倪驍驊，程 沖，劉 青

（1.鹽城工學(xué)院，江蘇 鹽城 224000；2.江蘇大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

0 引言

帶壓作業(yè)是指在井下有壓力的情況下進行起、下油管的一種先進的作業(yè)方式，它能有效地保護地層壓力，降低成本，保護環(huán)境。在起、下油管的過程中，防噴器的膠芯處于閉合狀態(tài)，當有接箍通過時，為避免膠芯受到磨損，要求防噴器的膠芯打開，這時就要用接箍報警裝置進行檢測。在帶壓作業(yè)過程中，接箍通過井口時，報警器可以提供一個準確的報警信號，使閘板防噴器按起、下油管的順序打開或關(guān)閉閘板密封副，使管接箍能安全地通過井口，實現(xiàn)帶壓作業(yè)的智能化和自動化，提高帶壓作業(yè)的效率。

1 接觸式接箍探測報警器

接觸式報警器是隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展起來的，并已被廣泛運用于帶壓作業(yè)的接箍探測。它一般是通過探頭和接箍的相對位移或接觸應(yīng)力的變化來產(chǎn)生信號，并傳遞給傳感器進行處理，然后進行A/D轉(zhuǎn)換，通過計算機的分析處理后，再進行聲光報警。

1975年，B.R.Watson研制了一種接觸式接箍報警器［1］。把報警器裝置安裝在油管上，油管沿井口向下運動時，可以順序重復(fù)標記許多鄰近接箍，將地面指重表與油管相連來監(jiān)控油管整體重量。當指重表上所顯示的重量開始變化時，表明探測到了接箍。

21世紀初，東北石油大學(xué)研制了一種帶壓作業(yè)油管接箍的探測報警器［2］。在帶壓作業(yè)過程中，當接箍通過井口時，能探測到接箍信號并能夠給予準確的報警。如圖1所示，帶壓作業(yè)過程中，油管進行軸向運動經(jīng)過報警裝置時，由于其直徑比兩個滾輪之間的距離要小，不會觸碰到滾輪，即不會對滾輪產(chǎn)生徑向的作用力，因而探測連桿不會產(chǎn)生位移，傳感器也不會發(fā)出信號而報警。而當管接箍通過時，由于接箍有凸出的特點，其直徑大于兩探測滾輪之間的距離，因而會接觸到滾輪，將滾輪沿徑向推動，確保接箍能順利通過井口，同時接箍接觸產(chǎn)生的推力壓縮探測柱塞的預(yù)壓彈簧，使探測柱塞產(chǎn)生軸向的位移，該位移通過傳感器的探測連桿進行傳遞，使得其進入傳感器的檢測范圍，進而發(fā)出檢測信號，同時也進行聲光報警，證明此刻檢測到了接箍的位置。

圖1 接觸式接箍報警探測裝置

不過，由于接觸式接箍報警器的精度比較低，受環(huán)境的影響比較大，且探測滾輪與接箍之間存在應(yīng)力接觸與碰撞，產(chǎn)生的摩擦力與撞擊力會對滾輪和接箍造成很大的磨損，因而，此種探測方法也需要改進。

2 電磁式接箍探測報警器

20世紀初以來，電磁探測方法［3］在礦產(chǎn)資源的深度和精度的探測方面應(yīng)用比較廣泛，也是帶壓作業(yè)中應(yīng)用較早較成熟的一種探測方法。其主要原理就是探測磁場在通過套管接箍位置時，對磁通量所發(fā)生的變化進行識別和檢測，進而探測到接箍的位置。在起、下油管的過程中，由于油管是均勻的，通過鐵芯的磁通量不會發(fā)生改變，感應(yīng)線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；而當接箍通過時，探測器移動到接箍的空隙位置時，探測器和接箍之間的間隙變大，磁力線通過路徑的磁阻增加，使通過線圈的磁通量發(fā)生變化，由電磁感應(yīng)定律可知在線圈中產(chǎn)生電動勢，因此可通過線圈兩端電動勢變化來識別接箍位置。

