作業(yè)井液面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)灌液系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種液面數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)連續(xù)采集、液面精度以及液面數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)別的作業(yè)井液面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)灌液系統(tǒng)。其技術(shù)方案為：，主要由中央控制系統(tǒng)，井下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，自動(dòng)灌液系統(tǒng)，聲光報(bào)警裝置，流量監(jiān)測(cè)裝置組成；本發(fā)明能夠準(zhǔn)確、連續(xù)的測(cè)量井筒內(nèi)壓井液的液面深度，實(shí)時(shí)計(jì)量地向井下灌注壓井液，為現(xiàn)場(chǎng)人員提供井下液面數(shù)據(jù)，確保井內(nèi)液柱壓力達(dá)到安全作業(yè)要求，保證了施工作業(yè)的井控安全。提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，適合普遍推廣使用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】作業(yè)井液面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)灌液系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及采油設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是作業(yè)井液面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)灌液系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前石油裝備制造行業(yè)中的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)灌液技術(shù)相對(duì)比較落后，從氣侵到溢流的過(guò)程比人們想象要慢，主要是人們發(fā)現(xiàn)的時(shí)間較晚。而溢流到井噴發(fā)展較快，往往來(lái)不及關(guān)井，就發(fā)生了井噴。如果作業(yè)過(guò)程中在氣侵開(kāi)始就能發(fā)現(xiàn)，更早采取關(guān)井措施，就能進(jìn)一步提高關(guān)井成功率，進(jìn)一步減少井噴失控事故，避免巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在油井作業(yè)過(guò)程中，為確保不發(fā)生安全井控事故，通常采用向井內(nèi)灌注壓井液的壓井工藝措施。但由于缺少必要的監(jiān)控技術(shù)及相關(guān)數(shù)據(jù)資料支持，只能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行灌注，難以掌握井下壓力平衡，其結(jié)果是:顧此失彼；壓制了井涌、井噴趨勢(shì)，卻使壓井液侵入儲(chǔ)層，污染油層甚至造成井漏，給油井的后續(xù)生產(chǎn)造成不良影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述問(wèn)題，中國(guó)石油大學(xué)物理法采油研究所經(jīng)過(guò)反復(fù)研究、試驗(yàn)突破了液面數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)連續(xù)采集、液面精度以及液面數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)別的技術(shù)瓶頸，開(kāi)發(fā)出了作業(yè)井液面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)灌液系統(tǒng)。并與孤東采油廠等相關(guān)單位攜手，針對(duì)勝利油田的實(shí)際情況，開(kāi)發(fā)出適合于油田油井作業(yè)自動(dòng)灌液系統(tǒng)，彌補(bǔ)勝利油田在作業(yè)過(guò)程中自動(dòng)灌液方面的技術(shù)不足，有效解決因作業(yè)而帶來(lái)的安全井控隱患和對(duì)原油產(chǎn)量影響的問(wèn)題。其技術(shù)方案為:主要由中央控制系統(tǒng)，井下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，自動(dòng)灌液系統(tǒng)，聲光報(bào)警裝置，流量監(jiān)測(cè)裝置組成。