對低壓測井發射氣源的改進

張新春 劉慶濤 胡忠泰 張楠

摘 要：低壓測井是指通過地面綜合測試儀器、載荷傳感器、測試發聲器對深井泵工作狀態、油井動液面進行綜合測試。初步掌握泵在井下做功狀態，通過測試功圖、由做功圖形面積計算出油井產量。動態液面反應出油井工作制度是否合理、油層供液能力及地層壓力變化等情況，為下一步油井管理措施提供基礎依據。

關鍵詞：低壓測井;測井方式;便攜;安全運輸;節能降耗

1 數字化采油井站分析

數字化采油井站以油、水井、站內工藝設備為基礎。抽油機井場安裝數字化RTU智能模塊。通過計算機程序指令實現井口壓力、加藥、投球、功圖計量數據自動傳輸。視屏攝像、語音播放、智能照明等功能，抽油機安裝智能變頻柜，實現遠程啟停抽油機、電機過載保護，沖次、平衡調節變頻、公平轉換。注水井實時實現注水壓力監測變化，通過注水協議控制箱轉換遠程控制調配注水量，數字化井場各類傳感器通過光纖與數字芯片模塊相適配進行電信號放大、采集、交換無線遠程傳輸。

2 低壓測井的意義

低壓測井是石油行業對油井日常生產管理重要一環，通過示功圖與動液面測試，綜合分析對比可了解井下深井泵的工作狀況以及油層供液能力（地層壓力）。

低壓測井包含兩個測試環節，即示功圖測試，動液面測試。

隨著數字化采油井站的普及運用，低壓測井做為油井生產監測的重要手段，發揮著油井日常管理不可替代的作用。它改變了傳統低壓測井周期長、采點分散安全風險等級高等不利因素，減輕了一線員工的勞動強度。

2.1 示功圖測試原理

油井示功圖測試就是通過載荷傳感器將抽油機驢頭上的交變載荷，轉變為可以計量的電阻值。輸出應變片產生電信號轉輸給測試儀器，在顯示上顯示線性功圖做功區域和載荷數據。

抽油機的工作方式是將電能轉變為機械能，是把高速旋轉的圓周運動轉變為抽油機驢頭上、下往復直線運動，驢頭掛載的懸繩器帶動抽油桿連接井下抽油泵發生上、下位移，將液體抽吸至地面。示功圖測試就是通過懸繩器上載荷傳感器把井下的重力載荷、轉變為傳感器內部的橋式電阻應變片阻值發生偏轉（橋電路的各臂電阻位移），得到一個與形變線性的輸出，生成示功圖圖形。角位移傳感器做為載荷傳感器的補充，是利用角微分變量關系求出深井泵的做功面積計算出產量。

2.2 數字化動液面測井技術

數字化動液面測井技術，是通過井口液面自動測試裝置，把原油中分離逃逸出的氣體。通過智能測試儀進行收集、形成聚集能量、儲存進入發射器。按照感應器預設狀態進入待機狀態，當壓強達到一定值時觸發、發射機構，使聚集的能量瞬間發射。產生沖擊波、聲波在油套管環形空間形成高速傳遞，產生回聲反射。井筒內環形空間不同的物質界面其反射聲波波速不同。當聲速以320m/s上的速度向井下傳輸時，遇到井下固形物界面（油管凸起物、結箍）時，地面接收器根據波速記錄下不同介質的反射回聲。另一部分聲源則沿井筒環形空間（空氣介質）繼續下行，遇井底液面產生反射，同時被井口微音器接收。經儀器放大、過濾轉換成模塊可解讀電信號，傳輸給遠程計算機控制系統，解讀為單位時間內兩條聲波反射線性行進軌跡;一條反應的是從井口三通到井底液面聲波反射距離，即井口到動液面的距離。另一條則顯示從井口三通油管連續接箍到井底聲波反射的距離（接箍到下一個接箍的連續距離）。等同于測量標尺的刻度，?=，距離=速度×時間。聲速乘以油管通過的時長等于距離，標準油管每根長9.6m，由此可計算出井口到井底液面的距離。

油井出油能力與動液面變化的關系是;地層壓力與供液狀態的變量。地層壓力高，流動壓力大，油井供液能力強產量高。反之，油層壓力低供液能力弱、產量低，由此引起動液面、沉沒度變化規律，制定出油井合理的工作制度。

