油井动液面检测新技术

采油井动态液面测量技术的探讨作者：李玉涛王新泽骆成杰王庆萍刘利来源：《中国科技博览》2016年第23期[摘 ;要]由于我国经济的快速增长，人们或者是我国的各行各业都需要石油的支持。

石油天然气作为21世纪的重要的生产资源以及生活资源，但是随着人类社会的进一步发展导致人类的生产生活与石油紧密相连，使得对于石油的需求量越来越高，为了满足人们对于石油的需求，所以有必要对油井层液面进行监控。

本文主要就油井层液面的测量监控技术进行了简单的探究。

[关键词]油层液面;测量;声波中图分类号：TE353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）23-0024-01引言：油层的水份是驱油动力，在石油的原油提取过程当中水从油层产出是非常正常的，但是针对不同阶段的油层的开采原油过程中，油层产水对石油的开采起着很大的不同的作用，所以在实际的石油开采原油的过程中，对于水渗透对油层具有高渗透这一特点，烟进行严格的控制和监测作用，所以这也是油层液面监测中药注意的问题。

那么对于油井的液面层的严格监测控制是保证石油采油率提高的关键因素之一。

一、采油井油层液面测量包含的方法对于油田采油并不是没有目地的进行开采原油的，在开采原油前是必须要经过长期的测量和准备工作的，那么对于已经勘测出的石油井液面的测量就是其中最为重要的一个环节。

石油井液面的测量可以得到地下油井层的压力值，以及一些比如像石油开采量或者别的参数一样的数据，这对于石油的开采起到了关键性的作用。

具有很高的实际应用价值。

那么在一般情况下我们是运用的声波探测装置进行这一数据的测量，那么声波测量就是根据声波在气体之间的传递速度，一旦出现阻扰声波传递的物体就会自动反弹回来的原理进行的测量。

只要知道声波传递的速度和在遇到障碍物之后反弹回来的时间经过计算就能够知道障碍物和声波发生生源之间的距离是多少，这样就能确定一些井下的情况，从而加快石油的开采。

对于声波测量油井液面而言，在测量之前我们就要进行相应的准备，以此来确保声波接受仪在声波发射时就能够接受到声波的传递信息。

抽油井动液面的测试目的和意义：测抽油机井液面是为了解油井的地层供液能力，工作制度是否合理，以便进行油井动态分析。

一、准备工作：1、穿戴好劳保用品；2、抽油机综合测试仪一套、井口连接器(测试枪)一套、信号连接线一根、回声弹若干、100mm平口起子一把、专用勾头扳手一把、试电笔一支、绝缘手套一副、安全帽一顶、生料带一卷、棉纱若干、钢丝刷子一把、标准井口一座。

二、操作步骤：1、将工具和仪器带入井场，放在便于操作的地方；2、用试电笔测配电箱绝缘并报结果；3、一手带绝缘手套，一手带劳保手套，侧身按配电箱上的停止按钮，刹紧刹车，切断电源；4、观察井口套管压力值、检查套管闸门、短节丝扣处有无损坏和赃物及渗漏，并清洁；5、人站侧面双手将井口连接器装在套管闸门上，用勾头扳手上紧；6、卸下枪膛，装上回声弹，装好枪膛后盖，旋转手柄扳机，缩回撞击针；并销定枪膛保险销。

7、连接好信号线，打开套管闸门；8、打开测试仪的电源开关，输入井号和日期，然后按“回车”键，进入测液面的界面；轻敲击微音器看有无反应，检查信号线是否工作正常，调整仪器灵敏度，看不清楚时调整亮度；9、退回枪膛保险，按液面测试键进入测液面的界面按“回车”键，顺时针旋转手柄，扣动发音扳机进行测试，在测试过程中观察灵敏度调试是否合理，如不合理在下一次测试时进行进行调整；测试完后进行保存；必须测出清楚的液面。

