毛细钢管测压系统与远程监控技术

[摘要]通过毛细管中的气体将井下压力传递到井口，由压力变送器测量地面端气体的压力值，然后通过补偿修正算法得到准确的井下压力值。针对不同的应用场合提出了两种分布式网络化油井参数监控监测系统的结构，分别实现油井平台的远程遥控遥测。

[关键字]毛细钢管 远程监控

[中图分类号] X924 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-4-276-1

在油藏监测和科学生产当中，需要对油田的压力、流量、温度等参数进行准确的监测和记录。这些关键的参数在试油和产能过程当中对于准确评价油田产能，优化油田产能的评价方法，确定合理的开发方案以延长油田生产寿命以及安全生产等方面都有着非常重要的意义。

1研究背景与研究内容

在油井的开发和生产中，油井压力是一个最关键的检测参数，油井压力的变化可以为油藏特征分析提供重要依据。而海上油田工作环境恶劣，温差大，湿度高，井外与井底环境差异大，对油井井压等关键参数的快速准确安全稳定的测量造成了极大困难。常规的电子压力计测压方式将压力传感器随钻杆一起放入井下以测量井压，简单易行，但传感器标定效准、更换困难，检测数据需要将传感装置从井中取出后才可以获得，无法实时了解井压动态变化并据此调整相应的油井测试、生产方案，同时传感装置的取出作业时间长，严重影响油井的稳定连续生产，造成极大的经济损失。而毛细钢管油井压力测试方式则可以避免常规压力测试方式的缺点。

2毛细钢管测压原理

毛细钢管测压技术是美国PRUETT公司提出的一种新型测压方式，其基本原理是通过毛细管中的气体将井下压力传递到井口，由压力变送器测量地面端气体的压力值，然后通过补偿修正算法得到准确的井下压力值。这种间接式测量方式的关键在于检测数据的补偿修正算法设计。只有通过井口压力推算出井下的实际压力值，测量的压力数据对于测井工程来讲才有实际意义。而该系统中工艺环节比较复杂，推算过程受多方面因素的影响，如地层温度场变化、毛细钢管有效长度、井口传感器的连接方式等，只有搞清楚毛细钢管测压原理的具体工艺细节，才能抓住压力推算的主要因素，进而建立毛细钢管井压测量的补偿模型，对井下压力的实时补偿算法进行研究，从而实现井下压力的实时采集与监测，为地层特征的深入分析提供数据基础。

3监控终端控制参数的远程调整控制

海上油井平台更是零散分布在近海区域中，这就使油井参数采集设备的使用和维护都带来了不便。传统的井下参数监测系统采用的基本都是单点式的监测方式，数据解释与处理工作必须要由工作人员携带笔记本计算机亲临现场，进行本地数据回放。这不仅会耗费大量的人力物力财力，而且对于海上油井平台人员能否抵达还要依赖于天气状况。 这种情况还会发生在如果需要对一口井的压力监测模式进行变化而必须对现场采集器进行重新设置时。另外数据读取时间通常需要很长的时间，而在这段时间内就不能对数据进行采集，造成本时间段信息的丢失，影响了监控系统的可靠性。

针对近海域的油井平台分布群我们提出了基于CDMA/GPRS无线通讯公网的分布式遥控遥测网络结构，利用CDMA/GPRS无线公网和Internet网络实现各油井采集监控终端的网络化监测与管理。由于多个监控终端设备分布在海上油田的多个油井平台上，而监控中心也可能有多个，从空间分布角度来看，由油井平台上的监控终端设备和油田远程监控中心组成的系统本质上是分布式结构的。

我们对基于无线公网的分布式油井监控系统体系结构的物理实现进行了研究。在每个油井平台采集监控终端的采集器箱内安装了CDMA或GPRS通讯模块，并通过天线延长线与固定在大箱体外的高增益天线连接。无线通讯模块与数据采集器之间通过RS232接口通讯，其控制软件集成在数据采集器中，通过AT指令采集器对无线模块的通讯过程与通讯数据进行控制。监控中心计算机连接到Internet网络上，可通过公网与采集监控终端通讯，同时也连接一个无线模块触发通讯过程。在独立工作模式下无线模块工作于休眠状态，采集器自行构成一个独立的运行系统。当监控中心计算机要与某监控终端联系时，由监控终端的无线模块向指定号码的无线模块发送短信息，其中包含请求连接命令和主机IP地址，数据采集器通过无线模块接收到该信息后，立即将其无线模块唤醒并使其进入无线上网模式，主动连接主机IP的对应端口，通过Socket通讯与主机建立连接，实现远程数据通讯。通讯完成后无线模块再次进入休眠状态。当采集器被地层异常事件触发或检测到系统交流电断电时，将主动向无线模块发送AT指令，将报警信息以短信息的方式发送到相应监控中心计算机所挂接的无线模块上，实现远程自动报警。每个油井参数监测监控设备可以在本地完成压力/温度数据采集、压力数据实时补偿、压力异常报警与自动输出控制等功能，还可以通过无线网络将实时数据和状态信息传输到监测中心站，中心站操作人员也可以不必亲临现场就通过无线网络对采集设备进行采集控制、参数设置、远程输出控制等操作，大大降低了劳动强度，提高了试井数据的实时性，同时也减少了因天气恶劣无法出海而造成的生产系统安全隐患，降低了油井开发成本。

4总结

该研究分布式远程监测系统结构、井压实时补偿算法、井压数据处理算法与地层特征辅助分析、高可靠性嵌入式软件、环境适应性系统结构设计、数据传输协议等基本方法、关键技术，并将这些基本方法和关键技术研究成果应用于分布式油井参数实时监控系统的设计与集成，并在油田成功实施、稳定运行。

利用先进的自动化技术和完善的系统解决方案解决石油生产过程中遇到的困难。提出了基于毛细钢管间接测压的一种新的井下压力实时计算方法，解决了利用油井口测量的压力参数推算出井下压力参数的难题，通过该算法得到的压力数据满足了实际生产的实时性要求。 提出了海上油井监控设备的远程调整、控制方法和基于复合认证、校验的自定义通讯协议，保证数据传输安全可靠，为预警处理油井突发状况提供了重要技术手段。给出了分布式远程监控网络的系统体系结构，开发完成分布式海上油井压力远程实时监控网络系统，为远程实时监控、规划、管理海上油井提供了重要的支撑系统。