3 低壓綜合測試儀的物理參數

便攜式綜合測試儀，作為低壓人工測井的專用儀器，是智能數字化低壓測井的重要補充。在今后一個相當長的時期內，數字化低壓測井與人工測井兩種測井方式并存。數字化智能測井的前提是油井自身有足夠的氣源，而人工測井是針對沒有氣源或氣源較低的油井。

凱山CZY-2人工綜合測試儀的工作參數為：載荷測試為：0-120/160kN、精度1%F·s，位移測試范圍0-9m，位移測試精度1%F·s，液面測試范圍10-2000m，測試精度±10m，液面精度不大于5%，壓力測試范圍0-8MPa，精度1%F·s，適應工作溫度-20～+55，儲存容量：功圖200井次，液面83井次，顯示方式：-40低溫顯示器，通訊接口RS232串行接口、USB接口，記錄儀內裝電池電壓大于12V，帶電池的傳感器組合內裝電池電壓不小于7.2V。工作特性體積小、重量輕攜帶方便。電子顯示視窗抗腐蝕、亮度可調、按鍵耐磨，整體抗震、抗沖擊。

CZY-2人工綜合測試儀與無線傳感器配套使用，可實現載荷信號通訊錄取油井示功圖。與發聲器、高壓氮氣瓶配合，錄取油井動液面。高壓氮氣瓶作為氮氣能量的載體，在測井過程中提供發射氮氣源、產生聲源。其工作方式，高壓氮氣瓶與發聲器相連，發射器安裝在井口套管測試閥門上。測井時打開高壓氮氣瓶閥，使連接軟管與發聲器內充滿氮氣壓，與此同時打開測試儀電源、開機輸入好測井參數、日期，擊發發射裝置，使氮氣瞬間發射產生聲波沿井筒通道迅速下行，聲波被井下物理物質反射。音頻信號被微音器接受，通過連接信號線與CZY-2綜合測試儀相通，經聲頻轉換成儀器可存儲的電信號信息，再經信號線傳輸給計算機控制軟件，計算出液面深度。

4 油井動液面測試原理

便攜式綜合測試儀、基于工作底層設計對動液面進行測試。油田投入開發后，部分油井由于受地質條件的影響，低滲透、低飽和度物性差，導致先天性的氣量不足或沒有伴生氣。還有一部分油井進入開發后期，受地層邊水或底水侵入含水上升。原油中的輕質成分逸出越來越少，僅靠油井本身天然氣源進行測井已經不現實。對于沒有了氣源補充來源的油井，此時必須依靠人工提供氣源或以其他形式提供發射聲源方式來實現低壓測井的目的。

人工測井就是根據油井現場生產實際，需要配載車輛，攜帶綜合測試儀器、發聲器、氮氣瓶、專用工具進入測試現場。自然狀態下極易受到各種端天氣影響，如大風天氣、雨雪天氣。油區道路被雨水沖毀，致使車輛無法通行。

依賴于人工測井的油井，則必須依靠人力攜帶綜合測試儀器、傳感器、鋼制氮氣瓶、發生器、專用工具等。徒步翻山越嶺數10km進入測試現場，其人員負重操作風險大、工作效率低。

測井過程中為有效應對和解決減輕人員負擔，降低操作風險。需對所攜帶工具最佳優化組合，將傳統的氮氣鋼瓶、提供測井氣源，改為腳踏式或充電打氣式，壓縮空氣提供穩定可靠的測井用氣源，進行低壓測井。使用腳踏式打氣筒可一次性的解決采購成本，例如氮氣瓶重復采購、檢驗、反復灌裝及運輸、倉儲管理等費用。氮氣瓶屬承壓容器，需定期檢驗、檢驗費用不詳。瓶體采購單價成本280元/瓶，充裝氮氣費用50元/次。使用腳踏或充電動打氣筒，單價采購成本50元/個，一次性投資可長期重復使用，且現場操作風險低，無需重復性檢驗，亦無需建專門的倉庫、設專人保管、也無需車輛來回長途運輸灌裝等諸多程序，大大降低攜帶維護成本低。由此可見產生的長期經濟效益將是巨大的。

對于低壓測井操作而言，改用腳踏式或充電式打氣筒，其工作氣源來源穩定。自身體積小、重量輕、攜帶方便、操作可靠，對比較于現行使用的氮氣發射源，可大大減輕現場操作人員的勞動強度。

參考文獻：

[1]黃玉亮.基于傳感器的測井技術在石油測井中的應用[J].化工管理，2013（14）：24-24.

[2]楊振宇.測井技術在石油勘探中的應用[J].硅谷，2013，000 （011）：107-107.