吳洪貴

1江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院2江蘇省流通現(xiàn)代化傳感網(wǎng)工程技術(shù)研究開發(fā)中心

無線傳感器聲幅變密度測(cè)井技術(shù)

吳洪貴1；2

1江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院2江蘇省流通現(xiàn)代化傳感網(wǎng)工程技術(shù)研究開發(fā)中心

為增強(qiáng)無線傳感器對(duì)油井管道測(cè)試的靈敏度，增加了管道內(nèi)的溫度、流速、雜質(zhì)含量及電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度等數(shù)據(jù)信息，在處理程序上進(jìn)行實(shí)時(shí)分析管理，且將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行不同模塊劃分，以保證數(shù)據(jù)信息管理的有效性。數(shù)據(jù)處理模塊包括數(shù)據(jù)庫模塊、數(shù)據(jù)源生成模塊、身份識(shí)別模塊。變密度測(cè)井圖是以黑白相間的色帶表現(xiàn)出來，用色帶顏色的變化來表示信號(hào)的強(qiáng)弱；通過分析變密度測(cè)井圖呈現(xiàn)的套波管、地層波、泥漿波和井液波的強(qiáng)度變化，來判斷出套管、水泥環(huán)和地層膠結(jié)構(gòu)的狀況。

無線傳感器；檢測(cè)環(huán)境；模塊；聲幅變密度測(cè)井

傳統(tǒng)的油田無線傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)管理方式存在著嚴(yán)重的問題。首先，無線傳感器的靈敏度低，造成在檢測(cè)數(shù)據(jù)信息上出現(xiàn)一定的誤差。其次，在數(shù)據(jù)處理方式上沒有進(jìn)行數(shù)據(jù)模塊的劃分，使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息不能進(jìn)行有效處理。為增強(qiáng)無線傳感器對(duì)油井管道測(cè)試的靈敏性，增加了管道內(nèi)的溫度、流速、雜質(zhì)含量及電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度等數(shù)據(jù)信息，在處理程序上進(jìn)行實(shí)時(shí)分析管理，且將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行不同模塊劃分，以保證數(shù)據(jù)信息管理的有效性。

1 數(shù)據(jù)處理模塊

（1）數(shù)據(jù)庫模塊。數(shù)據(jù)庫模塊是利用Excel表格將無線傳感器接收的數(shù)據(jù)信息導(dǎo)出數(shù)據(jù)庫，將各個(gè)油田站點(diǎn)進(jìn)行了不同的劃分，可分為平臺(tái)1、平臺(tái)2、平臺(tái)3、平臺(tái)4、平臺(tái)5、平臺(tái)6，再將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)模塊信息進(jìn)行定位標(biāo)注。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息中包括石油管道內(nèi)液體的流速、傳感器的方向角，當(dāng)無線傳感器將數(shù)據(jù)信息傳輸至終端管理系統(tǒng)時(shí)，數(shù)據(jù)系統(tǒng)便會(huì)顯示來自定位傳感器的數(shù)據(jù)信息，將某個(gè)編號(hào)的無線傳感器放置在石油管道內(nèi)壁上，在采集數(shù)據(jù)信息時(shí)，會(huì)按照服務(wù)器設(shè)定的編程程序進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的采集。采集的數(shù)據(jù)信息包括電機(jī)的轉(zhuǎn)速、管道內(nèi)壁的溫度、液體的流速、雜質(zhì)含量及單位面積內(nèi)受到的壓強(qiáng)。

（2）數(shù)據(jù)源生成模塊。無線傳感器將收集的數(shù)據(jù)信息傳輸至信源設(shè)備時(shí)，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的編碼。一般采用的是二進(jìn)制的編碼方式，進(jìn)行0和1之間的相互轉(zhuǎn)化。假設(shè)無線傳感器將數(shù)據(jù)信息傳輸至信源設(shè)備時(shí)，編程的代碼數(shù)據(jù)為111000101010 1001時(shí)，根據(jù)8421碼的轉(zhuǎn)化關(guān)系，需要在終端接收設(shè)備內(nèi)相應(yīng)地進(jìn)行解碼。終端服務(wù)器中含有譯碼輸出設(shè)備，當(dāng)編碼的數(shù)據(jù)進(jìn)入輸入端時(shí)，譯碼器中的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)便對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行等間隔的劃分。