10、关套管闸门，打开放空阀进行放空，卸掉枪膛后盖，挑出弹膛，退出空弹壳，（如果需要重新测试时装好新弹，上紧枪膛后盖，进行下一次测试。

）11、动液面计算：（1）接箍计算法：数出10个油管接箍波峰并且量出距离，再量出井口到液面波峰的距离。

公式：动液面=10个油管接箍波峰距离÷10根油管实际距离×井口到液面的波峰距离+油补距。

（2）音标计算法：量出井口到音标波峰的距离，再量出井口到液面波峰的距离。

公式：动液面=井口到音标波峰的距离÷井口到音标的实际距离×井口到液面的波峰距离+油补距。

采油井动液面测试问题的分析与措施2大庆油田有限责任公司第一采油厂第一油矿试井队黑龙江大庆1630003大庆油田有限责任公司第一采油厂第一油矿试井队黑龙江大庆163000摘要：随着国家经济的快速发展和进步，各行各业都需要石油的支持。

石油天然气成为21世纪重要的生产资源以及生活资源，但是随着人类社会的进一步发展导致人类的生产生活与石油紧密相连，使得对于石油的需求量越来越高，为了满足人们对于石油的需求，所以有必要对油井层液面进行监控。

关键词：采油井；动液面测试；问题；措施引言动液面是油井正常生产过程中测得的油套管环形空间液面深度。

了解油井的液面高度，确定泵挂深度，分析油井供液能力，并根据液面的高低和液体的相对密度，计算泵的沉没度、流压和静压。

经常性定期不定期的进行测取，实时采集动液面可获取油井动态信息。

而动液面分析是油田开发中油井管理必须的手段，是一种方便，快捷并且有一定可行性的动态管理方法。

操作人员在长期的现场测试过程中，对填充氮气低压测试时遇到了一些问题，液面测试计算结果与实际情况有误差，个别井次测试计算液面低于泵挂深度，而实际该井能间歇产液；个别井测试结果中液面波不好判断；个别井没有测试时波形显示无明显液面。

经过反复查找原因现场验证，找到了问题的根本所在，提出了解决问题的方法。

1采油井油层液面测量包含的方法对于油田采油并不是没有目地的进行，在开采原油前是必须要经过长期的测量和准备工作的，对于已经勘测出的石油井液面的测量就是其中最为重要的一个环节。

石油井液面的测量可以得到地下油井层的压力值，以及一些比如像石油开采量或者别的参数一样的数据，这对于石油的开采起到了关键性的作用。

具有很高的实际应用价值。

一般情况下，我们是运用声波探测装置进行这一数据的测量，声波测量就是根据声波在气体之间的传递速度，一旦出现阻扰声波传递的物体就会自动反弹回来的原理进行的测量。

只要知道声波传递的速度和在遇到障碍物之后反弹回来的时间经过计算就能够知道障碍物和声波发生源之间的距离是多少，这样就能确定一些井下的情况，从而加快石油的开采。

新型动液面自动测量仪的应用作者：周昕来源：《山东工业技术》2015年第01期摘要：目前针对油井开采时的动液面测量，大部分油井采用的测量方式是利用回声仪人工激发，此方式缺乏对动液面的实时监测，加上诸多限制因素，测量的数据易过期且精度较差，很难提高产油效率。

最近奥地利原油开发股份公司（RAG）发明的全自动动液面测量仪，可以对动液面进行实时精确测量，并根据测量数据对采油下泵深度进行控制，减少空抽次数以期提高产量。

该仪器在实际采油过程中已经取得了良好效果，不仅对油井采油率的提高有很大的促进作用，而且可以进行油井压力恢复分析和抽油杆泵的故障诊断。

关键词：动液面;全自动;抽油杆泵;实时监测;诊断1 动液面测量油井的动液面一般指油井正常生产时，套管环形空间中液面的顶界到井口间的距离。

动液面值越大，液面越低，说明油井供液能力差，油层压力小;反之，说明油井供液充足，油层压力较大。

根据动液面，可计算泵的沉没度（沉没度=泵挂深度—动液面深度）、油井储层压力等。

而动液面是间接通过声学测量（回声仪测量技术）计算而来。

对动液面的实时测量有助于控制抽油机的启停时间，可以减少下泵的空抽时间，以期提高采油效率。

回声仪测量在套管阀上进行。

套管阀与气枪相连，打开套管阀向井下发射微量高压氮气，由已知的平均油管长度和走纸记录的接箍反射波数量，可以计算出动液面的深度，该方式简称“接箍法”[2，3]。

但由于该方法通常是非自动化的，测量精度会自然地被油管管道的长度所限制。

由此我们可以看出传统的回声仪测量方法，不适合对动液面进行实时在线监测。

而在最近动液面测量技术有了新的进展：由奥地利原油开发股份公司（RAG）发明的全自动动液面测量仪，具有纯电子功能，可在线实时地对动液面进行监测，可以取代传统的回声仪测量方法[1]。

