浅谈油井动液面在线连续监测系统的应用

王佳伟 王昊楠 沈科斌

摘要：传统的动液面测量方法由人工操作，工作人员需驱车至井场，采用手动测量液面装置开展测试工作，然后将实测数据导入电脑，人工解析液面深度。测试成本较高，测试效率底下，存在一定安全风险，遇到极端恶劣天气无法赶赴现场测试，实时性较差。而动液面连续在线监测控制系统在油田的应用，实现了动液面在线连续监测功能，测量间隔时间可任意设置，测试精度±5m，完全满足现场测试需求。完美解决了低产井自动间开控制、油井测压等技术难题。

关键词：油井动液面;在线连续监测;技术应用

1  油井动液面在线连续监测系统

目前，油田所用动液面手动测量装置一般分为两种，一种是火药声弹枪，主要由击发装置、弹膛组成，通过击发子弹，利用爆炸产生的高压气体，实现声波信号发射。但子弹爆炸具有一定危险性，存在安全隐患;一种是气枪式装置，将高压气体打入气枪，瞬间释放高压气体，产生次声波，此方法自动化程度低，难以满足常年连续不断的测量任务。

动液面在线连续监测控制系统在油田的应用，一是实现了动液面在线连续监测功能，测量间隔时间可任意设置，测试精度±5m，完全满足现场测试需求。二是完美解决了低产井自动间开控制、油井测压等技术难题。动液面在线测试仪，完全自动化操作，代替人工操作，避免特殊天气、道路、交通影响，可有效降低员工安全风险。三是信息化、智能化是油田发展的必然趋势，动液面数据的实时采集不仅可以实现油井智能生产，后期可应用于油井测压、油藏开发调整等各个方面，为构建数字化智能油田（大数据分析）奠定基础。

1.1工作原理

动液面在线连续监测系统主要由微音器及数据处理中心、打气泵与常闭电磁阀、常开电磁阀三部分组成。其中常开电磁阀和常闭电磁阀主要控制发声气体来源以及根据现场实际生产需要和井口具体情况通过控制电磁阀开关进而控制套管的开关;微音器选取压电陶瓷的，主要是采集次声波，它将微弱的音频信号转换为电信号，是一款基本的声电转换装置。该款微音器专为对灵敏度较高的自由声场测量设计的，不需要外部提供电压，直接接到放大器输入端;数据处理中心主要是将转化后的电信号进行数据计算处理，捕获动液面数据并将该数据上传至井场RTU上。

于套管压力小于0.3MPa的油井，当系统开始采集数据时，远程控制模块发出指令，微型气泵开始工作，将套管气打入储气瓶进行增压，当储气瓶内压力增至1.0MPa时，控制模块发出指令，打开电磁阀，瞬间释放储气瓶内气体，形成次声波源，同时微音器将井下采集的回声信号转换为电压信号传回远程控制模块中进行数据计算处理，得出油井液面深度。

1.2回声法测量液面原理

1.2.1 音速法液面测量

当回声信号采集噪声较大时，一般设定音速，然后通过采样间隔时间与液面波对应数据采集点数，计算出液面回波的时间，进而求得动液面的高度。

1.2.2 音標法液面测量

为了更准确的计算声音在套管里的传播速度，一般将音标安装至井下一定距离，通过液面回声信号序列，可求得音标回波传至井口的时间，以及液面波传至井口的时间，进而可求得动液面的高度。

1.2.3 接箍法液面测量

将液面回声序列做带通滤波处理后，得出接箍波序列，由接箍波可求出声音在套管里的传播速度。然后在使用音速法可准确求得动液面数据。

1.3关键技术

1）采用无线远程控制的电控气爆脉冲声源，解决了枪弹式声源无法自动装填和高压气瓶需要更换的难题，使连续动液面测量成为可能;

2）采用微型气泵和套管气作为声源，当套管压力小于0.3MPa时，设备控制对套管内放气产生次声波作为测量声源;当套管压力大于0.3MPa时，设备控制对外放气产生次声波作为测量声源。实现了无套压油井动液面的测量;

3）系统软件创新采用瞬时振幅、瞬时频率检测液面回声波信号，用频谱最大峰值提取声波速度，从而得到可靠的液面深度，与目前业内所使用的其他方法相比，该系统自动计算的液面深度更加准确、可靠。

2  现场试验及测试数据比对

根据2019年10月29日至2019年11月12日进行应用实验得到的相关数据如下表：

对6口低压油井安装低压型油井动液面在线连续监测装置进行测量动液面数据，得到如下数据：

对6口高压油井安装高压型油井动液面在线连续监测装置进行测量动液面数据，得到如下数据：

通过两方数据对比发现，油井动液面在线连续监测系统所测数据与实际液面波数据误差小于1%，能够保证液面测量的准确性，进而实现动液面连续监测及数据的远程采集。

3  结论

通过动液面在线连续监测系统在油井上的应用，得出以下结论，一是该系统由数据采集卡取代了传统的模拟滤波器和微控制器，克服了传统测量系统的缺点，开发效率明显提高。为油井的动液面深度测试提供了可靠、准确、自动化程度高的测试手段;二是采用套管气作为声发射信号源，不用高压气瓶/空气/火药，安全且便于自动化控制;三是设计友好的人机交互界面，控制系统编程方便，参数设置灵活，并且能进行数据的远程传输;四是利用油井动液面连续监测装置，代替传统存储式压力计测压方法，测试效率极大提高，并根据现场调查发现，测试成本节约3万元/井次。

参考文献：

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