浅谈油田综合试井仪器的设计与应用

　　[摘要]介绍了采油工程中最常用的两项试井技术，分析了国内外油田试井的研究进展及发展趋势，该仪器的设计实现了测试液深和测功图二者的统一。
　　[关键词]试井；井深；功图；
　　引言：
　　试井是油气藏工程的组成部分，它涉及到油层物理、储层物性、流体性质、渗流理论、计算机技术、测试工艺和仪器仪表、设备等各个领域，是勘探开发油气田的主要技术手段和基础工作之一。在诸多的试井技术中，测量油井的液面深度、抽油机的功图是采油工程中最常用的两项试井技术。试井理论的发展与计算机应用技术的结合，使试井分析方法形成为一套比较完善的现代试井分析方法，即图版拟合解释法。在计算机的辅助下，不同的曲线反映不同的动态特征。油田综合试井仪的工作就是要根据油井的状态绘出曲线，通过对曲线的分析来了解油井的动态特性。
　　一、测试液深和测功图的介绍
　　为了解油井的供液能力，掌握生产动态，测量油井的液面深度是一项经常性的工作。井深的测量一般是采用声波测量法，利用声波在空气中传播遇到障碍物会发生反射的原理，在井口使用微音器将反射回来的音波信号接收并将之转换成电流信号，通过通道放大和电路整形滤波后，输出液面波图形，据此来计算液面深度。
　　测取抽油机的功图是为了判断抽油机井、泵、杆的工作状况是否正常，将测得的功图曲线与功图曲线库中的曲线对比，及时发现油井存在的问题。所谓功图指的是根据抽油机光杆负荷变化与位移变化画出来的二维曲线。其工作原理是把贴有应变片的弹性体(载荷传感器)装在抽油机悬绳器上、下夹板中，把光杆负载的变化转变为弹性体的形变，进而导致应变片电阻值的变化，从而产生对应光杆载荷变化的电信号。位移的测量是利用抽油机游梁带动位移传感器线轮，经过减速，带动电位器产生对应位移的电信号。根据所采得的载荷信号与对应的位移信号画出相应的曲线。
　　二、国内外油田试井的研究进展及发展趋势
　　1．发展过程
　　早期的油田井深测试系统有美国生产的应用电子系统、法国地质服务公司的HP1000录井系统和Dresser的电测设备。应用电子系统通过专用的传感器经过井管连接处产生一串连续不规则脉冲信号，该信号经过其配备的外接电路被转换为一个声音后，由工作人员根据听到声音的总数计算井深。应用电子系统测试过程中常会因网压的变化或传感器碰撞管壁等其它因素产生的干扰信号转换为声音而导致井深测试结果不精确。法国地质服务公司德HP1000录井系统和Dresser的电测设备使用光学编码器对传感器在旋转的过程中产生相位差90度的双脉冲信号鉴相计算井深。普通的鉴相方法是通过D触发器首先锁存一路脉冲，将其与另一路脉冲比较，判断旋转的方向。这种方法有一个非常难以克服的缺点，当传感器在一个方向来回颤动的时候，如跳钻频繁，鉴相器往往失控而造成误鉴相，如果没有软件来判别控制，长期使用后的累计误差是相当大的。因此，这种方法必须和计算机结合起来才能进行高精度的深度测量。
　　石油工业中也用电缆测量井深。考虑到电缆的机械拉伸、非弹性形变、温度、浮力、泥浆压力、潮汐效应、测量方式以及其它的因素，会对测量精度形成制约，采用许多与之相关的误差方法来进行校正。在电缆类型、仪器重量、泥浆密度已知的情况下，电缆测量深度的绝对误差是深度的函数，其大小随深度增加而增加。实践中发现，经校正之后，电缆的绝对误差约为1／1000，但实际上当出现以下因素时会使这一精度变得更糟。例如不严格遵守深度控制步骤，没有考虑电缆滚筒与钻台间的距离，或者电缆较新，并产生永久性拉伸、或者是深度测量设备的刻度较差等。所以在测量中尽管使用了许多相关的误差方法来校正，测量的结果还是会因实际操作的差异而出现误差。
　　如今，随着科学技术的发展及计算机技术的广泛应用，国外出现了许多高精度的测井设备，我国一些科技发展公司和地质科学勘查技术研究所也设计生产出自己的先进测试设备，如γ-测试仪，录井仪、动调式陀螺测斜仪、高精度测斜仪等等。这些仪器精度高，功能齐全，可以在测试过程中将有关油井的许多动态参数一次测得，但其高昂的价格令许多油田公司难以接受。
　　2．油田井深测试系统的发展趋势
　　油田井深测试系统实质上是一个信号采集分析系统。现在它会把传感器和微处理器相结合使用，但还不能使系统小型化、集成化、智能化。这都将依赖于传感技术的发展。
　　随着传感器在发展与应用过程中越来越多的和微处理器相结合，使传感器不仅有视、嗅、触、味、听觉的功能，还具有存储、思维和逻辑判断等人工智能，将传感器技术提高到一个新的水平。智能传感器是传感器通过信号调理电路与微处理器赋予智能的结合，兼有信息检测与信息处理功能的传感器，是当今世界正在迅速发展的高新技术。鉴于智能传感器具有：（1）能够自动采集数据，并对数据进行预处理的功能；（2）数据存储、记忆与信息处理功能；（3）双向通讯、标准化数字输出或者符号输出功能等三种功能，智能油田井深测试仪将成为油田井深测试系统发展的必然趋势。
　　3．国内外应用现状
　　随着计算机技术的快速发展和广泛应用，井深测试技术也在不断地发展和完善，并在石油工业中广泛应用。英国石油勘探公司的新型录井系统应用深度脉冲来实现油井深度测量。由于网络的发展使各种网络协议已经成功地移植到嵌入式系统中，且网络传输比并行总线传输具有更高的速率和可靠性，因此该录井系统选择利用网络来进行命令的发送和数据的传递。国内部分油田使用γ-测试仪，录井仪、动调式陀螺测斜仪、高精度测斜仪等等。这些测井系统功能齐全，但各个油田原有的录井设备各不相同，因而这些油井测试设备并非适合每个油田使用。
　　三、油田综合试井仪的研究
　　由于我国油田地域广阔、油井分散，因此抽油井的生产管理是油田管理中最薄弱的环节之一。目前大多数油田只能通过人工巡井来强化油井管理，即采油工每天必须检查抽油机的工作状态，观察井口回压和油温，估算抽油机运行时率，若发现抽油机工作异常、油井不出油等故障，立即停机。这种人工巡查方式，巡查次数极为有限，不能及时发现抽油机井井下故障，抽油机运行时率的估算误差大，已不能满足油田现代化生产的需要。因此，实现抽油机井井下故障的实时诊断和监控己成为油田油井管理的迫切需要。

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