（3）身份識(shí)別模塊。身份識(shí)別模塊是為了保證傳輸數(shù)據(jù)信息的有效性，使數(shù)據(jù)信息能夠進(jìn)行統(tǒng)一管理。身份識(shí)別模塊中包含終端用戶設(shè)定的數(shù)字密碼、口令密碼及指紋識(shí)別功能，一般都是采用數(shù)字密碼控制。數(shù)字密碼在設(shè)定程序上，采用的是模2加的邏輯預(yù)算，相同為0，相異為1。傳統(tǒng)編碼技術(shù)很容易遭受到外部不同代碼信息的攻擊，造成油田網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息的局部丟失，而這種新的密碼技術(shù)能夠保證數(shù)據(jù)信息的安全。

2 測(cè)井原理

（1）光感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)定。當(dāng)光感應(yīng)器感應(yīng)到外界強(qiáng)光照射時(shí)便引起儀表參數(shù)的變化，首先經(jīng)過電源模塊，把交變電流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟Ｆ浯卧谟涗泝x上進(jìn)行信號(hào)的放大，然后傳送到指示器，具體判定光照強(qiáng)度是否符合油井照明強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示。光傳感器與原有傳感器相比，凸顯出很多優(yōu)點(diǎn)：①穩(wěn)定性能好，始終把光線設(shè)定在一個(gè)參數(shù)值上，不會(huì)因?yàn)橥饨绲母蓴_而發(fā)生改變；②檢測(cè)范圍大，傳統(tǒng)傳感器只能檢測(cè)方圓1m左右范圍的土質(zhì)，新型傳感器能夠檢測(cè)周圍100m內(nèi)的土質(zhì)，在開采過程中土質(zhì)發(fā)生松動(dòng)或巖層有變化時(shí)能夠提醒管理人員，提前做好預(yù)防工作；③傳輸帶寬高，無論是傳輸設(shè)備還是檢測(cè)設(shè)備，通信傳輸?shù)馁|(zhì)量是整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，當(dāng)前傳輸信道帶寬已經(jīng)達(dá)到了500M，確保傳輸?shù)男畔⒛軌虬踩竭_(dá)終端設(shè)備。

圖1 無線傳感器交變模塊轉(zhuǎn)化原理

（2）管道內(nèi)液體流量測(cè)定。無線流量利用其感應(yīng)指針對(duì)石油輸送管道內(nèi)的液體流速進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，以井內(nèi)的單質(zhì)流體和混合流體的密度、流速、壓強(qiáng)為依據(jù)，進(jìn)而算出管道內(nèi)液體的相對(duì)流量。由于液體在管道內(nèi)運(yùn)輸時(shí)，其密度是不同的，所以測(cè)量結(jié)果會(huì)存在±10%的誤差。為了避免這樣的情況，要選擇在液體流速相對(duì)穩(wěn)定的管道位置進(jìn)行流量測(cè)定，因?yàn)樵撐恢玫囊后w密度比較穩(wěn)定，其壓強(qiáng)也不會(huì)有太大變化，會(huì)穩(wěn)定在可接受范圍內(nèi)。

（3）運(yùn)行溫度及壓力測(cè)定。管道中流體內(nèi)含有的雜質(zhì)與管道的內(nèi)壁之間發(fā)生摩擦?xí)r，會(huì)導(dǎo)致局部溫度的上升。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)管道表面的溫度一般都在100～200℃之間，但由于不同程度的摩擦生成的熱量有時(shí)使管道表面溫度高達(dá)300～400℃，甚至500～600℃，這樣的高溫用一般的傳感溫度計(jì)是難以測(cè)量的。根據(jù)國(guó)內(nèi)油井的分布情況，在一些密集度比較高的油井區(qū)域內(nèi)，為了降低磨損，都采用過濾的方法。部分油田企業(yè)利用吊墜型無線溫度檢測(cè)計(jì)，采用了ODK技術(shù)原理，當(dāng)雜質(zhì)和管道發(fā)生接觸時(shí)，檢測(cè)計(jì)對(duì)雜質(zhì)的排放量進(jìn)行監(jiān)控，一些較大雜質(zhì)到達(dá)管道接口的位置時(shí)，使得液體流速變快，從而對(duì)雜質(zhì)的沖擊也就越大。由P=F/S可知，壓強(qiáng)不變時(shí)，加大受力面積，壓力會(huì)變大；所以大塊雜質(zhì)在受到壓力后，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)軟化，會(huì)以小顆粒的形式流出管道，避免了大塊雜質(zhì)堵塞管道，延誤液體輸送的現(xiàn)象。

