1系统的组成及原理。
该测试系统由三大部分组成:井下压力/温度测试探头;载波信号的传输;地面接收与控制装置。而在这三部分中,井下压力/温度测试探头是其核心部分。
井下探头的工作原理为:通过高精度传感器将井底压力,温度转换成微电压信号,经放大电路和模拟/数字转换芯片变成标准电压信号,送入单片计算机进行运算,存储,然后按照预定程序控制井下调制单元向地面传输数据。
2系统设计。
2.1井下探头电子电路的设计。
井下探头电子电路的设计原则分为降额设计,热设计,冗余设计,电磁兼容性设计,漂移设计,潜电路分析和互连可靠性设计几个方面。
1)降额设计使元器件运用于比额定值低的应力状态的一种设计。为了提高元器件的使用可靠性以及延长产品的使用寿命,必须有意识的降低施加在器件上的工作应力(如:电,热,机械应力等)。降额的措施也随元器件类型的不同而采用不同的规定,如半导体分立器件降额是使功耗低于额定值;接触元件则必须降低张力,扭力,温度和降低其它与特殊应用有关的限制。
2)热设计元器件的布局要求各耗能元器件间应尽可能具有大的空间,应保证热敏元器件处于探头的冷区。元器件的安装要使用短的通道以使传导热阻小;采用大面积以使传导热阻小;使用具有高传导率的材料以使传导热阻小。
3)冗余设计是用一个或多个单元(系统)构成并联形式,当其中一个发生故障时,其它单元仍能使系统正常工作的设计技术。在井下探头中,对承受高电压的井下电源整流电路和直接与高压线路联通的信号调制电路采用冗余设计,提高井下探头的使用寿命。
4)电磁兼容性设计各级电路连接应尽量缩短,高频电路应尽量避免平行排列导线以减少寄生耦合,设计各级电路应尽量按原理图顺序布置,避免各级电路交叉排列;各级电路的元器件应尽量靠近各级电路的晶体管,应尽量使各级电路自成回路;各级均采用一点接地或就近接地,以防止地电流回路造成干扰,应将大电流地线和小电流回路的地线分开设置,对于会产生较强电磁场的元件和对电磁场感应较灵敏的元件,应垂直布置,远离或加以屏蔽以防止和减少互感耦合;处于强磁场中的地线不应构成闭合回路,以避免出现地环路电流而产生干扰;电源供电线应靠近(电源的)
地线并平行排列以增加电源滤波效果。
5)漂移设计产生漂移的主要原因是元器件的参数标准值与实际数值存在公差,环境条件变化对元器件性能产生影响,或是使用在恶劣环境而导致元件性能退化等因素。通过在设计阶段根据线路原理写出特性方程,然后通过收集元器件的分布参数来计算它们的漂移范围,使漂移结果处在设计范围内,来保证设备正常使用。
6)潜电路分析通过潜电路分析,消除电路中产生的不希望有的通路。它的存在会引起功能异常或抑制正常功能。
7)互连可靠性设计在井下电路中,必须注意接插件的选型,印制电路板应尽量采用大板或多层板,以减少接插点;两个插头同时相对时,应采用将其中一个固定,另外一个浮动的方式,来保证对准和拔插;尽量采用机械固定方式;对于常插拔的部件,设计成单面走线。
2.2井下探头外壳设计原则选用高强度,耐腐蚀,易加工的阻磁金属材料;大直径小于40mm,大长度小于500mm;密封方式有效期大于400d,减振装置抗冲击量大于60t;连接方式必须满足现场使用条件,无须大型设备配套使用。
2.3探头组成。
井下探头由多功能电源模块,压力,温度传感器,放大电路,模拟/数字信号转换电路,单片计算机控制单元,调制发讯电路等组成。
1)多功能电源模块由于潜油电机存在星点不平衡交流电压干扰,需将两种电源信号统一整流,滤波,分压和稳压,转换成各种数值的精密直流电压,电源模块在高温下的稳定性是本项目的关键技术之一。另外,还使用了瞬间放电保护技术,用于消除高压绝缘测试(2000V以上)对探头带来的风险。
2)压力,温度传感器将井底压力,温度转换成毫伏级电压信号。蓝宝石衬底扩散工艺保证了压力信号的测量精度,温度测量则沿用了成熟的铂电阻微功耗测量电路。
3)放大电路将传感器的毫伏级信号放大成符合模拟/数字转换要求的电压信号。该部分电路主要采用了抗温度飘移效果好的对称耦合电路设计,以抑制温度变化对整体放大精度的影响。
4)模拟/数字信号转换电路将放大后的信号转换成高精度的标准电平值并输入到单片计算机的数据采集通道。
5)单片计算机控制单元经过运算,将数字化的测量信号转换成高精度的控制指令,指挥调制发讯电路将测量信号传向地面。单片计算机控制单元还负责整个井下探头电路的开机自检和冗错管理工作。
6)调制发讯电路按照单片机的控制指令,按一定的频率有序地发出高,低电流信号,按照与地面仪器的约定,将测量信号传输到地面。该部分电路不同于一般的低压调制电路,其耐压指标在2000V以上,调制频率还受到潜油电机定子绕组电感和长达2 000m以上的动力电缆耦合电容等非线性参数的制约,通讯频率带宽十分狭窄。
3仪器的室内试验及达到的技术指标。
3.1仪器的室内试验。
在高温烘箱内完成了井下探头150耐温试验,试验结果完全符合设计要求;在井下工具试验室完成了井下探头50MPa耐压高温试验,试验结果完全符合设计要求;在中原油田作业一处电泵技术研究所实验井完成了系统联调模拟实验,井下探头测量数据准确,工作稳定。
3.2达到的技术指标。
(1)压力:量程0~50MPa,测量误差小于0.1;292010年第24卷第2期陈辰等:电泵井永置式监测技术与应用(2)温度:量程0~150,精度1;(3)井下压力计耐温:150;(4)井下可靠置入连续工作时间大于400d. 4现场应用。
我们在中原油田采油一厂W65-89井进行了现场实验,至今测试系统已安全运行了400多天,实验数据非常理想。
从该井生产数据的试井双对数曲线和Blasingame曲线分析图上看,导数曲线基本为一条水平线,反映不稳定径向流特征,类似于常规试井双对数中的0.5水平线。由于测试时间短,导数曲线的晚期段没有出现45#的上翘段(等同于常规试井解释中的拟稳定段),Fetkovich曲线也反映了上述情况,Fetkovich曲线没有交叉,说明还没有达到拟稳定流。
生产数据双对数分析曲线与常规双对数分析曲线的导数线都反应了均质油藏特征。采用均质无限大模型,曲线拟合较好。前者解释结果渗透率为4.3410-3达西,表皮系数为-1.27;后者解释结果渗透率为4.1710-3达西,表皮系数为-0.042.从二者解释结果对比来看,吻合性较好,表明储层无污染,低渗透油藏。说明生产数据分析技术是符合油田生产动态实际。
5结语。
该项目成果为电泵井不停产试井提供了经济,可靠的测试手段;为抽油机井和天然气井的不停产试井工作奠定了可靠的基础,缩短了上述内容的研发周期,节约了科研经费;该项目成果经济效益和社会效益都非常显着,推广价值极高。但是还存在一些不足,井下探头耐温指标还未能达到国际高水平。