井下微球式測量儀監(jiān)測系統(tǒng)研制

付柯云

摘要：在線式監(jiān)測系統(tǒng)和井下存儲式監(jiān)測系統(tǒng)是現(xiàn)今現(xiàn)今世界主流的井下監(jiān)測方式，但只能測量某一位置點的參數(shù)，無法提供實時的參數(shù)剖面，缺乏全井筒環(huán)空參數(shù)監(jiān)測手段，井筒流動及壓力風險控制面臨巨大挑戰(zhàn)。為解決此難題，本文在綜合考慮經(jīng)濟成本和測試效率的基礎上，研制完成了一種新型的井下微球式測量儀監(jiān)測系統(tǒng)。該技術是一項石油工況測量創(chuàng)新技術。研究成果將改變鉆井過程中難以及時準確獲取井下信息的現(xiàn)狀，改變我國隨鉆監(jiān)測技術落后的現(xiàn)狀，具有成本低、經(jīng)濟效益高的規(guī)模化效應，具有廣闊的市場前景。

關鍵詞：微球測量儀;上位機;數(shù)據(jù)庫;井筒壓力溫度剖面

0 引言

深層復雜油氣資源是現(xiàn)今石油勘探的重點開發(fā)領域，深井、超深井地質(zhì)情況復雜，作業(yè)困難大，在鉆井過程中井壁失穩(wěn)、漏噴同存、鉆具失效及其它井下復雜事故頻發(fā)，井筒風險控制困難，鉆井難度大，核心因問題就是復雜環(huán)境下流體環(huán)空壓力、溫度等測試問題難以實現(xiàn)。

1微球式全井筒環(huán)空參數(shù)實時測量原理

1.1 微球測量儀測量方法

在鉆桿下鉆過程中，脫開方鉆桿保護接頭與鉆桿，然后從鉆桿母頭投放微球測量儀，再將方鉆桿保護接頭與鉆桿進行連接。使微球隨泥漿運動，循環(huán)過程中以固定間隔時間檢測保存環(huán)空溫度、壓力信息[5-6]。在地面利用磁性回收裝置或濾網(wǎng)進行回收，再利用上位機讀取井下測量數(shù)據(jù)，解碼后輸出正確的井下測量數(shù)據(jù)。

1.2微球測量儀的設計

測量儀采用鋁合金外殼，內(nèi)部裝集壓力、溫度傳感器傳感器于一體的小型化傳感器組件，與主控電路、電源電路進行系統(tǒng)集成，形成一個包括主電路板、數(shù)據(jù)傳感采集、儲能機構(gòu)、密度調(diào)節(jié)機構(gòu)于一體的井下球形微型環(huán)空參數(shù)隨鉆測量儀[5-6]。傳感器和鋁合金外殼的空間用凝膠或硅橡膠填充，以隔離泥漿，起到保護傳感器的作用，紐扣電池的正極外殼與鋁合金外殼之間有橡膠密封圈，并相互扣接在一起。

2 測量系統(tǒng)上位機設計

2.1 軟件結(jié)構(gòu)設計

井下隨鉆微球監(jiān)控平臺軟件按功能總共分為4個部分，分別是：參數(shù)設置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊。參數(shù)設置模塊是設置系統(tǒng)參數(shù)和微球的“采樣時間間隔”、“延遲時間”、“溫度零偏”等參數(shù)。數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊是實現(xiàn)和微球測量儀的對接，數(shù)據(jù)采集，并對數(shù)據(jù)進行判斷處理剔選，最后存入數(shù)據(jù)庫內(nèi)。數(shù)據(jù)管理模塊是顯示比較微球測量儀狀態(tài)，顯示微球測量儀采集的數(shù)據(jù)和趨勢圖以及橫縱向的對比，并導出數(shù)據(jù)的Excel表格打印。

2.2 程序流程設計

本系統(tǒng)上位機，基于Visual Studio 2013 .NET環(huán)境，采用C#語言編寫，運用Sql Server 2010數(shù)據(jù)庫技術設計完成。由于.Net環(huán)境中集成了大量使用類庫，可根據(jù)需要直接運用。部分核心代碼如下：

1）與測量儀數(shù)據(jù)傳輸

測試儀與上位機通過采集器連接，數(shù)據(jù)以串口的方式發(fā)送。

int buffersize = 51;

buffer = new Byte[buffersize];

sp.Read（buffer， 0， buffersize）;

readstring = byteToHexStr（buffer）;

sp.DiscardInBuffer（）;

2）數(shù)據(jù)庫存儲

從測量儀讀取的數(shù)據(jù)通過正確性驗證后將存儲到Sql server 數(shù)據(jù)庫中以待后續(xù)的分析與展示。

SqlConnection con;

String ConStr = "server=.;database=mysql;uid=admin;pwd=admin";

con = new SqlConnection（ConStr）;

con.Open（）;

SqlCommand mycommut = new SqlCommand（sql， con）;

mycommut.ExecuteNonQuery（）;

3 軟件界面與實驗效果

為驗證井下微球式測量儀監(jiān)測系統(tǒng)的合理性，在中國石油集團川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院儲氣-1井開展試驗研究。

根據(jù)每顆微球測量儀上返過程，可做出井筒環(huán)空溫度、壓力參數(shù)隨深度變化的剖面曲線。

本次試驗在地面向鉆桿內(nèi)投入測量儀，以充分了解測量儀下移和上返過程。由圖可以看出，測量儀入井后有明顯的壓力升高和降低過程，該過程約為7分鐘，即入井工作時間（一個測試循環(huán)300～510號測試點），時間約為7分鐘。為平衡微球測量儀內(nèi)外壓力，測量儀內(nèi)部加載基礎壓力，測量壓力值為包含基礎壓力值，拆開測量儀后，基礎壓力消減。下移時間（300～380號測試點）約為2.6分鐘，下移速度：2.7m/s。上移時間（380～510號測試點）約為4.3分鐘，與溫度變化規(guī)律基本一致。上移移速度：1.65m/s。

4 結(jié)論

井下微球式測量儀監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)測量儀從井底到地面的運移過程中測量整個井筒壓力、溫度剖面信息的功能，并在地面完成數(shù)據(jù)收集與處理。通過現(xiàn)場試驗，該系統(tǒng)具有操作簡單，監(jiān)測值高效可靠的特點，可有效提升井控安全，節(jié)約鉆進時間，降低隨鉆測試成本，為鉆井技術提供核心技術支撐，提高我國石油行業(yè)的核心競爭力，對我國及一帶一路國家油氣行業(yè)發(fā)展具有重大意義。

參考文獻：

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[3] 李永杰等. 氣體鉆水平井鉆桿偏心對環(huán)空巖屑運移規(guī)律的影響[J] .科學技術與工程，2016，16（13）：35-42.