FlowLevelCon 油气井动液面连续监测系统的研制及应用

毛军军*，杨若谷，魏方方，任桂山，苏锋，米立飞

（1.北京雅丹石油技术开发有限公司，北京昌平，102200；2.大港油田采油工艺研究院，天津大港，300000）

FlowLevelCon 油气井动液面连续监测系统的研制及应用

毛军军1*，杨若谷1，魏方方1，任桂山2，苏锋2，米立飞2

（1.北京雅丹石油技术开发有限公司，北京昌平，102200；2.大港油田采油工艺研究院，天津大港，300000）

在油田的开发以及采油过程中，动液面是一个非常重要的参数。动液面值的测量对掌握油井生产工况和调整生产参数均十分关键，为及时准确地测量油井液面深度，研制了一套FlowLevelCon油气井动液面连续监测系统；本文介绍了该系统的测量原理、软硬件实现过程及现场应用情况。通过该系统在大港油田对不同工况油井的试验效果表明，单井动液面计量误差在 1.0%以内，满足油田现场计量需求。

油井动液面；FlowLevelCon；回声法；在线计量

引言

在油井开采过程中，产量和综合效率的最大化是最终目标，而地层的供液能力是制约实现这一目标的根本因素，油井的动液面是反映地层供液能力的一个重要指标，同时也是分析解释地层参数和掌握油井的生产工况动态的主要参数，因此准确且连续性的测量动液面值、控制动液面高度，对油田合理开发、提高采油效率具有重要意义。

传统的动液面测量方法由人工操作、人工信号判读。其数据计算整理工作繁琐，误差大、自动化程度低、效率低；且时常采用氮气瓶声弹或无弹头火药子弹作为发声介质，工作具有一定的危险性，且无法得到实时数据，人工作业费用高，经济性差[1]。

FlowLevelCon油气井动液面连续监测系统是采用专用的高灵敏度微音器及先进的信号处理技术，取消了传统的击发声弹产生声脉冲的操作方式，对于有压井利用油井套管气进行测试；无压井改用声音发声装置产生声源。该系统在大港油田取得了良好的现场应用效果，系统在满足油田测量精度的前提下运行稳定，为油气井生产开发智能化建设奠定了坚实的基础。

1 FlowLevelCon油气井动液面连续监测系统概述

FlowLevelCon油气井动液面连续监测系统主要由气爆发声装置、回波接收装置（微音器）、数据采集传输终端RTU、监控系统软件组成，其系统组成及工作流程如图1所示。

图1 FlowLevelCon油气井动液面连续监测系统示意图

系统工作原理：

本系统在油井口安装气爆发声装置和回波接收装置，由数据采集终端RTU控制气爆发声装置发射声波信号，声波沿着油箍套管向井下传播，在传播过程中当遇到油管接箍、回音标、液面以及其它障碍物时都会反射一个回波信号，反射声波被油井口处的微音器接收，未被反射的声波信号就继续沿着油管接箍向井下传播，微音器最先接收到的几个接箍反射声波信号比较强属于高频反射信号，声波信号越往油井下传播微音器接收到的接箍波反射回来的信号就越微弱属于低频反射信号，声波继续沿着油管接箍向下传播；当达到液面时接箍波信号已经受到了极大程度的衰减，直到遇到液面时声波会全部反射回来，因此微音器接收到的是一个较强的液面回波信号。微音器将声信号转换为电信号，电信号在经过放大、滤波、A/D 转换之后，声波数据经数据采集终端RTU通过GPRS/3G/4G等多种通讯方式上传到数据中心服务器，利用动液面分析软件对数据解压并进行分析处理，得到油井动液面值，并按约定的格式存入数据库，监控中心人员通过WEB客户端可本地及远程访问中心数据库，完成对液面数据解析、分析、发布、用户管理等功能[2]。

2 系统组成及特点

2.1 硬件部分

FlowLevelCon油气井动液面连续监测系统的硬件部分主要包括气爆发声装置（微型气泵、电磁阀）、回波接收装置（微音器）、数据采集传输终端RTU、供电电源，如图2所示。

图2 FlowLevelCon油气井动液面连续监测系统装置图

（1）气爆发声装置

对于套管压力小于0.2 MPa的油井，使用微型气泵作为内爆声源，微型气泵连接有微型储气罐，微型储气罐连接有电磁阀；微型气泵以空气作为气源，对内放高压气产生次声波，对内或对外放气由电磁阀控制。

对于套管压力大于0.2 MPa的油井，无需外接高压气泵及气罐等设备进行辅助，次声波的产生是利用套管内外压差，通过电磁阀对油井套管内或外放气产声。

（2）回波接收装置

微音器是接收次声波回波的主要装置，其置于一密闭腔内，密闭腔通过气管与井口套管连接。微音器同时也是一种能将声信号转变为电信号的换能器，都是通过声音震动后引起金属膜片的运动来产生电信号，次声波传感器通过被测的次声波信号转化成电容量的变化，电容量的变化再通过检测电路转化成电路中电压信号的变化，利用谐振频率为6Hz的微音器采集声信号，并通过STM32F103片上12位AD将音频信号分成4096份进行采集，连续采集20秒，通过主控制器进计算，滤波处理，存储在FLASH上[3]。

