1 FlowLevelCon油氣井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

2.4 系統(tǒng)特點(diǎn)

FlowLevelCon油氣井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

（1）油氣井動液面的遠(yuǎn)程、連續(xù)、實(shí)時的聲波數(shù)據(jù)采集、傳輸。

（2）套管壓力的實(shí)時監(jiān)測。

（3）根據(jù)監(jiān)測實(shí)時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)自動對井下動液面進(jìn)行解釋、統(tǒng)計、分析，呈現(xiàn)實(shí)時動液面的動態(tài)結(jié)果。

（4）按照設(shè)置時間間隔自動巡檢。測試周期可按照需要自由設(shè)定。設(shè)定后還可以實(shí)際情況遠(yuǎn)程修改設(shè)置間隔。

（5）無論油井有無套壓，都可以自動測試動液面及靜液面。

（6）可與油井變頻器聯(lián)動，調(diào)整變頻器轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)供排協(xié)調(diào)。

（7）游梁式抽油機(jī)、螺桿泵井、潛油電泵井、在修油水井的液面在線監(jiān)測均可適用。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

目前FlowLevelCon油氣井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)已在大港油田部分抽油機(jī)井進(jìn)行了動液面在線實(shí)時計量，該裝置在現(xiàn)場安裝情況如圖4所示。

圖4 FlowLevelCon油氣井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)裝置現(xiàn)場安裝情況

FlowLevelCon油氣井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)裝置安裝在西46-4-1、西 49-4-6油井井口，西 46-4-1裝置采用井場供電，西49-4-6裝置采用太陽能供電，目前裝置均運(yùn)行良好。

3.1 實(shí)測數(shù)據(jù)

目前系統(tǒng)設(shè)定油井動液面的數(shù)據(jù)采集、計算頻率為1組/小時，利用動液面連續(xù)監(jiān)測軟件可查詢到油井任意時間段內(nèi)的動液面值，同時可查詢相應(yīng)的曲線和生產(chǎn)報表，動液面實(shí)測數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 油井動液面裝置實(shí)測結(jié)果

3.2 測量密比

為驗(yàn)證 FlowLevelCon油氣井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，選取已安裝動液面裝置的西46-4-1、西49-4-6油井的動液面連續(xù)測量結(jié)果與現(xiàn)場人工測量結(jié)果進(jìn)行對比，對比結(jié)果如表2、表3所示。通過對比不難看出FlowLevelCon油氣井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)與現(xiàn)場實(shí)測表現(xiàn)了較好的一致性，且測量精度較高，兩者之間的測量誤差在1.0%以內(nèi)。

表2 西46-4-1裝置測量與現(xiàn)場人工實(shí)際測量密比結(jié)果

表3 西49-4-6裝置測量與現(xiàn)場人工實(shí)際測量密比結(jié)果

該系統(tǒng)不僅能準(zhǔn)確測量單井動液面，同時當(dāng)現(xiàn)場情況或生產(chǎn)狀況發(fā)生改變時，系統(tǒng)能保持較好的實(shí)時性，并生產(chǎn)數(shù)據(jù)也隨之改變，尤其在動液面的波動趨勢上，該系統(tǒng)測量與現(xiàn)場實(shí)測表現(xiàn)出了幾乎相同的波動特性。圖6、圖7分別為西46-4-1、西49-4-6油井兩口油井的動液面測量變化對比結(jié)果。

圖6 西46-4-1動液面測量變化趨勢密比

圖7 西49-4-6動液面測量變化趨勢密比

4 結(jié)束語

FlowLevelCon油氣井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的研制，實(shí)現(xiàn)了對井下動液面的自動連續(xù)監(jiān)測，打破了目前動液面監(jiān)測方法的局限性，解決了傳統(tǒng)油井動液面測量效率低、勞動強(qiáng)度大、安全風(fēng)險高且測量誤差大等問題，為油井節(jié)能生產(chǎn)、合理采油提供了很好的科學(xué)依據(jù)；同時該系統(tǒng)在滿足油井動液面測量需求的同時，還極大的降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本，提高了勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益，有力的推動了油田的智能化發(fā)展，具有廣闊的油田應(yīng)用前景。

[1]呂思平. 油井動液面測量系統(tǒng)的研制[D]. 中國石油大學(xué)(華東),2011.

[2]劉玉馨. 油井液位測量系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D]. 燕山大學(xué),2013.

[3]萬曉鳳,易其軍,雷繼棠,等. 動液面遠(yuǎn)程自動連續(xù)測量裝置實(shí)現(xiàn)[J].工程設(shè)計學(xué)報,2013,20(3)： 260-264.

The Development and Application of the Continuous Monitoring System in FlowLevelCon Oil and Gas Well

MAO Junjun1*,YANG Ruogu1,WEI Fangfang1,REN Guishan2,SU Feng2,MI Lifei2
(1.Beijing Yadan petroleum technology development co.,LTD.,Beijing Changing 102200,China; 2.Dagang oilfield production technology research institute,Tianjin Dagang,300000,China)

The dynamic liquid surface is a very important parameter in oilfield development and oil recovery process. The face value of the working fluid measurement to control the pump setting depth is critical in the process of oilfield exploitation,for timely and accurate measuring liquid level depth of oil Wells,developed a set of FlowLevelCon continuous monitoring system for oil and gas Wells dynamic liquid level; This paper introduces the system's measuring principle,hardware and software implementation process and field application. The test effect of the system on different working conditions in dagang oilfield shows that the measurement error of single well dynamic level is within 1.0%,which satisfies the field measurement demand of oil field.

Oil well flow surface; FlowLevelCon; The echo method; Online measurement

TE9

A

1672-9129(2017)06-0216-03

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.06.081

毛軍軍,楊若谷,魏方方,等. FlowLevelCon油氣井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的研制及應(yīng)用[J]. 數(shù)碼設(shè)計,2017,6(6)： 216-218.

Cite：MAO Junjun,YANG Ruogu,WEI Fangfang,et al. The Development and Application of the Continuous Monitoring System in FlowLevelCon Oil and Gas Well[J]. Peak Data Science,2017,6(6)： 216-218.

2017-02-23；

2017-03-10。

毛軍軍（1991-），男，山西忻州人，現(xiàn)主要從事石油天然氣集輸、油田管道設(shè)計及物聯(lián)網(wǎng)自動化技術(shù)研究。

Email：maomjj@126.com