近年來，沈陽新松自動化公司也研制了一種利用檢測線圈來進行探測的新型裝置［4］，該裝置可以實時掌握井下油管的運行情況，方便工作人員控制，并為自動化提供前提條件，提高了帶壓作業(yè)的安全性。該裝置主要由內(nèi)圓筒、外圓筒、檢測線圈和電氣控制單元等組成。如圖2所示，內(nèi)、外圓筒之間有檢測線圈，檢測線圈1主要由一組原端線圈和兩組次端線圈組成，檢測線圈的電氣接頭與電氣控制單元6相連。傳感器驅(qū)動電路將信號加到檢測線圈的原端線圈7上，在其周圍產(chǎn)生一個磁場，而次端線圈8便可在這個磁場中產(chǎn)生一個相應(yīng)的感應(yīng)電動勢，油管勻速通過圓筒4時就可以產(chǎn)生一個穩(wěn)定變化的磁場。而對于接箍，由于油管和接箍的厚度不同，對磁感應(yīng)強度的影響也就不同，因而次端線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就會發(fā)生相應(yīng)的變化。根據(jù)這個原理，信號放大處理電路就可以檢測出內(nèi)圓筒中是油管還是接箍。將采集到的接箍檢測信號經(jīng)過放大處理濾波后發(fā)送給控制器，然后由控制器發(fā)出上下閘板打開和關(guān)閉命令，確保接箍順利通過，提高了帶壓作業(yè)的安全性。

圖2 電磁式接箍探測報警器結(jié)構(gòu)圖

不過，由于外部工頻電源的瞬時不穩(wěn)定性［5］，以及工作現(xiàn)場的油污和金屬材質(zhì)等因素的影響，還要考慮到被測物體的形狀、振動、運行速度等方面的因素，可能會對油管接箍產(chǎn)生一定的探測誤差。

3 接箍報警器設(shè)計的關(guān)鍵問題及解決方案

3.1 合理選擇接箍和滾輪的材料

采用接觸式的接箍報警器，接箍和探測滾輪經(jīng)常會發(fā)生摩擦，從而造成其磨損和破壞，減少了其使用壽命，所以合理選擇材料來避免磨損是一個關(guān)鍵性問題［6］。此材料最好具備一定的耐磨性，還要考慮其動摩擦因數(shù)、抗沖擊性能與強度，而且最好有較大的溫度工作范圍和抗腐蝕性，目前用的較多的材料是ZCrNiMo。

3.2 設(shè)計油管扶正裝置

采用接觸式的接箍報警器，在井中管柱偏離井口中心較大的情況下［7］，管柱會觸碰到探測滾輪，探測裝置會發(fā)生誤報信號，因此該接箍報警器對工作條件有較嚴格的要求。所以要設(shè)計一個油管扶正裝置，使得油管能沿其軸線直線運動，不會因為重力晃動等原因偏離其軸線而造成誤報警。經(jīng)研究，在接箍報警器附近安裝一個扶正裝置，將油管柱控制在井口中心沿其軸線的位置，這樣可以解決接箍探測裝置的誤報警問題。油管扶正裝置結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

3.3 接箍檢測信號的提取

采用電磁式的接箍報警器，由于帶壓作業(yè)環(huán)境異?？量蹋錆M著許多泥沙、石子、油污等雜質(zhì)，對信號的提取會有一個極大的影響，因此接箍報警器能否準確報警也是亟待解決的問題。所以需要設(shè)計一個電路檢測系統(tǒng)，使控制電路與帶壓作業(yè)系統(tǒng)相連，實現(xiàn)軟硬件與系統(tǒng)的集成，即使在有油污、砂石等惡劣環(huán)境條件下也能進行準確的報警。

圖3 油管扶正裝置示意圖

4 接箍報警器的應(yīng)用前景

與傳統(tǒng)的修井作業(yè)相比，帶壓作業(yè)作為一種先進的井下作業(yè)方式，可以保護原始地層壓力，提高油層的采收率，最大限度地降低作業(yè)風(fēng)險，改善作業(yè)環(huán)境，降低多次重復(fù)壓井的成本，實現(xiàn)安全快速生產(chǎn)和清潔施工，因此，帶壓作業(yè)技術(shù)必將成為修井作業(yè)的重要方式［8］。而接箍報警器在帶壓作業(yè)中的應(yīng)用又給修井工作帶來了極大的方便，不僅減少了防噴器膠芯的磨損，延長了膠芯的使用壽命，而且大大提高了帶壓作業(yè)的安全性和可靠性。目前，接箍報警器廣泛運用于大慶油田、勝利油田和遼河油田等各大油田［9］的帶壓作業(yè)中，提高了作業(yè)效率及自動化程度，有很好的推廣前景。但是由于油井現(xiàn)場的環(huán)境比較惡劣，要實現(xiàn)全自動化［10］還有許多工作要做。從本文所講述的兩種主要的接箍報警器的發(fā)展情況來看，雖然給帶壓作業(yè)帶來極大方便，但同時也存在不足和缺陷，還需要我們不斷地去改進和完善，以期得到更好的效果，從而給油田提供更經(jīng)濟、安全、高效的帶壓修井設(shè)備。

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