井下微球式測量儀監測系統研制

付柯云

摘要：在線式監測系統和井下存儲式監測系統是現今現今世界主流的井下監測方式，但只能測量某一位置點的參數，無法提供實時的參數剖面，缺乏全井筒環空參數監測手段，井筒流動及壓力風險控制面臨巨大挑戰。為解決此難題，本文在綜合考慮經濟成本和測試效率的基礎上，研制完成了一種新型的井下微球式測量儀監測系統。該技術是一項石油工況測量創新技術。研究成果將改變鉆井過程中難以及時準確獲取井下信息的現狀，改變我國隨鉆監測技術落后的現狀，具有成本低、經濟效益高的規模化效應，具有廣闊的市場前景。

關鍵詞：微球測量儀;上位機;數據庫;井筒壓力溫度剖面

0 引言

深層復雜油氣資源是現今石油勘探的重點開發領域，深井、超深井地質情況復雜，作業困難大，在鉆井過程中井壁失穩、漏噴同存、鉆具失效及其它井下復雜事故頻發，井筒風險控制困難，鉆井難度大，核心因問題就是復雜環境下流體環空壓力、溫度等測試問題難以實現。

1微球式全井筒環空參數實時測量原理

1.1 微球測量儀測量方法

在鉆桿下鉆過程中，脫開方鉆桿保護接頭與鉆桿，然后從鉆桿母頭投放微球測量儀，再將方鉆桿保護接頭與鉆桿進行連接。使微球隨泥漿運動，循環過程中以固定間隔時間檢測保存環空溫度、壓力信息[5-6]。在地面利用磁性回收裝置或濾網進行回收，再利用上位機讀取井下測量數據，解碼后輸出正確的井下測量數據。

1.2微球測量儀的設計

測量儀采用鋁合金外殼，內部裝集壓力、溫度傳感器傳感器于一體的小型化傳感器組件，與主控電路、電源電路進行系統集成，形成一個包括主電路板、數據傳感采集、儲能機構、密度調節機構于一體的井下球形微型環空參數隨鉆測量儀[5-6]。傳感器和鋁合金外殼的空間用凝膠或硅橡膠填充，以隔離泥漿，起到保護傳感器的作用，紐扣電池的正極外殼與鋁合金外殼之間有橡膠密封圈，并相互扣接在一起。

2 測量系統上位機設計

2.1 軟件結構設計

井下隨鉆微球監控平臺軟件按功能總共分為4個部分，分別是：參數設置模塊、數據采集模塊、數據處理模塊、數據管理模塊。參數設置模塊是設置系統參數和微球的“采樣時間間隔”、“延遲時間”、“溫度零偏”等參數。數據采集模塊和數據處理模塊是實現和微球測量儀的對接，數據采集，并對數據進行判斷處理剔選，最后存入數據庫內。數據管理模塊是顯示比較微球測量儀狀態，顯示微球測量儀采集的數據和趨勢圖以及橫縱向的對比，并導出數據的Excel表格打印。

2.2 程序流程設計

本系統上位機，基于Visual Studio 2013 .NET環境，采用C#語言編寫，運用Sql Server 2010數據庫技術設計完成。由于.Net環境中集成了大量使用類庫，可根據需要直接運用。部分核心代碼如下：

1）與測量儀數據傳輸

測試儀與上位機通過采集器連接，數據以串口的方式發送。

int buffersize = 51;

buffer = new Byte[buffersize];

sp.Read（buffer， 0， buffersize）;

readstring = byteToHexStr（buffer）;

sp.DiscardInBuffer（）;

2）數據庫存儲

從測量儀讀取的數據通過正確性驗證后將存儲到Sql server 數據庫中以待后續的分析與展示。

SqlConnection con;

String ConStr = "server=.;database=mysql;uid=admin;pwd=admin";

con = new SqlConnection（ConStr）;

con.Open（）;

SqlCommand mycommut = new SqlCommand（sql， con）;

mycommut.ExecuteNonQuery（）;

3 軟件界面與實驗效果

為驗證井下微球式測量儀監測系統的合理性，在中國石油集團川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院儲氣-1井開展試驗研究。

根據每顆微球測量儀上返過程，可做出井筒環空溫度、壓力參數隨深度變化的剖面曲線。

本次試驗在地面向鉆桿內投入測量儀，以充分了解測量儀下移和上返過程。由圖可以看出，測量儀入井后有明顯的壓力升高和降低過程，該過程約為7分鐘，即入井工作時間（一個測試循環300～510號測試點），時間約為7分鐘。為平衡微球測量儀內外壓力，測量儀內部加載基礎壓力，測量壓力值為包含基礎壓力值，拆開測量儀后，基礎壓力消減。下移時間（300～380號測試點）約為2.6分鐘，下移速度：2.7m/s。上移時間（380～510號測試點）約為4.3分鐘，與溫度變化規律基本一致。上移移速度：1.65m/s。

4 結論

井下微球式測量儀監測系統，實現測量儀從井底到地面的運移過程中測量整個井筒壓力、溫度剖面信息的功能，并在地面完成數據收集與處理。通過現場試驗，該系統具有操作簡單，監測值高效可靠的特點，可有效提升井控安全，節約鉆進時間，降低隨鉆測試成本，為鉆井技術提供核心技術支撐，提高我國石油行業的核心競爭力，對我國及一帶一路國家油氣行業發展具有重大意義。

參考文獻：

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[2] 王鵬等.DRPWD隨鉆環空壓力測量系統的研制與試驗[J].石油機械，2014，42（8）：17-20.

[3] 李永杰等. 氣體鉆水平井鉆桿偏心對環空巖屑運移規律的影響[J] .科學技術與工程，2016，16（13）：35-42.