对低压测井发射气源的改进

张新春 刘庆涛 胡忠泰 张楠

摘 要：低压测井是指通过地面综合测试仪器、载荷传感器、测试发声器对深井泵工作状态、油井动液面进行综合测试。初步掌握泵在井下做功状态，通过测试功图、由做功图形面积计算出油井产量。动态液面反应出油井工作制度是否合理、油层供液能力及地层压力变化等情况，为下一步油井管理措施提供基础依据。

关键词：低压测井;测井方式;便携;安全运输;节能降耗

1 数字化采油井站分析

数字化采油井站以油、水井、站内工艺设备为基础。抽油机井场安装数字化RTU智能模块。通过计算机程序指令实现井口压力、加药、投球、功图计量数据自动传输。视屏摄像、语音播放、智能照明等功能，抽油机安装智能变频柜，实现远程启停抽油机、电机过载保护，冲次、平衡调节变频、公平转换。注水井实时实现注水压力监测变化，通过注水协议控制箱转换远程控制调配注水量，数字化井场各类传感器通过光纤与数字芯片模块相适配进行电信号放大、采集、交换无线远程传输。

2 低压测井的意义

低压测井是石油行业对油井日常生产管理重要一环，通过示功图与动液面测试，综合分析对比可了解井下深井泵的工作状况以及油层供液能力（地层压力）。

低压测井包含两个测试环节，即示功图测试，动液面测试。

随着数字化采油井站的普及运用，低压测井做为油井生产监测的重要手段，发挥着油井日常管理不可替代的作用。它改变了传统低压测井周期长、采点分散安全风险等级高等不利因素，减轻了一线员工的劳动强度。

2.1 示功图测试原理

油井示功图测试就是通过载荷传感器将抽油机驴头上的交变载荷，转变为可以计量的电阻值。输出应变片产生电信号转输给测试仪器，在显示上显示线性功图做功区域和载荷数据。

抽油机的工作方式是将电能转变为机械能，是把高速旋转的圆周运动转变为抽油机驴头上、下往复直线运动，驴头挂载的悬绳器带动抽油杆连接井下抽油泵发生上、下位移，将液体抽吸至地面。示功图测试就是通过悬绳器上载荷传感器把井下的重力载荷、转变为传感器内部的桥式电阻应变片阻值发生偏转（桥电路的各臂电阻位移），得到一个与形变线性的输出，生成示功图图形。角位移传感器做为载荷传感器的补充，是利用角微分变量关系求出深井泵的做功面积计算出产量。

2.2 数字化动液面测井技术

数字化动液面测井技术，是通过井口液面自动测试装置，把原油中分离逃逸出的气体。通过智能测试仪进行收集、形成聚集能量、储存进入发射器。按照感应器预设状态进入待机状态，当压强达到一定值时触发、发射机构，使聚集的能量瞬间发射。产生冲击波、声波在油套管环形空间形成高速传递，产生回声反射。井筒内环形空间不同的物质界面其反射声波波速不同。当声速以320m/s上的速度向井下传输时，遇到井下固形物界面（油管凸起物、结箍）时，地面接收器根据波速记录下不同介质的反射回声。另一部分声源则沿井筒环形空间（空气介质）继续下行，遇井底液面产生反射，同时被井口微音器接收。经仪器放大、过滤转换成模块可解读电信号，传输给远程计算机控制系统，解读为单位时间内两条声波反射线性行进轨迹;一条反应的是从井口三通到井底液面声波反射距离，即井口到动液面的距离。另一条则显示从井口三通油管连续接箍到井底声波反射的距离（接箍到下一个接箍的连续距离）。等同于测量标尺的刻度，?=，距离=速度×时间。声速乘以油管通过的时长等于距离，标准油管每根长9.6m，由此可计算出井口到井底液面的距离。

油井出油能力与动液面变化的关系是;地层压力与供液状态的变量。地层压力高，流动压力大，油井供液能力强产量高。反之，油层压力低供液能力弱、产量低，由此引起动液面、沉没度变化规律，制定出油井合理的工作制度。

