井下微球式测量仪监测系统研制

付柯云

摘要：在线式监测系统和井下存储式监测系统是现今现今世界主流的井下监测方式，但只能测量某一位置点的参数，无法提供实时的参数剖面，缺乏全井筒环空参数监测手段，井筒流动及压力风险控制面临巨大挑战。为解决此难题，本文在综合考虑经济成本和测试效率的基础上，研制完成了一种新型的井下微球式测量仪监测系统。该技术是一项石油工况测量创新技术。研究成果将改变钻井过程中难以及时准确获取井下信息的现状，改变我国随钻监测技术落后的现状，具有成本低、经济效益高的规模化效应，具有广阔的市场前景。

关键词：微球测量仪;上位机;数据库;井筒压力温度剖面

0 引言

深层复杂油气资源是现今石油勘探的重点开发领域，深井、超深井地质情况复杂，作业困难大，在钻井过程中井壁失稳、漏喷同存、钻具失效及其它井下复杂事故频发，井筒风险控制困难，钻井难度大，核心因问题就是复杂环境下流体环空压力、温度等测试问题难以实现。

1微球式全井筒环空参数实时测量原理

1.1 微球测量仪测量方法

在钻杆下钻过程中，脱开方钻杆保护接头与钻杆，然后从钻杆母头投放微球测量仪，再将方钻杆保护接头与钻杆进行连接。使微球随泥浆运动，循环过程中以固定间隔时间检测保存环空温度、压力信息[5-6]。在地面利用磁性回收装置或滤网进行回收，再利用上位机读取井下测量数据，解码后输出正确的井下测量数据。

1.2微球测量仪的设计

测量仪采用铝合金外壳，内部装集压力、温度传感器传感器于一体的小型化传感器组件，与主控电路、电源电路进行系统集成，形成一个包括主电路板、数据传感采集、储能机构、密度调节机构于一体的井下球形微型环空参数随钻测量仪[5-6]。传感器和铝合金外壳的空间用凝胶或硅橡胶填充，以隔离泥浆，起到保护传感器的作用，纽扣电池的正极外壳与铝合金外壳之间有橡胶密封圈，并相互扣接在一起。

2 测量系统上位机设计

2.1 软件结构设计

井下随钻微球监控平台软件按功能总共分为4个部分，分别是：参数设置模块、数据采集模块、数据处理模块、数据管理模块。参数设置模块是设置系统参数和微球的“采样时间间隔”、“延迟时间”、“温度零偏”等参数。数据采集模块和数据处理模块是实现和微球测量仪的对接，数据采集，并对数据进行判断处理剔选，最后存入数据库内。數据管理模块是显示比较微球测量仪状态，显示微球测量仪采集的数据和趋势图以及横纵向的对比，并导出数据的Excel表格打印。

2.2 程序流程设计

本系统上位机，基于Visual Studio 2013 .NET环境，采用C#语言编写，运用Sql Server 2010数据库技术设计完成。由于.Net环境中集成了大量使用类库，可根据需要直接运用。部分核心代码如下：

1）与测量仪数据传输

测试仪与上位机通过采集器连接，数据以串口的方式发送。

int buffersize = 51;

buffer = new Byte[buffersize];

sp.Read（buffer， 0， buffersize）;

readstring = byteToHexStr（buffer）;

sp.DiscardInBuffer（）;

2）数据库存储

从测量仪读取的数据通过正确性验证后将存储到Sql server 数据库中以待后续的分析与展示。

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 软件界面与实验效果

为验证井下微球式测量仪监测系统的合理性，在中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院储气-1井开展试验研究。

根据每颗微球测量仪上返过程，可做出井筒环空温度、压力参数随深度变化的剖面曲线。

本次试验在地面向钻杆内投入测量仪，以充分了解测量仪下移和上返过程。由图可以看出，测量仪入井后有明显的压力升高和降低过程，该过程约为7分钟，即入井工作时间（一个测试循环300～510号测试点），时间约为7分钟。为平衡微球测量仪内外压力，测量仪内部加载基础压力，测量压力值为包含基础压力值，拆开测量仪后，基础压力消减。下移时间（300～380号测试点）约为2.6分钟，下移速度：2.7m/s。上移时间（380～510号测试点）约为4.3分钟，与温度变化规律基本一致。上移移速度：1.65m/s。

4 结论

井下微球式测量仪监测系统，实现测量仪从井底到地面的运移过程中测量整个井筒压力、温度剖面信息的功能，并在地面完成数据收集与处理。通过现场试验，该系统具有操作简单，监测值高效可靠的特点，可有效提升井控安全，节约钻进时间，降低随钻测试成本，为钻井技术提供核心技术支撑，提高我国石油行业的核心竞争力，对我国及一带一路国家油气行业发展具有重大意义。

参考文献：

[1] 王鹏等.环空压力随钻测量系统研究[J].石油机械，2012，40（1）：29-32.

[2] 王鹏等.DRPWD随钻环空压力测量系统的研制与试验[J].石油机械，2014，42（8）：17-20.

[3] 李永杰等. 气体钻水平井钻杆偏心对环空岩屑运移规律的影响[J] .科学技术与工程，2016，16（13）：35-42.