在油井作業(yè)過(guò)程中，能夠準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、連續(xù)的測(cè)量井筒內(nèi)壓井液的液面深度，實(shí)時(shí)計(jì)量的向井下灌注壓井液，為現(xiàn)場(chǎng)人員提供井下液面數(shù)據(jù)，確保井內(nèi)液柱壓力達(dá)到安全作業(yè)要求，保證施工作業(yè)的井控安全。中央控制系統(tǒng)作為整個(gè)系統(tǒng)的指揮中心，負(fù)責(zé)與井下數(shù)據(jù)采集單元和自動(dòng)灌液?jiǎn)卧臄?shù)據(jù)無(wú)線通訊，無(wú)線通訊采用藍(lán)牙技術(shù)，所述中央控制系統(tǒng)由電源模塊、液晶屏、CPU電路板和無(wú)線模塊組成。井下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集井下液位數(shù)據(jù)，為自動(dòng)灌液系統(tǒng)提供灌液和異常報(bào)警信息數(shù)據(jù)，井下數(shù)據(jù)采集單元由聲波發(fā)生器和數(shù)據(jù)采集器組成，聲波發(fā)生器由微音器、電磁閥、排氣閥、壓力表和井口連接器組成，數(shù)據(jù)采集器電路由微處理器電路，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路，系統(tǒng)時(shí)鐘電路，微音器電路，脈沖發(fā)生電路，檢波電路，驅(qū)動(dòng)電路和無(wú)線通訊電路組成。自動(dòng)灌液系統(tǒng)具有自動(dòng)補(bǔ)液和自動(dòng)灌液功能，同時(shí)具有三級(jí)沉降除砂功能，用合適的液柱壓力來(lái)平衡地層壓力，自動(dòng)灌液系統(tǒng)由儲(chǔ)液池，灌液池和自動(dòng)控制硬件電路組成，自動(dòng)控制硬件電路由自動(dòng)灌液電路、自動(dòng)補(bǔ)液電路、微處理器電路、無(wú)線通訊電路、超限保護(hù)電路、驅(qū)動(dòng)電路、流量計(jì)和電磁閥組成。聲光報(bào)警裝置由自動(dòng)灌液系統(tǒng)、流量計(jì)和報(bào)警器組成。流量監(jiān)測(cè)裝置由中央控制系統(tǒng)、液面檢測(cè)系統(tǒng)和氣槍組成。
[0004]本發(fā)明能夠準(zhǔn)確、連續(xù)的測(cè)量井筒內(nèi)壓井液的液面深度，實(shí)時(shí)計(jì)量地向井下灌注壓井液，為現(xiàn)場(chǎng)人員提供井下液面數(shù)據(jù)，確保井內(nèi)液柱壓力達(dá)到安全作業(yè)要求，保證了施工作業(yè)的井控安全。提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，適合普遍推廣使用。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0005]圖1為本發(fā)明中央控制系統(tǒng)布局圖；
圖2為本發(fā)明井下數(shù)據(jù)采集單元組成示意圖；
圖3為本發(fā)明聲波發(fā)生器組成示意圖；
圖4為本發(fā)明數(shù)據(jù)采集器硬件電路組成示意圖；
圖5為本發(fā)明自動(dòng)灌液系統(tǒng)組成示意圖；
圖6為本發(fā)明作業(yè)井流量監(jiān)測(cè)裝置和聲光報(bào)警裝置示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0006]中央控制系統(tǒng)作為整個(gè)系統(tǒng)的指揮中心，負(fù)責(zé)與井下數(shù)據(jù)采集單元和自動(dòng)灌液?jiǎn)卧臄?shù)據(jù)無(wú)線通訊，無(wú)線通訊采用藍(lán)牙技術(shù)，數(shù)據(jù)通訊速率快，誤碼率低，與有線通信相比成本低，安裝簡(jiǎn)單，同時(shí)擴(kuò)展性好。作業(yè)井的井下液面數(shù)據(jù)具有存儲(chǔ)功能，為油井后期生產(chǎn)以及作業(yè)提供可靠的數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力強(qiáng)，可以隨時(shí)調(diào)出歷史曲線，數(shù)據(jù)，壓井灌液量和液面異常報(bào)警信息等。
[0007]中央控制系統(tǒng)控制井下數(shù)據(jù)采集單元和自動(dòng)灌液?jiǎn)卧膯?dòng)和停止，實(shí)時(shí)顯示存儲(chǔ)作業(yè)井現(xiàn)場(chǎng)各種數(shù)據(jù)以及整個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置。中央控制單元采用高清晰10.4英寸TFT真彩屏，可支持觸摸按鈕，顯示數(shù)據(jù)以及波形直觀，界面友好。該單元采用先進(jìn)的高速微處理器，處理速度快，運(yùn)算能力強(qiáng)，整個(gè)單元硬件設(shè)計(jì)由微處理器硬件電路，液晶屏顯示電路，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路，系統(tǒng)時(shí)鐘電路和藍(lán)牙無(wú)線通訊電路組成，單元硬件組成示意圖見(jiàn)圖1。