（4）傳感系統(tǒng)的運(yùn)行測(cè)定。傳感系統(tǒng)設(shè)施包括模擬式系統(tǒng)和數(shù)字式系統(tǒng)。模擬式系統(tǒng)以模擬裝置為核心，主要負(fù)責(zé)油田發(fā)電系統(tǒng)三相分離、緩沖罐液位的數(shù)據(jù)收集；數(shù)字式系統(tǒng)依靠可編程控制器、檢測(cè)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)無線傳感器的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整，并且能夠同時(shí)檢測(cè)多口油井的管道液體流速，控制緩沖罐液位，在發(fā)電系統(tǒng)中自行進(jìn)行可持續(xù)的閉環(huán)檢測(cè)，進(jìn)而達(dá)到了直接數(shù)字系統(tǒng)的最終目的。自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)先對(duì)傳輸路線做檢測(cè)，以確保其運(yùn)輸通暢，對(duì)傳輸管道內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)采用了模糊邏輯檢測(cè)，能夠計(jì)算出傳輸過程中各線路的阻值，并對(duì)其大小進(jìn)行測(cè)定分析。如果測(cè)定的阻值比原來設(shè)定的線路阻值大，油田傳輸系統(tǒng)會(huì)對(duì)預(yù)定值和實(shí)際值進(jìn)行測(cè)定分析，分析后得出的差值在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)，那么可以繼續(xù)對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行輸電傳送；如果超過了允許范圍，那么輸電線路會(huì)被傳輸系統(tǒng)強(qiáng)制終止，從而保證傳輸線路的安全和整個(gè)工程的高效實(shí)施。

3 聲幅變密度測(cè)井

聲幅變密度測(cè)井技術(shù)井下部分由電子線路和聲系組成，其中聲系部分包括了一個(gè)發(fā)射器和兩個(gè)接收器；發(fā)射器位于上面，聲幅接收器在中間，下面是變密度接收器。其工作方式是，首先，聲波發(fā)射器發(fā)射聲脈沖，穿過井液折射到套管，形成套管波；在套管波折射到井內(nèi)井液中時(shí)，聲波波列的首波幅度會(huì)被接收器接收，電子線路把它轉(zhuǎn)化成電壓值并記錄下來；最后，在儀器移動(dòng)的過程中，就會(huì)繪制出一條隨井深變化的聲幅曲線，可以對(duì)曲線的走勢(shì)和高低對(duì)比來分析套管、水泥環(huán)和地層膠結(jié)構(gòu)的狀況。

波幅的大小與電壓的高低成正比關(guān)系，光點(diǎn)的亮度也隨著波幅的大小成正比例變化，亮度高時(shí)，測(cè)井圖色帶表現(xiàn)為黑色，亮度低時(shí)表現(xiàn)為灰色；電壓為0的情況下，光點(diǎn)不會(huì)亮，測(cè)井圖色帶為白色。所以，變密度測(cè)井圖是以黑白相間的色帶表現(xiàn)出來，用色帶顏色的變化來表示信號(hào)的強(qiáng)弱；通過分析變密度測(cè)井圖呈現(xiàn)的套波管、地層波、泥漿波和井液波的強(qiáng)度變化，來判斷出套管、水泥環(huán)和地層膠結(jié)構(gòu)的狀況。

4 結(jié)語

油田無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)模塊劃分上保證了傳輸數(shù)據(jù)信息的穩(wěn)定性，聲幅變密度測(cè)井技術(shù)結(jié)合聲幅曲線和變密度曲線的分析，對(duì)固井質(zhì)量做出評(píng)估；進(jìn)而對(duì)油田運(yùn)行系統(tǒng)中多方環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，使油井內(nèi)各個(gè)設(shè)備處于安全的工作運(yùn)行環(huán)境中，提高了生產(chǎn)效率。

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.033