海上油氣井出砂監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場安裝淺析
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摘要：經過前期大量室內研究及試驗，項目研制出的油氣井出砂監(jiān)測系統(tǒng)能實現(xiàn)對井口出砂情況的實時監(jiān)測，且能實現(xiàn)出砂監(jiān)測結果的實時反饋。和室內試驗室條件相比，生產現(xiàn)場監(jiān)測環(huán)境復雜，需要開發(fā)一套適用于現(xiàn)場復雜條件下的出砂監(jiān)測系統(tǒng)安裝及測試方法，以便將監(jiān)測系統(tǒng)進行大范圍應用和推廣。本項目將室內出砂監(jiān)測系統(tǒng)應用于渤海某油田，經過現(xiàn)場勘查、改造、安裝和測試，總結出一套適用于生產作業(yè)現(xiàn)場的油氣井出砂監(jiān)測系統(tǒng)安裝和測試方法，通過一定時間的監(jiān)測，證明該套系統(tǒng)可以滿足復雜條件下的生產現(xiàn)場出砂監(jiān)測，監(jiān)測效果良好。
關鍵詞：有效性驗證；現(xiàn)場安裝；出砂監(jiān)測；現(xiàn)場測試
0引言
油氣井生產過程中經常會出現(xiàn)出砂的情況，控制不當會影響油氣井的產量，嚴重時會損壞作業(yè)現(xiàn)場生產設備設施、甚至導致安全事故。在海洋石油資源高消費的生產情況下[1]，采用適度出砂的生產方法[2]，可提高油氣井開發(fā)效率。而采用適度出砂技術需要一種有效的出砂信號監(jiān)測系統(tǒng)來實時監(jiān)測出砂狀況[3]。本套監(jiān)測系統(tǒng)可通過對油氣井實時出砂監(jiān)測，結合現(xiàn)場生產作業(yè)情況，調整相關生產參數，將出砂量控制在合理范圍內，達到延長油氣井生產壽命、實現(xiàn)產量最大化的目標。在監(jiān)測系統(tǒng)正式開機監(jiān)測前，需采用正確的安裝方法安裝監(jiān)測系統(tǒng)，安裝完成后對監(jiān)測系統(tǒng)進行有效性驗證，排除現(xiàn)場干擾信號，使監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測結果準確可靠。
1出砂監(jiān)測系統(tǒng)
油氣井出砂監(jiān)測系統(tǒng)包括傳感器、低噪聲電纜、多通道數據采集儀、工作電腦、信號采集分析軟件。在監(jiān)測現(xiàn)場用傳感器采集砂礫撞擊管壁產生的高頻振動信號，通過低噪聲電纜將信號傳輸至多通道數據采集儀，采集儀及監(jiān)測軟件將監(jiān)測到的信號進行濾波、信號放大、時頻分析等處理后，將處理結果實時反饋，從而達到實時監(jiān)測井口出砂情況的目的。
2傳感器現(xiàn)場安裝
2.1安裝位置
出砂高頻振動信號是由于砂粒擁有一定的慣性在原油流動的彎頭處撞擊管壁產生的，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。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，保證出砂監(jiān)測系統(tǒng)的靈敏度。
2.2安裝管道預處理
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)測現(xiàn)場管道表面油污、油漆等，同時用砂紙打磨平整，保證傳感器能充分與管道接觸，同時在傳感器與管道接觸部位涂上一定量的耦合介質。
2.3安裝方式
監(jiān)測傳感器用鋼制扎帶固定的方式安裝于被監(jiān)測管道，目的在于使傳感器更好的接收到砂粒撞擊管壁產生的高頻振動信號。采用鋼制扎帶的優(yōu)勢在于鋼制扎帶本身的重量小，降低了對傳感器接收信號的影響，同時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)測現(xiàn)場環(huán)境復雜，存在海水、油污、濕度大等問題，為避免各種環(huán)境因素影響接頭的信號傳輸性能，對電纜與傳感器的接頭處做密封處理，確保信號的有效傳輸?，F(xiàn)場用703膠對接頭進行密封，同時用熱縮管對接頭進行再次密封。
4采集儀及電腦安裝
采集儀連接上低噪聲電纜后，用數據線將電腦與采集儀連接，采集儀和電腦均需電源供電。監(jiān)測系統(tǒng)安裝完成。
5監(jiān)測系統(tǒng)的濾波設置及有效性測試