2 全自动动液面测量仪的构成和原理该液位测量工具包括两个主要部分，井口测量装置和计算机评估装置，它们是通过电缆互相连接的。

测量装置被安装在套管阀上，通过气枪发射高压气体，将生成多种声波信号进入套管环空，然后声波遇到液面反射，被装置中的微音器接收，微音器通过声、电转换将声波转化为电信号;这些信号经过放大、滤波等处理，通过电缆被传送到评估装置，评估装置通过分析来选取最佳声波信号进行动液面计算。

采油井动液面测试问题的分析与措施摘要：油井动液面是反映地层供液能力的重要指标，是进行采油工艺合理性评价和优化的重要依据。

了解油井的液面高度，确定泵挂深度，分析油井供液能力，并根据液面的高低和液体的相对密度，计算泵的沉没度、流压和静压。

经常性定期不定期的进行测取，实时采集动液面可获取油井动态信息。

而动液面分析是油田开发中油井管理必须的手段，是一种方便，快捷并且有一定可行性的动态管理方法。

操作人员在长期的现场测试过程中，对填充氮气低压测试时遇到了一些问题，液面测试计算结果与实际情况有误差，个别井次测试计算液面低于泵挂深度，而实际该井能间歇产液；个别井测试结果中液面波不好判断；个别井没有测试时波形显示无明显液面。

经过反复查找原因现场验证，找到了问题的根本所在，提出了解决问题的方法。

关键词：抽油机；动液面；分析；措施引言油井动液面数据反映了油井生产过程中地层供液与能量消耗情况，是抽油机井生产管理与评价的重要参数。

目前，常规动液面测量一般采用声波法，需要人工定期到井口现场测量数据并分析动液面，操作工作量大、数据不连续。

该方法用于气、液比较大的低渗油藏，因环空中形成气、液混合的泡沫段产生“假液面”，测量值比实际液面小。

近年来，示功图计算油井动液面技术的应用，可以实时监测分析油井动液面的变化趋势，但该方法主要存在示功图测试仪在露天环境下使用易老化，油井悬点示功图测量精度低，计算误差大等问题。

本文提出了基于电功图计算动液面方法，建立电功图计算动液面数学模型，实现油井动液面的实时计算与监控。

1影响液面测试因素分析1.1液面波无规律的原因分析关于现场反映液面波无规律的问题，我们根据实际井况调研，发现该部分井的套压小或没有套压。

我们知道，声波的传播需要在空气介质中进行，如果套管套压小，或者没有套压，空气的密度小，声波的传播衰减大，使得测试出来的声波曲线特征不明显，再加上井下情况的复杂性，软件无法识别。

