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低压试井仪器简介 丹佛尔电子科技有限责任公司 综合测试仪 综合测试仪属于低压试井仪器 包括示功仪和回声仪两部分 示功仪是测取抽油机井示功图的仪器 是了解抽油机 泵 杆工作状况的主要手段 回声仪也叫液面探测仪 专门用来测试油井内的液面深度 通过测试了解油井的供液能力 液面恢复能力 掌握生产动态 是油田生产中的一项经常性工作 目前国内的综合测试仪品牌众多 但测试原理都基本相同 下面以目前油田中经常使用的几种仪器为例作以介绍 回声仪 仪器结构一般由两部分组成 1发声转换系统 发声转换系统包括发声器 收音室和换能器等 如图 1 发声器包括枪击 机体 子弹 放气阀 井口连接管等 作用主要是用来击发声弹产生高能低频声波 作为测试信号源 枪击 发声子弹 微音器 井口连接管 另外在有些比较难测的井上还用到气弹枪 因为一般声弹在爆炸时产生压力大约为1mpa左右 而气弹枪可以提供高10mpa压力 它的声源能量可以人为调解 适应不同测试需要 而且当井内套压较高时 可以利用井内压力反冲测试 如右图 回声仪 回声仪 2 换能器又叫微音器 一般装在枪体侧面的收音室内 它采用高灵敏度的压电陶瓷环传感器 利用图示的陶瓷压电效应测量反射声波 换能器输出电压的频率与反射声波的频率相同 2 主机作用是对换能器产生的声波反射信号进行放大 滤波 显示 保存或解释 记录仪目前有两种 走纸式 1 台式电子式 2 便携式 pda 回声仪 工作原理测试时 将发声装置与套管闸门丝扣连接 打开套管阀门 击发声弹或气弹 产生声压脉冲 脉冲通过油 套环形空间的气体介质向下传播 当遇到音标 接箍 液面或其他障碍物时产生反射 换能器把这些反射脉冲信号接收并转换成电信号 产生的电信号按不同的滤波参数和增益大小进行滤波 放大及采样等处理 把信号分为液面与节箍通道 最终送到记录纸或显示屏上 使用者根据记录曲线上接箍波数目 音标位置及液面位置可计算出页面深度 原理图如下 回声仪 换能器 低通滤波器 节箍滤波器 可调增益放大 ad 液面滤波器 ad 节箍通道 液面通道 记录仪 回声仪 回声仪原理框图 前置电荷放大器 可调增益放大 六个相关参数 1 采样间隔2 击发门限3 高频增益4 低频增益5 高频截止频率6 低频截止频率 基本性能要求 jjg 石油 10 2000 1 计量方面a 测试稳定性机械式 走纸误差小于2 走纸稳定度小于0 2 电子式 采样间隔误差小于0 2 b 测深c 工作温度 35 50 2 其他方面 1 仪器上应标明生产厂家 仪器编号 型号 准确度 2 井口连接器清洁 无油污 阀门安全 转动灵活 各部件无松动 传声孔畅通 3 记录仪面板插座 开关 指示表等完好 所使用的电缆 插头无断路 短路现象 回声仪 回声仪 4 井口连接器工作压力为0 10mpa 各连接部位无泄漏现象 测试时将专用接头一端封死 用高压管线将井口连接器放空阀门和高压水源连接起来 并装上控制阀门和压力表 缓慢加压至10mpa 稳压30min后 检查各连接部位是否泄漏 5 记录仪电源电压在 10 范围内变化时 记录仪应能正常工作 6 零位输出 记录仪输入端接上微音器 在无信号输入且灵敏度旋钮置于最高位时 记录仪输出频率应小于1hz 低频振荡幅度应小于满量程的25 7 仪器的绝缘电阻 激发成功率 冲击振动试验等技术要求应符合sy t6147的有关规定 8 仪器检定周期不超过6个月 回声仪 代表仪器性能介绍1 cj系列井深测试仪 井冈山 sh4a 2型存储式回声仪 回声仪 dfyz 202回声仪 回声仪 液面记录曲线验收与识别液面曲线必须有高低两个频道记录的波形 波形清楚 连贯易分辨 两条曲线上的井口波 音标波 没下回音标时 无此波 液面波应分别对应重合 并用a b c标注解释 接箍波形清楚能分辨 对液面较浅的井 500m以内 应有二次液面波的反应记录 对液面较深的井应有进口波 音标波和液面波的完整曲线 曲线记录的液面波峰明显 测不出液面波的曲线必须重复测两条 每条曲线上必须标注井号 仪器号 灵敏度 油套压 测试日期 回声仪 曲线的识别典型液面记录曲线如图中曲线所示 波形a是在井口记录下的声波脉冲发声器发出的脉冲信号 波形b是声波脉冲由井口传播至回音标 再从回音标反射到井口记录下的脉冲信号 波形c是声波脉冲由井口传播至液面 再由液面反射到井口记录下的信号 