（3）数据采集终端RTU

数据采集终端RTU采用意法半导体STM32F103 32位处理器做为系统的MCU，采用片内12位AD做为声波及压力信号的采集端口，FLASH采用AT45DB16 8M做为存储器使用，对外输出端品采用 ADM2483做为串口 RS485输出，电源供电为DC12V，RTU内分成DC5V和DC3.3V两个电压等级，负责主芯片及外设供电。

（4）供电电源

根据油井的供电情况，采用VAC220V变DC12V开关电源做为系统主供电系统，同时也可以采用采用太阳能供电方式，太阳能供电系统分为太阳能电池板、铅酸免维护蓄电池、太阳能供制器三部分组成，构成DC12V太阳能供电回路，太阳能电池板采用20W功率，控制器采用5A最大工作电流；配套蓄电池可以满足装置在无光照下不间断运行7天。

2.2 软件部分

图3 系统软件界面

油井动液面连续监测软件采用模块化结构，其由实时数据子系统、历史数据子系统、设备管理子系统组成，三个系统的相互协作，实现了油井动液面数据采集、动液面计算、展示及分析，软件界面如图3所示。实时数据子系统主要是基于采集的实时数据完成动液面值的计算，实现了采集时间、声速、套管压力等实时参数的展示，同时对采集的波形进行了直观展示以及波形处理方式的配置；通过查看、调用历史数据子系统动液面数据，完成油井动液面生产情况的历史趋势拟合，为分析评价工作的有效开展提供重要的数据依据；设备管理子系统主要是进行油井静态信息的维护，包括油井基础数据的添加、修改、删除等。

2.3 系统技术指标

表1 FlowLevelCon油气井动液面连续监测系统主要技术指标

2.4 系统特点

FlowLevelCon油气井动液面连续监测系统具有以下特点：

（1）油气井动液面的远程、连续、实时的声波数据采集、传输。

（2）套管压力的实时监测。

（3）根据监测实时传输的数据自动对井下动液面进行解释、统计、分析，呈现实时动液面的动态结果。

（4）按照设置时间间隔自动巡检。测试周期可按照需要自由设定。设定后还可以实际情况远程修改设置间隔。

（5）无论油井有无套压，都可以自动测试动液面及静液面。

（6）可与油井变频器联动，调整变频器转速，实现供排协调。

（7）游梁式抽油机、螺杆泵井、潜油电泵井、在修油水井的液面在线监测均可适用。

3 现场应用效果

目前FlowLevelCon油气井动液面连续监测系统已在大港油田部分抽油机井进行了动液面在线实时计量，该装置在现场安装情况如图4所示。

图4 FlowLevelCon油气井动液面连续监测系统装置现场安装情况

FlowLevelCon油气井动液面连续监测系统装置安装在西46-4-1、西 49-4-6油井井口，西 46-4-1装置采用井场供电，西49-4-6装置采用太阳能供电，目前装置均运行良好。

3.1 实测数据

目前系统设定油井动液面的数据采集、计算频率为1组/小时，利用动液面连续监测软件可查询到油井任意时间段内的动液面值，同时可查询相应的曲线和生产报表，动液面实测数据如图5所示。

图5 油井动液面装置实测结果

3.2 测量密比

为验证 FlowLevelCon油气井动液面连续监测系统的准确性，选取已安装动液面装置的西46-4-1、西49-4-6油井的动液面连续测量结果与现场人工测量结果进行对比，对比结果如表2、表3所示。通过对比不难看出FlowLevelCon油气井动液面连续监测系统与现场实测表现了较好的一致性，且测量精度较高，两者之间的测量误差在1.0%以内。

表2 西46-4-1装置测量与现场人工实际测量密比结果

表3 西49-4-6装置测量与现场人工实际测量密比结果

该系统不仅能准确测量单井动液面，同时当现场情况或生产状况发生改变时，系统能保持较好的实时性，并生产数据也随之改变，尤其在动液面的波动趋势上，该系统测量与现场实测表现出了几乎相同的波动特性。图6、图7分别为西46-4-1、西49-4-6油井两口油井的动液面测量变化对比结果。

图6 西46-4-1动液面测量变化趋势密比

图7 西49-4-6动液面测量变化趋势密比

4 结束语

FlowLevelCon油气井动液面连续监测系统的研制，实现了对井下动液面的自动连续监测，打破了目前动液面监测方法的局限性，解决了传统油井动液面测量效率低、劳动强度大、安全风险高且测量误差大等问题，为油井节能生产、合理采油提供了很好的科学依据；同时该系统在满足油井动液面测量需求的同时，还极大的降低了生产运行成本，提高了劳动生产率和经济效益，有力的推动了油田的智能化发展，具有广阔的油田应用前景。

[1]吕思平. 油井动液面测量系统的研制[D]. 中国石油大学(华东),2011.

[2]刘玉馨. 油井液位测量系统的设计与研究[D]. 燕山大学,2013.

[3]万晓凤,易其军,雷继棠,等. 动液面远程自动连续测量装置实现[J].工程设计学报,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

毛军军,杨若谷,魏方方,等. FlowLevelCon油气井动液面连续监测系统的研制及应用[J]. 数码设计,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。

毛军军（1991-），男，山西忻州人，现主要从事石油天然气集输、油田管道设计及物联网自动化技术研究。

Email：maomjj@126.com