酸化壓裂液位測量系統(tǒng)研發(fā)及其應用

1、<p>　　酸化壓裂液位測量系統(tǒng)研發(fā)及其應用</p><p>　　摘 要：本文介紹了一種油田酸化壓裂作業(yè)中，液（砂）位測量采集與管理的專業(yè)應用系統(tǒng)，通過物位計、信號采集單元、無線傳輸單元、工作站的集成。實現了對壓裂現場液位及砂位測量與動態(tài)分析，系統(tǒng)具有準確性、安全性、穩(wěn)定性、及時性以、高效性及數據回放等特點。 </p><p>　　關鍵詞：酸化壓裂液位測量 實時采集 無線傳輸 數

2、據存儲 回放 </p><p>　　壓裂工藝是油氣井增產的一項主要措施，是中、低滲透油田勘探、開發(fā)工程序列中的重要環(huán)節(jié)，在各油田普遍采用。我們根據實時測量的壓裂液來為壓裂作業(yè)提供參考。壓裂現場屬于高壓危險作業(yè)，作業(yè)人員應遠離高壓作業(yè)區(qū)域，確保人身安全。以往壓裂車上帶有車載流量計，但只能測量流出罐的壓裂液體積，不能整體反映罐內液體變化和剩余液量等參數；如果車載流量計系數設置錯誤，得出的結論也不正確，不能為壓裂作業(yè)提

3、供正確的參考依據。壓裂作業(yè)現場急需既能實時測量剩余液量，又能計算出用液量（砂量），同時還能計算出流量的測量系統(tǒng)，為安全作業(yè)提供科學參考。 </p><p>　　“酸化壓裂液位測量系統(tǒng)”可實現對多個液灌和砂灌的測量、實現全“遠程”自動智能監(jiān)控、智能計算，具有精度高，反應靈敏的的特點，可隨時讀取、提取各項關鍵數據、所有的前端數據均可實現柱狀、曲線的形式進行顯示；用戶根據現場需要，設置上下限報警值，達到該值后，即刻發(fā)出

4、報警，提示操作人員引起注意；所有歷史數據均可實現存儲、回放，為壓裂作業(yè)提供參考、借鑒作用。 </p><p>　　一、井下酸化壓裂液位測量系統(tǒng)的研發(fā) </p><p>　　根據用戶壓裂施工的特殊作業(yè)要求及安全生產的需求，滿足了壓裂施工中的相關作業(yè)人員隨時能夠對酸化壓裂液液位（體積）和壓裂砂料位（體積）的變化情況進行直觀和詳實的了解。該系統(tǒng)適用于壓裂作業(yè)中各種液位（料位）變化量的實時測量。

5、</p><p>　　酸化壓裂液位測量系統(tǒng)包括四大部分：一是前端酸化壓裂液罐液位傳感器和壓裂砂罐料位傳感器，二是信號測控部分，三是無線數據傳輸部分、四是后臺測量工作站及應用軟件。 </p><p>　　1.系統(tǒng)硬件的總體設計 </p><p>　　通過對液位測量系統(tǒng)結構分析和功能模塊的劃分，系統(tǒng)分為傳感器節(jié)點、安全隔離單元、采集單元、無線收發(fā)模塊、供電模塊等。傳感器

6、選用進口高精度傳感器（西門子），用于采集現場液（砂）位； </p><p>　　系統(tǒng)的硬件總體結構設計如下圖 </p><p>　　傳感器輸入的電流信號，經過信號隔離模塊將傳感器輸出4-20mA的電流信號轉變?yōu)?-5V的電壓信號，接入本測控單元，本單元將輸入的模擬電壓轉換為數字信號后，通過選定的RS485通訊接口傳送無線射頻發(fā)射端，無線射頻信號的接收端將接收到信號經RS232接口送到工作站

