淺談油井動液面在線連續監測系統的應用

王佳偉 王昊楠 沈科斌

摘要：傳統的動液面測量方法由人工操作，工作人員需驅車至井場，采用手動測量液面裝置開展測試工作，然后將實測數據導入電腦，人工解析液面深度。測試成本較高，測試效率底下，存在一定安全風險，遇到極端惡劣天氣無法趕赴現場測試，實時性較差。而動液面連續在線監測控制系統在油田的應用，實現了動液面在線連續監測功能，測量間隔時間可任意設置，測試精度±5m，完全滿足現場測試需求。完美解決了低產井自動間開控制、油井測壓等技術難題。

關鍵詞：油井動液面;在線連續監測;技術應用

1 ?油井動液面在線連續監測系統

目前，油田所用動液面手動測量裝置一般分為兩種，一種是火藥聲彈槍，主要由擊發裝置、彈膛組成，通過擊發子彈，利用爆炸產生的高壓氣體，實現聲波信號發射。但子彈爆炸具有一定危險性，存在安全隱患;一種是氣槍式裝置，將高壓氣體打入氣槍，瞬間釋放高壓氣體，產生次聲波，此方法自動化程度低，難以滿足常年連續不斷的測量任務。

動液面在線連續監測控制系統在油田的應用，一是實現了動液面在線連續監測功能，測量間隔時間可任意設置，測試精度±5m，完全滿足現場測試需求。二是完美解決了低產井自動間開控制、油井測壓等技術難題。動液面在線測試儀，完全自動化操作，代替人工操作，避免特殊天氣、道路、交通影響，可有效降低員工安全風險。三是信息化、智能化是油田發展的必然趨勢，動液面數據的實時采集不僅可以實現油井智能生產，后期可應用于油井測壓、油藏開發調整等各個方面，為構建數字化智能油田（大數據分析）奠定基礎。

1.1工作原理

動液面在線連續監測系統主要由微音器及數據處理中心、打氣泵與常閉電磁閥、常開電磁閥三部分組成。其中常開電磁閥和常閉電磁閥主要控制發聲氣體來源以及根據現場實際生產需要和井口具體情況通過控制電磁閥開關進而控制套管的開關;微音器選取壓電陶瓷的，主要是采集次聲波，它將微弱的音頻信號轉換為電信號，是一款基本的聲電轉換裝置。該款微音器專為對靈敏度較高的自由聲場測量設計的，不需要外部提供電壓，直接接到放大器輸入端;數據處理中心主要是將轉化后的電信號進行數據計算處理，捕獲動液面數據并將該數據上傳至井場RTU上。

于套管壓力小于0.3MPa的油井，當系統開始采集數據時，遠程控制模塊發出指令，微型氣泵開始工作，將套管氣打入儲氣瓶進行增壓，當儲氣瓶內壓力增至1.0MPa時，控制模塊發出指令，打開電磁閥，瞬間釋放儲氣瓶內氣體，形成次聲波源，同時微音器將井下采集的回聲信號轉換為電壓信號傳回遠程控制模塊中進行數據計算處理，得出油井液面深度。

1.2回聲法測量液面原理

1.2.1 音速法液面測量

當回聲信號采集噪聲較大時，一般設定音速，然后通過采樣間隔時間與液面波對應數據采集點數，計算出液面回波的時間，進而求得動液面的高度。

1.2.2 音標法液面測量

為了更準確的計算聲音在套管里的傳播速度，一般將音標安裝至井下一定距離，通過液面回聲信號序列，可求得音標回波傳至井口的時間，以及液面波傳至井口的時間，進而可求得動液面的高度。

1.2.3 接箍法液面測量

將液面回聲序列做帶通濾波處理后，得出接箍波序列，由接箍波可求出聲音在套管里的傳播速度。然后在使用音速法可準確求得動液面數據。

1.3關鍵技術

1）采用無線遠程控制的電控氣爆脈沖聲源，解決了槍彈式聲源無法自動裝填和高壓氣瓶需要更換的難題，使連續動液面測量成為可能;

2）采用微型氣泵和套管氣作為聲源，當套管壓力小于0.3MPa時，設備控制對套管內放氣產生次聲波作為測量聲源;當套管壓力大于0.3MPa時，設備控制對外放氣產生次聲波作為測量聲源。實現了無套壓油井動液面的測量;

3）系統軟件創新采用瞬時振幅、瞬時頻率檢測液面回聲波信號，用頻譜最大峰值提取聲波速度，從而得到可靠的液面深度，與目前業內所使用的其他方法相比，該系統自動計算的液面深度更加準確、可靠。

2 ?現場試驗及測試數據比對

根據2019年10月29日至2019年11月12日進行應用實驗得到的相關數據如下表：

對6口低壓油井安裝低壓型油井動液面在線連續監測裝置進行測量動液面數據，得到如下數據：

對6口高壓油井安裝高壓型油井動液面在線連續監測裝置進行測量動液面數據，得到如下數據：

通過兩方數據對比發現，油井動液面在線連續監測系統所測數據與實際液面波數據誤差小于1%，能夠保證液面測量的準確性，進而實現動液面連續監測及數據的遠程采集。

3 ?結論

通過動液面在線連續監測系統在油井上的應用，得出以下結論，一是該系統由數據采集卡取代了傳統的模擬濾波器和微控制器，克服了傳統測量系統的缺點，開發效率明顯提高。為油井的動液面深度測試提供了可靠、準確、自動化程度高的測試手段;二是采用套管氣作為聲發射信號源，不用高壓氣瓶/空氣/火藥，安全且便于自動化控制;三是設計友好的人機交互界面，控制系統編程方便，參數設置靈活，并且能進行數據的遠程傳輸;四是利用油井動液面連續監測裝置，代替傳統存儲式壓力計測壓方法，測試效率極大提高，并根據現場調查發現，測試成本節約3萬元/井次。

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