液面监测技术调研.

液面监测仪的调研

井漏是钻井工程中常见的复杂事故，对钻井工作危害极大。井漏发生后需要尽快准确地确定漏失层的位置，以便及时采取有效的堵漏措施，保证钻井生产继续正常进行。因此，漏失层位置测定方法与仪器的研究，对复杂地质条件下的钻井生产有十分重要的意义。通过对国内外用于漏层位置测量的仪器的调研，根据传输方式分成以下三种类型测漏仪。

一、电缆式

1 工作原理与性能参数

1.1工作原理

测量时流量计以分流方式工作，全井流量的大部分由旁通短节上的旁通孔(见图1)进入流量计外部与保护筒内壁之间的环形空间，在这里流体作切割磁力线运动，经下端承托接箍流出保护外筒。一小部分由保护筒外阻流环与井壁间的间隙流过，采用电磁流量传感器来测定沿井筒各点钻井液漏失流量的大小，传感器测得的流速与全井平均流速成对应关系。仪器将数据量化、放大处理后，送给电缆遥传系统的井下部分(称为遥传短节)。遥传短节对数据进行编码、调制、放大等处理，通过电缆送到地面。电缆遥传系统的地面部分(位于地面数据采集系统中)接收到信号后,进行放大、滤波、解调、解码等处理,通过相应的配套软件实时地绘制出流量随井深变化的曲线，通过分析曲线而精确地获取漏失的层位(见图2)。

井下测漏仪仪器电路分为4个部分：电源管理模块、电磁流量计激励电路及信号调理模块、压力温度信号检测模块、信号采集模块。电源管理模块提供井下电路各部分所需电源，并控制各电路的节电工作模式切换。电磁流量计激励电路及信号调理模块主要负责激励信号的产生与驱动，并检测出传感器电极上的电压，经放大、整形后处理成标准方波信号，提供给信号采集模块。压力温度信号检测模块测量压力、温度2种参数，经信号检测、放大、处理，转换成方波信号输出到信号采集模块。

图1测漏仪装置结构

1—旁通短节；2—旁通孔；3—悬挂器；4—阻流环；5—上扶正器；6—测量段；7—电池筒；

8—下扶正器；9—保护外筒；10—下端承托接箍

图2井下测漏仪总体系统组成

1.2 性能参数

测漏仪的工作温度不大于125℃，最大耐压60MPa，启动排量1m3/d，最大排量1200 m3/d，连续测量时间11h，采样周期为10s，仪器接口标准为RS232。

2 遥传系统设计思路

高速遥传系统应完成的功能有：地面及井下的数据通信(主要是数据的整理、编码、调制解调、解码等)；对井下仪器总线(井下仪器工作在1553总线上)的控制，通过地面仪(采用VME总线通信)的控制组织下井仪器工作、遥传系统的自检等。因此,高速遥传系统分为地面和井下2个部分，通过电缆连起来。遥传系统的地面部分称为遥传模块，包括VME总线接口、地面调制解调器部分、电缆

驱动等。高速遥传系统的井下部分称为遥传短节，包括井下电缆接口、井下调制解调器部分、电缆驱动等。调制解调器负责通过电缆的数据传输，是遥传系统数据通信的关键所在：遥传短节中的井下仪器总线控制器通过井下仪器接口控制各下井仪器的工作，为了满足测井仪器的实时工作要求以及系统的向下兼容性，遥传系统采用半双工工作方式。

遥传模块与成像地面仪之间通过VME总线进行数据交换。VME总线是目前世界上实时数据采集系统应用最广泛的系统总线，其最大特点是数据传输速率高、支持能力强、抗震、抗腐蚀性等能力明显优于其他总线。

3接口电路设计要求

在单片机控制步进电机工作时,接口部分必须有下列功能。

(1)电压隔离。因为单片机是在5 V的低压下工作，而步进电机是在几十甚至一百多伏的高压下工作，一旦步进电机的电压窜到单片机部分，则会引起单片机的损坏；或者步进电机部分的有关信号干扰单片机，也会引起系统工作故障，因此，接口部分应能把单片机和步进电机回路隔离开来。

(2)信息传递。接口部件应能把单片机的控制信息传递给步进电机回路。

(3)产生工作所需的控制信息。对应于不同的工作方式，接口部件应能产生相应的工作控制电压波形。

(4)产生工作所需的不同频率。为了使步进电机以不同的速度工作，以适应不同的目的，接口部件应能产生不同的工作频率。

4 小结

测漏仪主要针对高温高压条件下深井、超深井钻井作业的需要研制，同时还可应用于油田分层注水流量的测定等。其检测部分为一整体部件，不会出现卡、堵等问题，特别适合测量固、液两相介质，且量程范围大，测量精度高，测量数据由配套软件进行处理,自动生成图形。

二、声纳式

1 声纳环空液面监测仪工作原理及优势

原理：声纳环空液面监测仪是测试井内液面动态的仪器，它采用便携式非爆炸(气压枪)作为动力源，用预先准备的氮气瓶里的氮气做动力，采用计算机定时(每隔1-2min)控制井下液面监测仪发出声纳脉冲波，脉冲波通过环空传至井下液

面。在此过程中，声纳每遇一个钻杆接箍便向地面返回一个脉冲波，测出反映管串接头数目的曲线B；直到遇液体后返回，得到反映液面位置的曲线A，快速计算液面井深(声纳法)，计算机接收从钻杆上返回脉冲，利用脉冲波在钻杆接头上传播时振幅发生变化，通过对各种井下噪声信号进行过滤，计算接头数就得到了液面深度(平均法)，并在计算机上记录深度变化曲线。故所得数据是在线的、实时的。

优势：钻遇漏层后、应尽快对刚裸露的原始状态的地层进行测试，避免因漏液对漏失通道的污染和堵塞而影响测试准确度。液面实时监测仪可在不起钻的情况下测试，也可在关井及井内有压力的情况下测试，亦可追踪液面连续变化探测。操作简便迅速，两三分钟便可测试一次，其主要功效有：①探测静液面井深，计算漏层压力，提供堵漏剂选择，得到制定堵漏工艺的依据。②进行漏层水力特性研究，可对地层进行动液压测试。一种是将井筒灌满停泵，用液面实时监测仪测试液面下降位置与时间的关系，再测出静液面，计算漏层压力；另一种是先用小排量泵送洗井液，使液面升高一个位置至稳定，用回声仪测出液面位置并记下排量，再逐次加大排量，照样测出各次液面位置并记下排量,此法仍可测出静液面位置，计算地层压力。利用土述资料可以计算并绘制出△P-Q漏层指示曲线；计算漏层吸收能力系数，计算漏失严重度；初步估量漏失通道的尺寸等。

2 现场试验情况及分析

声纳环空液面监测仪在塔里木塔中井进行了2口井3井次试验，在不同的工况(静止、起下钻、转动)经测量了多个井下液面深度数据，经分析表明测试效果较为优秀。

表1 钻具不转动试验数据