[0008]井下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集井下液位數(shù)據(jù)，為自動(dòng)灌液系統(tǒng)提供灌液和異常報(bào)警等信息數(shù)據(jù)，井下數(shù)據(jù)采集單元有聲波發(fā)生器和數(shù)據(jù)采集器組成見(jiàn)圖2。聲波發(fā)生器由微音器1，電磁閥2，高壓氣室3，排氣閥4，壓力表5以及井口連接器6組成見(jiàn)圖3。數(shù)據(jù)采集器電路由微處理器硬件電路，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路，系統(tǒng)時(shí)鐘電路，微音器電路，脈沖發(fā)生電路，檢波電路，驅(qū)動(dòng)電路以及無(wú)線通訊電路組成見(jiàn)圖4。
[0009]聲波發(fā)生器，采用現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)自帶安全氣源，氣源穩(wěn)定可靠，安裝方便，不存在安全隱患，井下采集單元采用24V直流電壓，完全符合油田作業(yè)施工安全等級(jí)要求。
[0010]該單元是整個(gè)系統(tǒng)的核心單元，實(shí)時(shí)采集井下液位數(shù)據(jù)，為整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)精確灌液提供數(shù)據(jù)依據(jù)，同時(shí)為作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的井漏井涌變化提供預(yù)警。聲波發(fā)生器發(fā)出的聲波沿著油管和套管的環(huán)形空間向井下傳播，當(dāng)遇到油管接箍和液面等障礙物便產(chǎn)生反射脈沖，返回的反射脈沖有微音器接收轉(zhuǎn)換成電脈沖，然后經(jīng)過(guò)放大電路，檢波電路進(jìn)入微處理器電路，微處理器將采集高頻和低頻兩路信號(hào)，高頻信號(hào)主要采集油管接箍反射波，低頻信號(hào)主要采集液面和其他障礙物的反射波。
[0011]數(shù)據(jù)采集器將微音器接收的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波和運(yùn)算處理，進(jìn)行波形自動(dòng)識(shí)別，首先將高頻采集信號(hào)分析，根據(jù)油管接箍的長(zhǎng)度以及反射經(jīng)過(guò)的時(shí)間，計(jì)算出作業(yè)井中的實(shí)時(shí)音速，為液面自動(dòng)識(shí)別提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其次微處理器將低頻采集信號(hào)進(jìn)行理論分析，通過(guò)相應(yīng)的數(shù)字濾波器進(jìn)行反射波查找，最終濾除掉干擾波，查找到液面反射波形的精確位置，結(jié)合實(shí)時(shí)音速有公式一計(jì)算出當(dāng)前液面深度。
[0012]采油井的動(dòng)液面變化較小，干擾比較小，液面反射波形輕度大，發(fā)射明顯，液面波形容易自動(dòng)識(shí)別。而油井作業(yè)過(guò)程中，由于隨機(jī)性以及不確定性因素，導(dǎo)致微音器接收的反射波形干擾比較大，因此我們采用硬件濾波和軟件濾波相結(jié)合的濾波方式，首先微音器接收的電信號(hào)經(jīng)過(guò)線性放大后再經(jīng)過(guò)不同的電路濾波后，最終經(jīng)過(guò)檢波電路進(jìn)入微處理器中，這是硬件濾波手段。從軟件上著手，首先根據(jù)作業(yè)前多次液面測(cè)量，進(jìn)行軟件分析，分析測(cè)量系統(tǒng)中的噪聲規(guī)律，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的數(shù)字濾波器，再利用統(tǒng)計(jì)的方法分析接箍波，得出聲波在油管和套管環(huán)形空間中的傳播速度V，并自動(dòng)識(shí)別出液面波，計(jì)算出液面深度。
[0013]公式一:De = V.t
式中:V—聲波脈沖在油套環(huán)形空間中的傳播速度，m/s ； t一聲波脈沖傳播時(shí)間，s ；
De一液面深度，m。
[0014]自動(dòng)灌液系統(tǒng)，具有自動(dòng)補(bǔ)液和自動(dòng)灌液功能，同時(shí)具有三級(jí)沉降除砂功能，用合適的液柱壓力來(lái)平衡地層壓力。自動(dòng)灌液?jiǎn)卧蓛?chǔ)液池，灌液池和自動(dòng)控制硬件電路組成。自動(dòng)控制硬件電路由自動(dòng)灌液電路，自動(dòng)補(bǔ)液電路，微處理器電路，無(wú)線通訊電路，液位上下限保護(hù)電路，流量計(jì)，電磁閥組成見(jiàn)圖5。