傳感器采集到的信號經過濾波處理，除去現(xiàn)場的干擾信號。干擾信號包括生產作業(yè)現(xiàn)場的機械噪音、結構性噪音、液氣混合物噪音等。濾波設計主要分為低通、高通、帶通和帶阻4種[4]。經過現(xiàn)場調整設計，濾波器可除去現(xiàn)場干擾信號。監(jiān)測系統(tǒng)的信號分析方法主要包括時域分析、頻域分析。時域分析研究振動大小隨時間變化的波形，頻域分析是建立在傅里葉變換基礎上的時頻變換處理[5]。在監(jiān)測系統(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)場正式監(jiān)測前應分別對監(jiān)測系統(tǒng)的各個模塊進行有效性驗證，確保監(jiān)測結果的準確性、精確度。
5.1濾波設置
監(jiān)測現(xiàn)場不同井口的監(jiān)測環(huán)境不同，系統(tǒng)安裝完成后，在正式開機監(jiān)測前需進行系統(tǒng)的濾波器設置，以防止現(xiàn)場其他振動信號對出砂信號的干擾?？煞謩e采用高通、低通、帶通、帶阻4種采集模式，觀察出砂信號的頻率段分布特征，調整通帶設置，使監(jiān)測系統(tǒng)的圖譜達到最有利于觀察出砂特征信號的狀態(tài)。
5.2頻譜圖模塊驗證
監(jiān)測系統(tǒng)的頻譜圖模塊主要分析監(jiān)測到的振動信號在不同振動頻率段的分布情況，若被監(jiān)測井口有出砂情況出現(xiàn)，在頻譜圖中的出砂特征頻率段內會出現(xiàn)明顯的信號峰值。為驗證監(jiān)測系統(tǒng)頻譜圖模塊的有效性，現(xiàn)場分別選取兩口出砂井和不出砂井進行監(jiān)測，并與現(xiàn)場原油化驗結果對比。對比結果詳見表1。BZ-A1、BZ-A2現(xiàn)場化驗結果不含砂，對應的頻譜圖均無信號峰值，BZ-A3、BZ-A4現(xiàn)場化驗結果含砂，含砂量均為0.03％，含砂井口對應的頻譜圖有信號峰值，說明頻譜圖模塊能有效的對井口出砂情況進行實時監(jiān)測。監(jiān)測系統(tǒng)的頻譜圖模塊驗證完成。
5.3功率譜圖模塊驗證
功率譜圖可將采集到的信號拆分為不同頻率段的信號，并分別觀察不同頻率段信號的功率值的大小。為驗證監(jiān)測系統(tǒng)功率譜圖模塊的有效性，現(xiàn)場分別選取兩口出砂井和不出砂井進行監(jiān)測，并與現(xiàn)場原油化驗結果對比。對功率譜圖模塊進行現(xiàn)場驗證，驗證結果詳見表2。BZ-B1、BZ-B2現(xiàn)場化驗結果不含砂，對應的特征頻段功率值較小，BZ-B3、BZ-B4兩口井現(xiàn)場化驗結果均為含砂0.03％，對應的特征頻段功率值較大，說明監(jiān)測系統(tǒng)的功率譜圖模塊功能正常，監(jiān)測系統(tǒng)的功率譜圖模塊驗證完成。根據現(xiàn)場監(jiān)測結果，不同井口的出砂特征頻率段可能不同，需根據現(xiàn)場實際情況確定各個井口對應的出砂特征功率段范圍。
5.4色譜圖模塊驗證
監(jiān)測系統(tǒng)的色譜圖模塊，若井口出現(xiàn)出砂情況，在對應的圖譜中會有不同于背景的顏色出現(xiàn)。現(xiàn)場分別選取兩口出砂井和不出砂井進行對比驗證，驗證結果詳見表3。BZ-C1、BZ-C2化驗含砂量為0，均為不出砂井，其對應的色譜圖都沒有明顯變化，BZ-C3、BZ-C4化驗結果均為含砂量0.02％，均為出砂井，對應的色譜圖出現(xiàn)了不同于背景顏色的特征信號，說明色譜圖模塊能有效進行監(jiān)測。色譜圖模塊驗證完成。
6結論
油氣井生產現(xiàn)場環(huán)境復雜，監(jiān)測系統(tǒng)安裝過程煩瑣，影響監(jiān)測結果的因素較多。為保證監(jiān)測系統(tǒng)能有效監(jiān)測到井口的出砂信號，需排除其他因素干擾。經過監(jiān)測現(xiàn)場實際應用，總結了一套油氣井出砂監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場安裝、測試方法，促進了監(jiān)測技術產業(yè)化發(fā)展，為監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場安裝應用提供一套完整的解決方案。（1）現(xiàn)場監(jiān)測時可采用觀察調整法，對濾波器進行設置，使監(jiān)測系統(tǒng)達到最有利于觀察出砂特征信號的狀態(tài)。（2）監(jiān)測系統(tǒng)應按照傳感器、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、各個硬件的接頭接觸良好，同時保證接頭的密封性。（3）監(jiān)測軟件的各個模塊可采用對出砂井和不出砂井同時監(jiān)測對比的方法來確定其有效性。（4）若監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測的準確性達不到要求時，需對現(xiàn)場可能會影響監(jiān)測結果的各個因素進行逐一排查，直至監(jiān)測系統(tǒng)滿足現(xiàn)場的監(jiān)測要求。
作者:張昕 方傳新 劉洋志 呂征 單位:中海油安全技術服務有限公司