ts表示从井口波到音标反射波的时间 ys表示从井口波到液面反射波的时间 js表示计算时起始有效节箍到终止有效节箍的时间 回声仪 例 节箍法液面计算首先可按下式计算声波在油井中的传输速度 v l n js v 声速l 单节节箍长度 9 5米左右n 所选节箍个数js 选定节箍起点至终点的反射时间差 走纸记录仪指的是所选节箍在纸上的长度 然后利用求出的声速及选定的液面位置计算液面深度 s v yss 液面深度ys 液面反射时间 走纸记录仪指的是井口波到液面波在纸上的长度 示功仪 示功仪安装在抽油井光杆悬挂器的横梁上 记录抽油杆的拉伸应力和行程变化 光杆往复运行一次 可测到一组应力随行程变化的闭合曲线 称为示功图 用以指示抽油机的做功情况 仪器结构及原理示功仪一般由记录仪 载荷传感器 位移传感器 电流传感器及测试电缆等组成 1 传感器 传感器包括载荷传感器 位移传感器和电流传感器三部分 应变式载荷传感器一般采用实心圆柱与空心圆柱 受力方向为轴向 应变片纵向或横向粘贴与圆柱上 此类弹性元件由于应变很小 测力量程较大 粘贴在圆柱上的应变片在力作用下随着弹性元件产生变形 轴向变短 径向变长 示功仪 产生形变的4组应变片其电阻也发生相应变化 r1 r3是横向电阻 r2 r4是轴向电阻 初始状态时r1 r2 r3 r4 r1 r4均为工作臂 其中对边桥臂r1 r3为正应变 r2 r4为负应变 且 r1 r3 r2 r4 r 则uo与力的大小成正比 测量这个电压信号也就测出了载荷 示功仪 示功仪 液压式载荷传感器 首先通过液压回路中的活塞把抽油杆上的载荷信号转变成压力信号 因为活塞面积固定所以转换的比例是线性的 再由安装在同一回路内的压力传感器进行测量 使用时先将传感器放在悬挂器上 然后用手压泵把活塞压出来 当力完全加在活塞上时就可以开始测试了 示意图 手压泵 活塞 压力传感器 卸压阀 示功仪 两种传感器对比 直插应变式 应变式传感器缺点在于在使用时需要事先卸除抽油杆加在悬挂器上的负荷 把悬挂器张开 这样传感器才能放入测试位置 这个过程操作比较复杂对人员要求较高 优点是测量精度较高 结构简单 液压式 液压式示功仪无需事先卸负荷就可放入测试位置 测试比较简单 安全性较高 但是液压元件加工精度要求高 造价高结构复杂维护难度大 而且工作时压力较高可达到70mpa左右 所以对密封性能有严格要求 好的密封性能又带来较大的摩擦 载荷信号的损失也比较严重 另外液压系统滞后大所以下行程图形有失真现象 电流传感器电流传感器用来测量抽油机电机电流 它实际上是一个电流互感器 测试时把传感器加在电机任一电源线上 配合位移信号 记录电机在一个冲程内的电流变化情况 示功仪 位移传感器位移的测量一般是利用抽油机带动线轮 经过减速 带动电位器或编码器产生对应位移的电信号 信号大小与位移成正比 目前用到有下面三种结构 1 电位器式根据减速比不同有单圈和多圈两种特点 结构简单 但是电位器触点易磨损造成测试失败2 光电编码器输出精度好 但成本较高 不易维护3 霍尔编码器结构简单 易维护 成本低 非接触测量 无机械磨损 缺点是分辨率较低 一般为1mm左右 示功仪 记录仪 主机 主机主要完成数据记录 绘图保存等功能 主要有以下几种形式 按外形分 台式 耐低温 键盘操作 体积大 系统多为自己研发稳定性较差 手持式 掌上电脑 触屏操作 方便易用 windows操作系统稳定可靠 体积小易携带 扩展功能强 存储容量大 缺点是屏幕大小受限 待机时间较差 按通讯方式分 有线 通讯可靠 抗干扰 但是测试时通讯线容易挂断 无线 无线通讯操作简便 一种为433m无线模块 功耗较大 仪器间有干扰 另外有蓝牙模式 功耗低 蓝牙协议完善 相互间无干扰 缺点启动时需握手 测试前要等待10 20秒 示功仪 基本性能要求 jjggsy50 1999 计量方面要求工作温度 35 50 检定周期6个月 示功仪 示功仪 代表仪器性能介绍1 北京金时主机性能 51单片机 主频36mhz存储量 130口井次功图 液面等全部数据 无线信号稳定传输距离 0 50米整机精度及测量范围 载荷 量程0 150kn 误差 0 5 fs 位移 量程0 8m 误差 0 5 fs 电流 量程0 150a 误差 1 fs dly系列动力仪由单片计算机系统控制的测试抽油机井示功图和电流图的电子仪器 示功仪 dfyz 202示功仪 示功仪 示功仪资料验收要求与识别 1 验收要求每次功图具有冲程载荷数据 