3 低压综合测试仪的物理参数

便携式综合测试仪，作为低压人工测井的专用仪器，是智能数字化低压测井的重要补充。在今后一个相当长的时期内，数字化低压测井与人工测井两种测井方式并存。数字化智能测井的前提是油井自身有足够的气源，而人工测井是针对没有气源或气源较低的油井。

凯山CZY-2人工综合测试仪的工作参数为：载荷测试为：0-120/160kN、精度1%F·s，位移测试范围0-9m，位移测试精度1%F·s，液面测试范围10-2000m，测试精度±10m，液面精度不大于5%，压力测试范围0-8MPa，精度1%F·s，适应工作温度-20～+55，储存容量：功图200井次，液面83井次，显示方式：-40低温显示器，通讯接口RS232串行接口、USB接口，记录仪内装电池电压大于12V，带电池的传感器组合内装电池电压不小于7.2V。工作特性体积小、重量轻携带方便。电子显示视窗抗腐蚀、亮度可调、按键耐磨，整体抗震、抗冲击。

CZY-2人工综合测试仪与无线传感器配套使用，可实现载荷信号通讯录取油井示功图。与发声器、高压氮气瓶配合，录取油井动液面。高压氮气瓶作为氮气能量的载体，在测井过程中提供发射氮气源、产生声源。其工作方式，高压氮气瓶与发声器相连，发射器安装在井口套管测试阀门上。测井时打开高压氮气瓶阀，使连接软管与发声器内充满氮气压，与此同时打开测试仪电源、开机输入好测井参数、日期，击发发射装置，使氮气瞬间发射产生声波沿井筒通道迅速下行，声波被井下物理物质反射。音频信号被微音器接受，通过连接信号线与CZY-2综合测试仪相通，经声频转换成仪器可存储的电信号信息，再经信号线传输给计算机控制软件，计算出液面深度。

4 油井动液面测试原理

便携式综合测试仪、基于工作底层设计对动液面进行测试。油田投入开发后，部分油井由于受地质条件的影响，低渗透、低饱和度物性差，导致先天性的气量不足或没有伴生气。还有一部分油井进入开发后期，受地层边水或底水侵入含水上升。原油中的轻质成分逸出越来越少，仅靠油井本身天然气源进行测井已经不现实。对于没有了气源补充来源的油井，此时必须依靠人工提供气源或以其他形式提供发射声源方式来实现低压测井的目的。

人工测井就是根据油井现场生产实际，需要配载车辆，携带综合测试仪器、发声器、氮气瓶、专用工具进入测试现场。自然状态下极易受到各种端天气影响，如大风天气、雨雪天气。油区道路被雨水冲毁，致使车辆无法通行。

依赖于人工测井的油井，则必须依靠人力携带综合测试仪器、传感器、钢制氮气瓶、发生器、专用工具等。徒步翻山越岭数10km进入测试现场，其人员负重操作风险大、工作效率低。

测井过程中为有效应对和解决减轻人员负担，降低操作风险。需对所携带工具最佳优化组合，将传统的氮气钢瓶、提供测井气源，改为脚踏式或充电打气式，压缩空气提供稳定可靠的测井用气源，进行低压测井。使用脚踏式打气筒可一次性的解决采购成本，例如氮气瓶重复采购、检验、反复灌裝及运输、仓储管理等费用。氮气瓶属承压容器，需定期检验、检验费用不详。瓶体采购单价成本280元/瓶，充装氮气费用50元/次。使用脚踏或充电动打气筒，单价采购成本50元/个，一次性投资可长期重复使用，且现场操作风险低，无需重复性检验，亦无需建专门的仓库、设专人保管、也无需车辆来回长途运输灌装等诸多程序，大大降低携带维护成本低。由此可见产生的长期经济效益将是巨大的。

对于低压测井操作而言，改用脚踏式或充电式打气筒，其工作气源来源稳定。自身体积小、重量轻、携带方便、操作可靠，对比较于现行使用的氮气发射源，可大大减轻现场操作人员的劳动强度。

参考文献：

[1]黄玉亮.基于传感器的测井技术在石油测井中的应用[J].化工管理，2013（14）：24-24.

[2]杨振宇.测井技术在石油勘探中的应用[J].硅谷，2013，000 （011）：107-107.