现场测试时，风沙天气等环境因素的影响，也会造成液面波混乱。

第20卷 第5期2007年5月传感技术学报CHINESE JO URNAL OF S ENSO RS AND ACTU ATORSVol.20 No.5May.2007Research on Measurement of Dynamic Level in the O i-l WellZH A N G Zhao -hui *,GON G Zhi -qian,CH I J ian -nan,ZH AN G H ong -y u(S chool of I nf ormation Eng ine ering ,Unive rsity of S cience and T echnolog y Beij ing ,Be ij ing 100083,China)Abstract:A m ethod to measure the dy nam ic level in the oil w ell w ith screw pump is provided.Shar p soundw av es produced at the w ell mouth transmit along the w ell hole and are reflected as reaching the oi-l g as in -terface.T he paper fo cuses its main wo rk on so und signal pr ocessing and reco gnition of echoes.The co rre -spo nding filter s are designed according to the features of the no ises in the system.T he sound speed in com -pressed natural gas is obtained by analyzing the echoes from the jo int hoo ps,the echo from the oi-l g as in -terface is automatically recog nized in the so ftw are,and the depth of the w ell can be o btained.Finally,the measurem ent erro r is also analyzed.For the reference depth of 993.77m ,the maxim um er ror is 23.33m.Key words:dynamic m easurement;level o f oil w ell;echo w ave;sig nal pr ocess;w ave recog nition;oil w ellw ith screw pump EEACC :7210;7220采油井动态液面测量技术研究张朝晖1*,弓志谦,迟健男,张红宇(北京科技大学信息工程学院,北京100083)收稿日期:2006-06-29 修改日期:2006-08-04摘 要:针对螺杆泵采油井,提出了一种动态液面的测量方法.在自动触发的短间隔声脉冲回波测量系统中,重点研究了声波信号处理和波形自动识别.分析了测量系统中的噪声规律,设计出相应的滤波器,利用统计方法分析接箍回波时差,得出声波在套管环隙内的传播速度,并自动识别出液面回波,计算出液面深度.最后理论分析了该方法所能达到的测量精度.在参考液面993.77米下,最大误差23.33米.关键词:动态测量;油井液面;声回波;信号处理;波形识别;螺杆泵油井中图分类号:TE938.5文献标识码:A 文章编号:1004-1699(2007)05-1180-04在油田开采中,油井动态液面是反映地质储量、优化生产规划、保证采油设备安全运行的重要参数.特别是近几年来,螺杆泵因其能耗低、泵效高、占地面积小、适应高含砂井和稠油开采等技术优势,越来越受到我国主力油田的青睐.然而,螺杆泵极容易在抽空、干摩擦下损坏,因此需要在液面实时监控下运行.推广螺杆泵,就必须解决油井的动态液面测量问题.当前油田使用的井深测量仪器均由人工操作、人工信号判读,不能自动重复进行,所以无法测量动态液面.动态液面的自动测量问题涉及声源、检波、信号判读三个环节的自动化.在我们已经成功地解决前两个问题的基础上,本文重点介绍信号的自动判读问题.很多人研究了油井液面测量过程中的信号处理和自动判读问题[1-6],但大都针对梁式抽油机或抽油机停运的情况.相对而言,螺杆泵运行过程会产生更大功率、复杂频谱的噪声.