7、計算機系統(tǒng)，完成工程測量參數測量通道的采集。 </p><p>　　2.采集單元的研發(fā) </p><p>　　為了適應現場的測控要求，采用新的技術降低系統(tǒng)構建的復雜性，減少測試和維護難度，提高系統(tǒng)可靠性。采用市場上通用的、成熟、單片機技術選用STC 8051①作為處理器，系統(tǒng)模數轉換芯片采用ADS7807，系統(tǒng)提供8個動作執(zhí)行單元作為擴展備用；系統(tǒng)提供RS485和TCP/IP兩種通訊接口模

8、式；各個單元均可以獨立設定單元地址編碼和IP地址。系統(tǒng)可擴展為n個采集單元（8×n個通道），方便了系統(tǒng)的擴展。 </p><p><b>　　3.電源模塊部分 </b></p><p>　　系統(tǒng)供電分為兩部分，前端罐區(qū)僅需要現場提供的220V交流電，后臺僅需要為工作站及無線模塊提供220V交流電。系統(tǒng)內部定制軍用電模塊YK50D-220D0524Z為系統(tǒng)提供

9、安全可靠的保障。 </p><p><b>　　4.無線模塊部分 </b></p><p>　　本系統(tǒng)采用上海桑博電子科技有限公司提供的“STR-30”型微功率無線數據模塊②，該模塊的最大發(fā)射功率為10dbm，工作在頻率為429-433Mhz，系統(tǒng)工作ISM頻段，在視距情況下，天線高度>1.5米，可靠傳輸大于800 m小于4000 m（BER=10-3/1200

10、bps）。提供透明的數據接口，能適應任何標準或非標準的用戶協(xié)議。 </p><p><b>　　5.軟件設計 </b></p><p>　　軟件采用《MCGS工控組態(tài)軟件》③作為開發(fā)平臺，數據采集主要通過查詢方式進行，有遠程監(jiān)控端發(fā)出查詢請求后，現場數據采集單元進行數據采集、計算、傳輸、及它響應操作（如報警提示）。 </p><p><b

11、>　　軟件界面 </b></p><p><b>　　二、油田現場應用 </b></p><p>　　2010年7月12日，壓裂酸化液位料位檢測系統(tǒng)在新疆南疆拜城大北301井進行了現場測試、使用、和驗收。在工作人員的共同努力下，現場驗收使用情況較好，設備軟、硬件工作正常，性能穩(wěn)定，各項功能基本達到了設計的要求。由于是初次使用該系統(tǒng)，原定的傳感器安裝方

12、式也暴露出一些問題，原因分析是由于液位傳感器安裝過低導致滿罐時液位處于傳感器的肓區(qū)，系統(tǒng)無法識別，和罐底部為錐形而非長方型，通過調整安裝位置和調整計算方法，砂位的測量，在加砂過程中信號波動較大誤差較大，該問題無法通過傳感器進行矯正，軟件采用加權平均算法后，系統(tǒng)測量與實際人卷尺測量相比，數據接近。具體如下：施工結束后，人工測量為428m3，系統(tǒng)測量為413m3，砂位人工測量為17.54m3系統(tǒng)測量為16.28m3，誤差1.2m3。根據實際

13、情況，做了調整。 </p><p>　　2010年9月16日，在新疆南疆拜城大北102井投入使用，作業(yè)人員反映施工過程中系統(tǒng)運行正常，施工結束后，系統(tǒng)測量壓裂液剩余量數據數據為206.5m3，該次施工配壓裂液18*40=720m3，另外配液35m3，配氯化鈣35m3，共計790m3，790-260.5=583.5m3。車載流量計測量為632.5m3，因施工中車載流量計排量略高0.1m3，持續(xù)260分鐘，共計26m

14、3，所以系統(tǒng)與車載流量計誤差2.9%。新系統(tǒng)更接近于實際情況，要比車載流量計精確。 </p><p><b>　　三、結束語 </b></p><p>　　酸化壓裂位測量系統(tǒng)提高了酸化壓裂作業(yè)中對壓裂液測量的精度，實時采集數據為現場作業(yè)人員提供可靠的參考。由于數據測量系統(tǒng)遠程傳輸能力，保障了現場作業(yè)人員的安全。可以推廣到鉆井及井下作業(yè)等需要液位或砂位測量的場所，或需要