無線傳感器聲幅變密度測井技術

吳洪貴

1江蘇經貿職業技術學院信息技術學院2江蘇省流通現代化傳感網工程技術研究開發中心

無線傳感器聲幅變密度測井技術

吳洪貴1；2

1江蘇經貿職業技術學院信息技術學院2江蘇省流通現代化傳感網工程技術研究開發中心

為增強無線傳感器對油井管道測試的靈敏度，增加了管道內的溫度、流速、雜質含量及電機運轉速度等數據信息，在處理程序上進行實時分析管理，且將傳輸的數據信息進行不同模塊劃分，以保證數據信息管理的有效性。數據處理模塊包括數據庫模塊、數據源生成模塊、身份識別模塊。變密度測井圖是以黑白相間的色帶表現出來，用色帶顏色的變化來表示信號的強弱；通過分析變密度測井圖呈現的套波管、地層波、泥漿波和井液波的強度變化，來判斷出套管、水泥環和地層膠結構的狀況。

無線傳感器；檢測環境；模塊；聲幅變密度測井

傳統的油田無線傳感系統結構中，數據管理方式存在著嚴重的問題。首先，無線傳感器的靈敏度低，造成在檢測數據信息上出現一定的誤差。其次，在數據處理方式上沒有進行數據模塊的劃分，使傳輸的數據信息不能進行有效處理。為增強無線傳感器對油井管道測試的靈敏性，增加了管道內的溫度、流速、雜質含量及電機運轉速度等數據信息，在處理程序上進行實時分析管理，且將傳輸的數據信息進行不同模塊劃分，以保證數據信息管理的有效性。

1 數據處理模塊

（1）數據庫模塊。數據庫模塊是利用Excel表格將無線傳感器接收的數據信息導出數據庫，將各個油田站點進行了不同的劃分，可分為平臺1、平臺2、平臺3、平臺4、平臺5、平臺6，再將傳輸的數據模塊信息進行定位標注。傳輸的數據信息中包括石油管道內液體的流速、傳感器的方向角，當無線傳感器將數據信息傳輸至終端管理系統時，數據系統便會顯示來自定位傳感器的數據信息，將某個編號的無線傳感器放置在石油管道內壁上，在采集數據信息時，會按照服務器設定的編程程序進行數據信息的采集。采集的數據信息包括電機的轉速、管道內壁的溫度、液體的流速、雜質含量及單位面積內受到的壓強。

（2）數據源生成模塊。無線傳感器將收集的數據信息傳輸至信源設備時，需要進行數據信息的編碼。一般采用的是二進制的編碼方式，進行0和1之間的相互轉化。假設無線傳感器將數據信息傳輸至信源設備時，編程的代碼數據為111000101010 1001時，根據8421碼的轉化關系，需要在終端接收設備內相應地進行解碼。終端服務器中含有譯碼輸出設備，當編碼的數據進入輸入端時，譯碼器中的數據監測系統便對所傳輸的數據進行等間隔的劃分。

（3）身份識別模塊。身份識別模塊是為了保證傳輸數據信息的有效性，使數據信息能夠進行統一管理。身份識別模塊中包含終端用戶設定的數字密碼、口令密碼及指紋識別功能，一般都是采用數字密碼控制。數字密碼在設定程序上，采用的是模2加的邏輯預算，相同為0，相異為1。傳統編碼技術很容易遭受到外部不同代碼信息的攻擊，造成油田網絡數據信息的局部丟失，而這種新的密碼技術能夠保證數據信息的安全。

2 測井原理

（1）光感應強度測定。當光感應器感應到外界強光照射時便引起儀表參數的變化，首先經過電源模塊，把交變電流轉變為直流電。其次在記錄儀上進行信號的放大，然后傳送到指示器，具體判定光照強度是否符合油井照明強度的標準，如圖1所示。光傳感器與原有傳感器相比，凸顯出很多優點：①穩定性能好，始終把光線設定在一個參數值上，不會因為外界的干擾而發生改變；②檢測范圍大，傳統傳感器只能檢測方圓1m左右范圍的土質，新型傳感器能夠檢測周圍100m內的土質，在開采過程中土質發生松動或巖層有變化時能夠提醒管理人員，提前做好預防工作；③傳輸帶寬高，無論是傳輸設備還是檢測設備，通信傳輸的質量是整個系統正常運轉的關鍵，當前傳輸信道帶寬已經達到了500M，確保傳輸的信息能夠安全到達終端設備。

