酸化壓裂液位測(cè)量系統(tǒng)研發(fā)及其應(yīng)用

1、<p>　　酸化壓裂液位測(cè)量系統(tǒng)研發(fā)及其應(yīng)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(cè)量采集與管理的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，通過(guò)物位計(jì)、信號(hào)采集單元、無(wú)線傳輸單元、工作站的集成。實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓裂現(xiàn)場(chǎng)液位及砂位測(cè)量與動(dòng)態(tài)分析，系統(tǒng)具有準(zhǔn)確性、安全性、穩(wěn)定性、及時(shí)性以、高效性及數(shù)據(jù)回放等特點(diǎn)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：酸化壓裂液位測(cè)量 實(shí)時(shí)采集 無(wú)線傳輸 數(shù)

2、據(jù)存儲(chǔ) 回放 </p><p>　　壓裂工藝是油氣井增產(chǎn)的一項(xiàng)主要措施，是中、低滲透油田勘探、開(kāi)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(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量的壓裂液來(lái)為壓裂作業(yè)提供參考。壓裂現(xiàn)場(chǎng)屬于高壓危險(xiǎn)作業(yè)，作業(yè)人員應(yīng)遠(yuǎn)離高壓作業(yè)區(qū)域，確保人身安全。以往壓裂車(chē)上帶有車(chē)載流量計(jì)，但只能測(cè)量流出罐的壓裂液體積，不能整體反映罐內(nèi)液體變化和剩余液量等參數(shù)；如果車(chē)載流量計(jì)系數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，得出的結(jié)論也不正確，不能為壓裂作業(yè)提

3、供正確的參考依據(jù)。壓裂作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)急需既能實(shí)時(shí)測(cè)量剩余液量，又能計(jì)算出用液量（砂量），同時(shí)還能計(jì)算出流量的測(cè)量系統(tǒng)，為安全作業(yè)提供科學(xué)參考。 </p><p>　　“酸化壓裂液位測(cè)量系統(tǒng)”可實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)液灌和砂灌的測(cè)量、實(shí)現(xiàn)全“遠(yuǎn)程”自動(dòng)智能監(jiān)控、智能計(jì)算，具有精度高，反應(yīng)靈敏的的特點(diǎn)，可隨時(shí)讀取、提取各項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)、所有的前端數(shù)據(jù)均可實(shí)現(xiàn)柱狀、曲線的形式進(jìn)行顯示；用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，設(shè)置上下限報(bào)警值，達(dá)到該值后，即刻發(fā)出

4、報(bào)警，提示操作人員引起注意；所有歷史數(shù)據(jù)均可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)、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(cè)量系統(tǒng)的研發(fā) </p><p>　　根據(jù)用戶壓裂施工的特殊作業(yè)要求及安全生產(chǎn)的需求，滿足了壓裂施工中的相關(guān)作業(yè)人員隨時(shí)能夠?qū)λ峄瘔毫岩阂何唬w積）和壓裂砂料位（體積）的變化情況進(jìn)行直觀和詳實(shí)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(shí)時(shí)測(cè)量。

5、</p><p>　　酸化壓裂液位測(cè)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(hào)測(cè)控部分，三是無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸部分、四是后臺(tái)測(cè)量工作站及應(yīng)用軟件。 </p><p>　　1.系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計(jì) </p><p>　　通過(guò)對(duì)液位測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析和功能模塊的劃分，系統(tǒng)分為傳感器節(jié)點(diǎn)、安全隔離單元、采集單元、無(wú)線收發(fā)模塊、供電模塊等。傳感器

6、選用進(jìn)口高精度傳感器（西門(mén)子），用于采集現(xiàn)場(chǎng)液（砂）位； </p><p>　　系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖 </p><p>　　傳感器輸入的電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)隔離模塊將傳感器輸出4-20mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?-5V的電壓信號(hào)，接入本測(cè)控單元，本單元將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，通過(guò)選定的RS485通訊接口傳送無(wú)線射頻發(fā)射端，無(wú)線射頻信號(hào)的接收端將接收到信號(hào)經(jīng)RS232接口送到工作站