本文针对螺杆泵运行下的自动测量问题,深入研究了信号处理、波形判读和液面计算的全过程.1 液面测量原理1.1 回波式液面测量原理油田井深一般在1km 到5km 之间.传统的液面测量技术采用了脉冲声波回波法:以声弹作为声源,靠火药的爆炸产生声波脉冲,通过油管与套管之间环隙中的压缩天然气向井下传播.整根油管由上百个管段和接箍拼接而成,接箍之间的距离,即管段的长度,是确定和已知的.声波在传播过程中,每遇到一个接箍就会产生一个小的回波;最后到达液面会反射一个强的回波.安装在井口的检波器接收到大量的回波,经过转换放大、滤波处理之后显示波形,由人工识别各个波形的种类.根据声脉冲到达油井液面之前被接箍反射的数目以及油管接箍的平均间距,计算出油井液面的深度.1.2 动态液面测量原理为了测量动态液面,本文针对螺杆泵油井采用了如下结构,见图1所示.测量系统主要由声波自动发生装置、检波器和波形处理装置等三部分构成.在恰当的声波自动发生前提下,动态液面测量主要取决于回波信号的准确、自动识别.采用微处理器控制发射声波,同时由检波器提取声波信号并转化为电信号,经调理、放大、A/D 采样转换后进入微处理器.在微处理器内,通过软件实现滤波、图形识别和数据计算,转换为一系列相关参数,最终将结果显示在LCD 上.系统结构框图如图2.图1 螺杆泵油井测量示意图 图2 系统测量原理框图系统核心处理部分采用S3C44B0X 微处理器,外扩A/D 转换芯片.其强大的32位数据处理能力为繁杂的运算处理提供有力的保证.操作系统采用源码开放的L CLinux ,便于系统的软件升级和设备的功能扩展.1.3 螺杆泵噪声分析如图3所示,单螺杆泵是一种内啮合偏心回转的容积泵.泵的主要构件包括一根单头螺旋的转子和一个用弹性材料制成的具有双关螺旋的定子.当转子在定子型腔内绕定子的轴线作行星回转时,转、定子之间形成的密闭腔就沿转子螺线方向上产生位移;如此将原油连续、匀速而且容积恒定地从吸入口压到出口.螺杆泵的主要特点是流量均匀,压力稳定,体积小,结构简单,维修方便,尤其适合高粘度和含颗粒介质.图3 螺杆泵结构示意图1-泵壳;2-衬套;3-螺杆;4-偏心连轴节;5-中间传动轴;6-密封装置;7-井向止推轴承;8-普通连轴节在采用螺杆泵的油井套管环隙内,噪声源主要包括三类.一类是随定子橡胶性质、定/转子过盈量和泵的转速等因素而产生的准周期性机械传动噪声.它本身在套管环隙内上下传播.另一类是牵引螺杆泵工作的电机产生的电磁噪声、机械噪声和轴承噪声,会沿着轴承和抽油杆进入套管环隙.这两类噪声见图4的/无信号段0所示.由于这部分噪声都与电机的转动有关,所以在频谱上所占的范围较窄,且电磁噪声呈毛刺状周期性地叠加在其中.第三类是天然气在套管环隙内高速流动而产生的摩擦噪声,可以认为是白噪声,所具有的能量较小.图4 液面回波信号波形2 液面信号分析2.1 声速的确定固定油管和套管的接箍间距9.8~10米,所以完全可以在回波曲线上找出一段比较均匀的接箍回波,根据接箍回波的频率,求出声波在油井中的传播速度[7].由图4可以看出尽管有很强的干扰噪声,仍然有两次非常明显的液面回波信号出现,其中叠加了各个接箍的反射回波信号和噪声,使波形显得异常复杂,为此首先采用了一个低通椭圆滤波器.从多次试验看,噪声频带均高于30H z,故设计其性能指标为:采样频率:F s =500H z通带:0F f F 27H z,A p =1dB 阻带:30H z<f ,A s =40dB1181第5期张朝晖,弓志谦等:采油井动态液面测量技术研究通带截止频率:8c =2P f c =2P @27=54P r ad/s 阻带截止频率:8s =2P f s =2P @30=60P rad/s 此时,可以计算得到[8]滤波器阶次N > 5.85,取滤波器阶数N =6.参照M atlab 中ellipap(N,A p ,A s )函数设计低通椭圆滤波器,对图4信号进行滤波,结果如图5所示.观察波形可以发现,信号中的高频成分被滤掉,波形大大简化,液面回波突现出来.图5 滤波后液面回波信号波形但是,图5中的接箍回波并不明显.考虑到声波信号在传播中逐渐减弱,因此选择从发射到出现第一次液面回波之间的声波信号作为研究对象.从机理上看,两个接箍间距l 0=9.8~10米,声速范围大约是300~500米/秒,由此估计接箍回波的频率大约在15-26H z 之间.实际上,从它的FFT 频谱图(图6)可以看出,回波信号频谱在20H z 附近确实存在一个突出的尖峰,所以可以认定这个范围之内的声波就是接箍回波信号.采用一个6阶巴特沃兹带通滤波器,滤波后的波形如图7所示,可见接箍回波更为明显.图6 回波信号的傅里叶变换针对图7中这段信号中的接箍回波进行研究,编程分析该段的2400个采样点,识别出接箍回波峰值点94个.对这94个相邻峰值点的间距进行统计,统计直方图见图8.