海上油氣井出砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝淺析

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摘要：經(jīng)過(guò)前期大量室內(nèi)研究及試驗(yàn)，項(xiàng)目研制出的油氣井出砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)井口出砂情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，且能實(shí)現(xiàn)出砂監(jiān)測(cè)結(jié)果的實(shí)時(shí)反饋。和室內(nèi)試驗(yàn)室條件相比，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)環(huán)境復(fù)雜，需要開(kāi)發(fā)一套適用于現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜條件下的出砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝及測(cè)試方法，以便將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行大范圍應(yīng)用和推廣。本項(xiàng)目將室內(nèi)出砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于渤海某油田，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查、改造、安裝和測(cè)試，總結(jié)出一套適用于生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的油氣井出砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝和測(cè)試方法，通過(guò)一定時(shí)間的監(jiān)測(cè)，證明該套系統(tǒng)可以滿足復(fù)雜條件下的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)出砂監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)效果良好。

關(guān)鍵詞：有效性驗(yàn)證；現(xiàn)場(chǎng)安裝；出砂監(jiān)測(cè)；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

0引言

油氣井生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)出砂的情況，控制不當(dāng)會(huì)影響油氣井的產(chǎn)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施、甚至導(dǎo)致安全事故。在海洋石油資源高消費(fèi)的生產(chǎn)情況下[1]，采用適度出砂的生產(chǎn)方法[2]，可提高油氣井開(kāi)發(fā)效率。而采用適度出砂技術(shù)需要一種有效的出砂信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出砂狀況[3]。本套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可通過(guò)對(duì)油氣井實(shí)時(shí)出砂監(jiān)測(cè)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)作業(yè)情況，調(diào)整相關(guān)生產(chǎn)參數(shù)，將出砂量控制在合理范圍內(nèi)，達(dá)到延長(zhǎng)油氣井生產(chǎn)壽命、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量最大化的目標(biāo)。在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正式開(kāi)機(jī)監(jiān)測(cè)前，需采用正確的安裝方法安裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，安裝完成后對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行有效性驗(yàn)證，排除現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào)，使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

1出砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

油氣井出砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括傳感器、低噪聲電纜、多通道數(shù)據(jù)采集儀、工作電腦、信號(hào)采集分析軟件。在監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)用傳感器采集砂礫撞擊管壁產(chǎn)生的高頻振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)低噪聲電纜將信號(hào)傳輸至多通道數(shù)據(jù)采集儀，采集儀及監(jiān)測(cè)軟件將監(jiān)測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行濾波、信號(hào)放大、時(shí)頻分析等處理后，將處理結(jié)果實(shí)時(shí)反饋，從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井口出砂情況的目的。

2傳感器現(xiàn)場(chǎng)安裝

2.1安裝位置

出砂高頻振動(dòng)信號(hào)是由于砂粒擁有一定的慣性在原油流動(dòng)的彎頭處撞擊管壁產(chǎn)生的，砂粒撞擊管壁的位置一般在管道彎頭下游的兩倍管徑外側(cè)。將傳感器安裝于砂粒撞擊管壁的位置，以獲取最大的出砂信號(hào)，保證出砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的靈敏度。

2.2安裝管道預(yù)處理

安裝管道與傳感器接觸部位需保證一定的平整度，安裝前清理監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)管道表面油污、油漆等，同時(shí)用砂紙打磨平整，保證傳感器能充分與管道接觸，同時(shí)在傳感器與管道接觸部位涂上一定量的耦合介質(zhì)。

2.3安裝方式

監(jiān)測(cè)傳感器用鋼制扎帶固定的方式安裝于被監(jiān)測(cè)管道，目的在于使傳感器更好的接收到砂粒撞擊管壁產(chǎn)生的高頻振動(dòng)信號(hào)。采用鋼制扎帶的優(yōu)勢(shì)在于鋼制扎帶本身的重量小，降低了對(duì)傳感器接收信號(hào)的影響，同時(shí)保證傳感器以接近于剛性連接的方式與管道連接。

3低噪聲電纜安裝

低噪聲電纜一端與傳感器連接，另一端與采集儀連接。由于監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，存在海水、油污、濕度大等問(wèn)題，為避免各種環(huán)境因素影響接頭的信號(hào)傳輸性能，對(duì)電纜與傳感器的接頭處做密封處理，確保信號(hào)的有效傳輸?，F(xiàn)場(chǎng)用703膠對(duì)接頭進(jìn)行密封，同時(shí)用熱縮管對(duì)接頭進(jìn)行再次密封。

4采集儀及電腦安裝

采集儀連接上低噪聲電纜后，用數(shù)據(jù)線將電腦與采集儀連接，采集儀和電腦均需電源供電。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝完成。

5監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的濾波設(shè)置及有效性測(cè)試

傳感器采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波處理，除去現(xiàn)場(chǎng)的干擾信號(hào)。干擾信號(hào)包括生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械噪音、結(jié)構(gòu)性噪音、液氣混合物噪音等。濾波設(shè)計(jì)主要分為低通、高通、帶通和帶阻4種[4]。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整設(shè)計(jì)，濾波器可除去現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)分析方法主要包括時(shí)域分析、頻域分析。時(shí)域分析研究振動(dòng)大小隨時(shí)間變化的波形，頻域分析是建立在傅里葉變換基礎(chǔ)上的時(shí)頻變換處理[5]。在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中主要體現(xiàn)為頻譜圖模塊、功率譜圖模塊、色譜圖模塊等，在現(xiàn)場(chǎng)正式監(jiān)測(cè)前應(yīng)分別對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行有效性驗(yàn)證，確保監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性、精確度。