7、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，完成工程測(cè)量參數(shù)測(cè)量通道的采集。 </p><p>　　2.采集單元的研發(fā) </p><p>　　為了適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)控要求，采用新的技術(shù)降低系統(tǒng)構(gòu)建的復(fù)雜性，減少測(cè)試和維護(hù)難度，提高系統(tǒng)可靠性。采用市場(chǎng)上通用的、成熟、單片機(jī)技術(shù)選用STC 8051①作為處理器，系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采用ADS7807，系統(tǒng)提供8個(gè)動(dòng)作執(zhí)行單元作為擴(kuò)展備用；系統(tǒng)提供RS485和TCP/IP兩種通訊接口模

8、式；各個(gè)單元均可以獨(dú)立設(shè)定單元地址編碼和IP地址。系統(tǒng)可擴(kuò)展為n個(gè)采集單元（8×n個(gè)通道），方便了系統(tǒng)的擴(kuò)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(xiàn)場(chǎng)提供的220V交流電，后臺(tái)僅需要為工作站及無(wú)線模塊提供220V交流電。系統(tǒng)內(nèi)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(wú)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(wú)線數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)接口，能適應(yīng)任何標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的用戶協(xié)議。 </p><p><b>　　5.軟件設(shè)計(jì) </b></p><p>　　軟件采用《MCGS工控組態(tài)軟件》③作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，數(shù)據(jù)采集主要通過(guò)查詢方式進(jìn)行，有遠(yuǎn)程監(jiān)控端發(fā)出查詢請(qǐng)求后，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、傳輸、及它響應(yīng)操作（如報(bào)警提示）。 </p><p><b

11、>　　軟件界面 </b></p><p><b>　　二、油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 </b></p><p>　　2010年7月12日，壓裂酸化液位料位檢測(cè)系統(tǒng)在新疆南疆拜城大北301井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、使用、和驗(yàn)收。在工作人員的共同努力下，現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收使用情況較好，設(shè)備軟、硬件工作正常，性能穩(wěn)定，各項(xiàng)功能基本達(dá)到了設(shè)計(jì)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(wèn)題，原因分析是由于液位傳感器安裝過(guò)低導(dǎo)致滿罐時(shí)液位處于傳感器的肓區(qū)，系統(tǒng)無(wú)法識(shí)別，和罐底部為錐形而非長(zhǎng)方型，通過(guò)調(diào)整安裝位置和調(diào)整計(jì)算方法，砂位的測(cè)量，在加砂過(guò)程中信號(hào)波動(dòng)較大誤差較大，該問(wèn)題無(wú)法通過(guò)傳感器進(jìn)行矯正，軟件采用加權(quán)平均算法后，系統(tǒng)測(cè)量與實(shí)際人卷尺測(cè)量相比，數(shù)據(jù)接近。具體如下：施工結(jié)束后，人工測(cè)量為428m3，系統(tǒng)測(cè)量為413m3，砂位人工測(cè)量為17.54m3系統(tǒng)測(cè)量為16.28m3，誤差1.2m3。根據(jù)實(shí)際

13、情況，做了調(diào)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(guò)程中系統(tǒng)運(yùn)行正常，施工結(jié)束后，系統(tǒng)測(cè)量壓裂液剩余量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)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(jì)790m3，790-260.5=583.5m3。車(chē)載流量計(jì)測(cè)量為632.5m3，因施工中車(chē)載流量計(jì)排量略高0.1m3，持續(xù)260分鐘，共計(jì)26m

14、3，所以系統(tǒng)與車(chē)載流量計(jì)誤差2.9%。新系統(tǒng)更接近于實(shí)際情況，要比車(chē)載流量計(jì)精確。 </p><p><b>　　三、結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　酸化壓裂位測(cè)量系統(tǒng)提高了酸化壓裂作業(yè)中對(duì)壓裂液測(cè)量的精度，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員提供可靠的參考。由于數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)遠(yuǎn)程傳輸能力，保障了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的安全?？梢酝茝V到鉆井及井下作業(yè)等需要液位或砂位測(cè)量的場(chǎng)所，或需要