图形清洁整齐 线条清楚连贯 图形封闭 电流曲线与示功图一般在同一座标之中绘制 有上下负荷线 负荷线记录时间5 15s 功图应填写测试井号 日期 井口压力 仪器号 填齐原始报表项目 2 典型示功图识别下面是电子示功仪记录的三种图形 即 载荷功图 凡尔检漏 电流功图 载荷功图 x轴方向为位移 y轴方向为载荷 中的sv tv线为检查凡尔漏失线 tv漏失 会向下移 sv会向上移 电流功图 x轴方向为位移 y轴方向为电流 表示上下冲程中的马达电流的变化 示功仪 抽油井计算机诊断技术 抽油井计算机诊断技术是将实测地面示功图利用数学的方法 借助于计算机求出抽油杆柱任一截面上的载荷与位移 同时绘出井下抽油泵的示功图 以此判断并分析抽油泵乃致整个抽油设备的工作状况 理论基础 把抽油杆柱作为一根井下动态的传导线 其下端的泵作用为发送器 上端的动力仪作为接收器 井下泵的工作状况以应力波的形式沿抽油杆柱以声波速度传递到地面 把地面记录的资料经过数据处理 就可定量地推断泵的工作情况 应力波在抽油杆柱中的传播过程可用带阻尼的波动方程来描述 示功仪 诊断技术的应用 把地面示功图数据用计算机进行数字处理后 由于消除了抽油杆柱的变形和粘滞阻力以及振动和惯性的影响 将会得到形状简单而又能真实反映泵工作状况的井下示功图 示功仪 从上图可以看出井下功图与常规测得的光杆示功图相比虽然没有本质的区别 但具有下列优点 1 它能得到光杆示功图 即 柱状 示功图上的第一个示功图 2 能获得多级抽油杆柱组合断面上的示功图 或抽油杆上任意断面的示功图 因此井下功图比较清楚地反映了抽油系统在井下的工作情况 3 获得了消除震动和惯性等影响后的泵口示功图 使分析简化 这让对油田只具备示功图一般知识的技术人员也能准确判断深井泵工作状况 如图c中地面功图是光杆示功图 用常规的分析方法很难得出影响泵工作的主要因素 但只要结合图c中的井下泵口示功图 就能很直观地表明影响该泵工作不正常的主要因素是供液不足 类似这样的分析都是井下示功图测试技术较突出的特长之一 从井下泵口示功图典型形状易于分析泵 杆 机的工况 示功仪 图 功分 示析 返回上级目录 光杆开始上行但活塞还未运动的瞬间 光杆加载 光杆和活塞都在上行 光杆开始下行但活塞还未运动的瞬间 光杆卸载 光杆和活塞都在下行 理论示功图 1 正常 a 基本呈平行四边形 b 左上角和右下角负载线常有振动波纹 c 深井中力传递滞后及动载荷增大使示功图顺时偏转 正常示功图 10 供液不足 a 减载线不能卸载只有活塞碰到液面才立即卸载 b 加载线和减载线平行 c 泵体内液面越低下行负载线越短 当上下负载线接近重合时将因冲满系数为 而不出油 没有充满 充满更差 充满极差 充满最差 9 气体影响 上冲程开始后泵内的压力因气体膨胀而不能很快降低 使吸入阀打开滞后 加载缓慢 下冲程由于气体受压缩 泵内压力不能迅速提高 排出阀打开滞后 气体影响大 气体影响小 2 连抽带喷 a 上下行均不能加载卸载 示功图一般呈窄条形位于理论值之间 b 喷势越大示功图越低于最小理论值 3 固定凡尔漏失 a 延长光杆减载过程 减载线夹角 越大 下行线收缩越厉害 漏失越严重 b 右上角尖 左下角呈圆弧 曲率中心在示功图内或左上方 4 出油凡尔漏失 a 延长光杆加载过程 加载线夹角 越大 上行线收缩越厉害 漏失越严重 b 左下角尖 右上角呈圆弧 曲率中心在示功图右下方 5 吸入和排出都漏失 a 上下行均不能有效加载卸载 示功图一般呈椭圆条带状位于理论值之间 b 漏失越严重示功图越窄 6 抽油杆断脱 a 上下行均不能加载卸载 示功图一般呈水平窄条形位于最小理论值以下 b 断脱点越浅示功图越低于最小理论值 断脱点深 断脱点浅 7 砂卡 a 上下行负载线均出现不规则锯齿尖峰 b 加载线和减载线振动强烈 c 严重时将导致间歇过大而泵漏 在目前的试井测试中 对低渗 低压 高油气比 高饱和压力的油藏 会受到油层非均质性严重 无水采油期 油气水多相流动等因素影响 常规的尾管测试 环空测试 起泵测试等测试工艺 在测试时都是采用地面关井方式 由于井筒储集及续流时间比较长 停井测压时间往往在一个月至三个月不等 影响产量大 其测试资料都受到井筒气液两相的重新分布 即井筒储集效应的影响 关井期间往往未测出径向流段 只能进行曲线早期解释 客观上造成解释结果的误差 井下关井技术发展及应用 为了消除井筒储集及续流影响 实现理想恢复试井油层面面关井 缩短测试时间 提高测试