由图中可以看出,相邻两个峰值点间距最小是18,最大是33,而出现频率较多的点在25~27之间.之所以出现这个分布是因为油井中的声波速度跟天然气压力、温度等因素有关.在深达几千米的套图7二次滤波后接箍回波信号波形图8 峰值点间距点数统计直方图管内,天然气压力、温度分布并不均匀,故声波的传播速度不是恒值.统计这组数据,均值x =1n E nixi=25.8370标准差为s =1n -1E ni=1(x i -x )2=1.6460(1)已知采样率F s =500H z ,接箍间距l 0=9.8m ,可得平均声速v =l 0@2x @1/F s=379.3m/s(2)2.2 回波时差及液面深度上面得到了当前工况下环隙间天然气中的平均声速v.从图4可以看出,在发射声波和第一次回波处都有一个明显的尖峰脉冲.根据这两个位置斜率的变化规律,首先利用大步长对发射波和液面回波粗略定位;然后在这两个位置附近分别用小步长进行细致的分析,以确定发射声波和液面回波的确切位置,进而得到声波返回的准确时差.这种粗略分析与细致分析相结合的方法,能够避免液面回波与接箍回波的混淆.若测试方案不同,液面回波可能是正波形也可能是负波形.如果为负波形,需要将其变为等幅度的正波形.见图5,程序统计出发射波与第一次液面回波的间距M =2620个采样点,因此回波时差t =M /F s =5.24s(3)根据前面得到的平均声速,可知油井液面深度H =v @t/2=993.77m(4)1182传 感 技 术 学 报2007年2.3液面测量精度分析结合式(2)和式(3)可得出液面深度的计算公式H=l0#Mx(5)其中M)发射波至液面回波之间的采样点数x)相邻接箍回波之间的采样点数l0)接箍间距,典型值为9.8m从式(5)看,液面测量过程受到液面回波采样点数、接箍回波采样点数和接箍间距等因素影响.误差传递关系为e=9H9l0#$l0+9H9M#$M+9H9x#$x=Mx#$l0+l0x#$M+l0#Mx2#$x(6)式中$l0表示接箍间距误差,典型情况下$l0=?0.1;采样点数M的算法识别误差$M=1.采样点数x的误差$x比较复杂,从图8看x的分布符合正态规律.在有限次测量中用s代替R,则(x-E(x))/s服从t分布,在置信度为95%下的误差$x=t a2#f#sn.本试验中取A=0.05,统计n的次数为93,故自由度f=93-1=92.查t分布表得t0.025,92=1.9861,由前面知s=1.6460,所以$x=1.9861@1.646093=0.3390(7)因此,深度测量的误差e=262026@0.1+9.826@1+9.8#2620262@0.3390=23.33m(8)本误差能够达到实用要求.鉴于目前的技术和测试装备尚难以获得油井液面的真实值,对本测量方法的评价只能依靠重复性和与参考值的对照.在对某井的5次试验中,最大重复性误差为8.5m;与传统的人工测量结果相比较,最大差值为20.5m.该结果完全满足采油工艺的需求.3结论本文针对当前我国油田推广高效螺杆泵后遇到的油井动态液面测量问题,在大量现场试验并吸取传统测量方法优点的基础上,研究了液面自动测量算法,并设计出采用32位处理器的动态液面测量仪器.该仪器已在不同地质区块的螺杆泵井上进行了测试,已经完全能够取代人工静态液面测量,我们将进一步用于螺杆采油泵的自动控制、自动保护运行.参考文献:[1]何顺昌,王茂.基于小波变换的油井油液面深检测[J].仪器仪表学报,2005,26(4):378.[2]孟开元,庄贵林,曹庆年.提取抽油井回音信号中液位值的方法[J].测井技术,2001,25(1):28.[3]吴新杰,张建成,王鲁川等.基于分形模糊控制滤波处理油井液面深度信号的方法[J].传感技术学报,2000,3(1):29.[4]徐爱钧,邬春学,李华贵.一种基于PC机的抽油井液面自动监测仪[J].测井技术,1994,18(4):270.[5]de Sa Neto,Abelardo;Grader,Abraham S(NUPET RO).Ech o-M eter Buildu p T ests:Th e Effects of Fluid H ydraulics an d T hermodynam ics[C]//Proceedings of SPE566171999: 267-278.[6]Jiao,Wenhua;Qu,Yancheng;Zhang,Naitong.Ap plicationof Wavelet in M easurin g th e Depth of Oil W ell[C]//Proceed-ings of ICSP'98on S ignal 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