5.1濾波設(shè)置

監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)不同井口的監(jiān)測(cè)環(huán)境不同，系統(tǒng)安裝完成后，在正式開(kāi)機(jī)監(jiān)測(cè)前需進(jìn)行系統(tǒng)的濾波器設(shè)置，以防止現(xiàn)場(chǎng)其他振動(dòng)信號(hào)對(duì)出砂信號(hào)的干擾?？煞謩e采用高通、低通、帶通、帶阻4種采集模式，觀察出砂信號(hào)的頻率段分布特征，調(diào)整通帶設(shè)置，使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的圖譜達(dá)到最有利于觀察出砂特征信號(hào)的狀態(tài)。

5.2頻譜圖模塊驗(yàn)證

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的頻譜圖模塊主要分析監(jiān)測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)在不同振動(dòng)頻率段的分布情況，若被監(jiān)測(cè)井口有出砂情況出現(xiàn)，在頻譜圖中的出砂特征頻率段內(nèi)會(huì)出現(xiàn)明顯的信號(hào)峰值。為驗(yàn)證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)頻譜圖模塊的有效性，現(xiàn)場(chǎng)分別選取兩口出砂井和不出砂井進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并與現(xiàn)場(chǎng)原油化驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。對(duì)比結(jié)果詳見(jiàn)表1。BZ-A1、BZ-A2現(xiàn)場(chǎng)化驗(yàn)結(jié)果不含砂，對(duì)應(yīng)的頻譜圖均無(wú)信號(hào)峰值，BZ-A3、BZ-A4現(xiàn)場(chǎng)化驗(yàn)結(jié)果含砂，含砂量均為0.03％，含砂井口對(duì)應(yīng)的頻譜圖有信號(hào)峰值，說(shuō)明頻譜圖模塊能有效的對(duì)井口出砂情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的頻譜圖模塊驗(yàn)證完成。

5.3功率譜圖模塊驗(yàn)證

功率譜圖可將采集到的信號(hào)拆分為不同頻率段的信號(hào)，并分別觀察不同頻率段信號(hào)的功率值的大小。為驗(yàn)證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功率譜圖模塊的有效性，現(xiàn)場(chǎng)分別選取兩口出砂井和不出砂井進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并與現(xiàn)場(chǎng)原油化驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。對(duì)功率譜圖模塊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果詳見(jiàn)表2。BZ-B1、BZ-B2現(xiàn)場(chǎng)化驗(yàn)結(jié)果不含砂，對(duì)應(yīng)的特征頻段功率值較小，BZ-B3、BZ-B4兩口井現(xiàn)場(chǎng)化驗(yàn)結(jié)果均為含砂0.03％，對(duì)應(yīng)的特征頻段功率值較大，說(shuō)明監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功率譜圖模塊功能正常，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功率譜圖模塊驗(yàn)證完成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，不同井口的出砂特征頻率段可能不同，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定各個(gè)井口對(duì)應(yīng)的出砂特征功率段范圍。

5.4色譜圖模塊驗(yàn)證

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的色譜圖模塊，若井口出現(xiàn)出砂情況，在對(duì)應(yīng)的圖譜中會(huì)有不同于背景的顏色出現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)分別選取兩口出砂井和不出砂井進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果詳見(jiàn)表3。BZ-C1、BZ-C2化驗(yàn)含砂量為0，均為不出砂井，其對(duì)應(yīng)的色譜圖都沒(méi)有明顯變化，BZ-C3、BZ-C4化驗(yàn)結(jié)果均為含砂量0.02％，均為出砂井，對(duì)應(yīng)的色譜圖出現(xiàn)了不同于背景顏色的特征信號(hào)，說(shuō)明色譜圖模塊能有效進(jìn)行監(jiān)測(cè)。色譜圖模塊驗(yàn)證完成。

6結(jié)論

油氣井生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝過(guò)程煩瑣，影響監(jiān)測(cè)結(jié)果的因素較多。為保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能有效監(jiān)測(cè)到井口的出砂信號(hào)，需排除其他因素干擾。經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，總結(jié)了一套油氣井出砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝、測(cè)試方法，促進(jìn)了監(jiān)測(cè)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝應(yīng)用提供一套完整的解決方案。（1）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)可采用觀察調(diào)整法，對(duì)濾波器進(jìn)行設(shè)置，使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)達(dá)到最有利于觀察出砂特征信號(hào)的狀態(tài)。（2）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)按照傳感器、低噪聲電纜、采集儀、電腦的安裝順序安裝，需確保傳感器接觸面、各個(gè)硬件的接頭接觸良好，同時(shí)保證接頭的密封性。（3）監(jiān)測(cè)軟件的各個(gè)模塊可采用對(duì)出砂井和不出砂井同時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)比的方法來(lái)確定其有效性。（4）若監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性達(dá)不到要求時(shí)，需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可能會(huì)影響監(jiān)測(cè)結(jié)果的各個(gè)因素進(jìn)行逐一排查，直至監(jiān)測(cè)系統(tǒng)滿足現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)要求。

作者:張昕 方傳新 劉洋志 呂征 單位:中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司