圖1 無線傳感器交變模塊轉化原理

（2）管道內液體流量測定。無線流量利用其感應指針對石油輸送管道內的液體流速進行檢測時，以井內的單質流體和混合流體的密度、流速、壓強為依據，進而算出管道內液體的相對流量。由于液體在管道內運輸時，其密度是不同的，所以測量結果會存在±10%的誤差。為了避免這樣的情況，要選擇在液體流速相對穩定的管道位置進行流量測定，因為該位置的液體密度比較穩定，其壓強也不會有太大變化，會穩定在可接受范圍內。

（3）運行溫度及壓力測定。管道中流體內含有的雜質與管道的內壁之間發生摩擦時，會導致局部溫度的上升。正常運轉時管道表面的溫度一般都在100～200℃之間，但由于不同程度的摩擦生成的熱量有時使管道表面溫度高達300～400℃，甚至500～600℃，這樣的高溫用一般的傳感溫度計是難以測量的。根據國內油井的分布情況，在一些密集度比較高的油井區域內，為了降低磨損，都采用過濾的方法。部分油田企業利用吊墜型無線溫度檢測計，采用了ODK技術原理，當雜質和管道發生接觸時，檢測計對雜質的排放量進行監控，一些較大雜質到達管道接口的位置時，使得液體流速變快，從而對雜質的沖擊也就越大。由P=F/S可知，壓強不變時，加大受力面積，壓力會變大；所以大塊雜質在受到壓力后，其內部結構會軟化，會以小顆粒的形式流出管道，避免了大塊雜質堵塞管道，延誤液體輸送的現象。

（4）傳感系統的運行測定。傳感系統設施包括模擬式系統和數字式系統。模擬式系統以模擬裝置為核心，主要負責油田發電系統三相分離、緩沖罐液位的數據收集；數字式系統依靠可編程控制器、檢測監控和數據采集等技術，實現對無線傳感器的實時監控和調整，并且能夠同時檢測多口油井的管道液體流速，控制緩沖罐液位，在發電系統中自行進行可持續的閉環檢測，進而達到了直接數字系統的最終目的。自動檢測系統會先對傳輸路線做檢測，以確保其運輸通暢，對傳輸管道內的數據進行檢測時采用了模糊邏輯檢測，能夠計算出傳輸過程中各線路的阻值，并對其大小進行測定分析。如果測定的阻值比原來設定的線路阻值大，油田傳輸系統會對預定值和實際值進行測定分析，分析后得出的差值在標準允許范圍內，那么可以繼續對終端設備進行輸電傳送；如果超過了允許范圍，那么輸電線路會被傳輸系統強制終止，從而保證傳輸線路的安全和整個工程的高效實施。

3 聲幅變密度測井

聲幅變密度測井技術井下部分由電子線路和聲系組成，其中聲系部分包括了一個發射器和兩個接收器；發射器位于上面，聲幅接收器在中間，下面是變密度接收器。其工作方式是，首先，聲波發射器發射聲脈沖，穿過井液折射到套管，形成套管波；在套管波折射到井內井液中時，聲波波列的首波幅度會被接收器接收，電子線路把它轉化成電壓值并記錄下來；最后，在儀器移動的過程中，就會繪制出一條隨井深變化的聲幅曲線，可以對曲線的走勢和高低對比來分析套管、水泥環和地層膠結構的狀況。

波幅的大小與電壓的高低成正比關系，光點的亮度也隨著波幅的大小成正比例變化，亮度高時，測井圖色帶表現為黑色，亮度低時表現為灰色；電壓為0的情況下，光點不會亮，測井圖色帶為白色。所以，變密度測井圖是以黑白相間的色帶表現出來，用色帶顏色的變化來表示信號的強弱；通過分析變密度測井圖呈現的套波管、地層波、泥漿波和井液波的強度變化，來判斷出套管、水泥環和地層膠結構的狀況。

4 結語

油田無線傳感器網絡數據管理系統在數據模塊劃分上保證了傳輸數據信息的穩定性，聲幅變密度測井技術結合聲幅曲線和變密度曲線的分析，對固井質量做出評估；進而對油田運行系統中多方環境數據進行檢測，使油井內各個設備處于安全的工作運行環境中，提高了生產效率。

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.033