[0015]作業(yè)井流量監(jiān)測(cè)裝置和聲光報(bào)警裝置見(jiàn)圖6。
【權(quán)利要求】
1.作業(yè)井液面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)灌液系統(tǒng)，主要由中央控制系統(tǒng)，井下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，自動(dòng)灌液系統(tǒng)，聲光報(bào)警裝置，流量監(jiān)測(cè)裝置組成，其特征在于:在油井作業(yè)過(guò)程中，能夠準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、連續(xù)的測(cè)量井筒內(nèi)壓井液的液面深度，實(shí)時(shí)計(jì)量的向井下灌注壓井液，為現(xiàn)場(chǎng)人員提供井下液面數(shù)據(jù)，確保井內(nèi)液柱壓力達(dá)到安全作業(yè)要求，保證施工作業(yè)的井控安全。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的作業(yè)井液面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)灌液系統(tǒng)，其特征在于:所述中央控制系統(tǒng)作為整個(gè)系統(tǒng)的指揮中心，負(fù)責(zé)與井下數(shù)據(jù)采集單元和自動(dòng)灌液?jiǎn)卧臄?shù)據(jù)無(wú)線通訊，無(wú)線通訊采用藍(lán)牙技術(shù)，所述中央控制系統(tǒng)由電源模塊、液晶屏、CPU電路板和無(wú)線模塊組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的作業(yè)井液面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)灌液系統(tǒng)，其特征在于:所述井下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集井下液位數(shù)據(jù)，為自動(dòng)灌液系統(tǒng)提供灌液和異常報(bào)警信息數(shù)據(jù)，井下數(shù)據(jù)采集單元由聲波發(fā)生器和數(shù)據(jù)采集器組成，聲波發(fā)生器由微音器(I)、電磁閥(2)、排氣閥(4)、壓力表(5)和井口連接器(6)組成，數(shù)據(jù)采集器電路由微處理器電路，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路，系統(tǒng)時(shí)鐘電路，微音器電路，脈沖發(fā)生電路，檢波電路，驅(qū)動(dòng)電路和無(wú)線通訊電路組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的作業(yè)井液面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)灌液系統(tǒng)，其特征在于:所述自動(dòng)灌液系統(tǒng)具有自動(dòng)補(bǔ)液和自動(dòng)灌液功能，同時(shí)具有三級(jí)沉降除砂功能，用合適的液柱壓力來(lái)平衡地層壓力，所述自動(dòng)灌液系統(tǒng)由儲(chǔ)液池，灌液池和自動(dòng)控制硬件電路組成，自動(dòng)控制硬件電路由自動(dòng)灌液電路、自動(dòng)補(bǔ)液電路、微處理器電路、無(wú)線通訊電路、超限保護(hù)電路、驅(qū)動(dòng)電路、流量計(jì)和電磁閥組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的作業(yè)井液面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)灌液系統(tǒng)，其特征在于:所述聲光報(bào)警裝置由自動(dòng)灌液系統(tǒng)、流量計(jì)和報(bào)警器組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的作業(yè)井液面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)灌液系統(tǒng)，其特征在于:所述流量監(jiān)測(cè)裝置由中央控制系統(tǒng)、液面檢測(cè)系統(tǒng)和氣槍組成。
【文檔編號(hào)】E21B33/13GK104153763SQ201310175001
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月14日
【發(fā)明者】李建華, 陳樹(shù)軍, 王?；? 曹志偉, 王 琦 申請(qǐng)人:山東拓普石油裝備有限公司