井下管柱状态检测系统的研制.pdf

35石油化工引言在研制井下管柱状态检测系统时，主要是组织井下检测作业在开展的过程中，根据某一温度或者压力状态下，结合管柱的受力情况，以及实际产生的蠕动变化规律进行检测。通过分析相关检测数据，对管柱受力理论模型全面检验，提出有效地修正办法，在设计井下工具时，基于可靠的参考依据，进一步对井下工具进行改进，以发挥实际效用。一、系统基本构成在构建井下管柱状态检测系统的过程中，一般需要涵盖两个部分，构成完整的检测系统。一方面为井下部分，另一方面为地上部分。从井下部分着手实施分析，可以看出井下部分的基本构成包括丰富的内容。例如，需要应用传感器等基础设施，还应将信号调理电路布设完善，在筛选合适的单片机类型时，还应同步发挥存储器的作用。另外，在井下部分当中，还包括了电池，并将控制电路作为其中的重要组成部分。通过设定特制的管柱，将井下部分的所有组成因素，全部安装在管柱的内部区域，能够构成完整的井下测试环节。对于井下管柱状态检测系统的地面部分，通过细分之后，涵盖两个方面的内容。即上位机软件和Rs232接口电路等。其中，在运用上位机软件的过程中，可以随着井下测试短节的运行，由上位机软件与单片机之间保持通信。同时，完成对基础参数的设置，为数据接收环节提供了基本支持。不仅如此，在上位机软件的辅助作用下，还能够辅助数据处理作业的开展，显示完整、清晰的数据内容，可以为数据保存环节提供便利。此外，在利用上位机软件的打印功能时，还可以为纸质档案的形成提供支持。在井下测试环节当中，随着上位机软件逐渐被投入使用，还可以通过与Rs232接口电路相互连接，能够实现串口通信的目的。在井下测试短节当中，需要掌握该类短节的主要受力状态，并与普通类型的单参数测量仪器壳体受力情况做出对比，可以看出前者的受力状态更为复杂。对于井下测试短节的壳体部分，除了需要提供充足的包容空间，供传感器和电路正常使用之外，还需要在整个管柱当中，使其成为其中的重要组成部分。因此，为保障井下管柱状态检测系统在运行期间的可靠性，需要建立完善的井下测试短节机械结构，同时还应做好强度设计方面的工作，保障设计方案的可行性。遵循合理化的基本目标，完善对各类部件的布局，以维持系统的正常、可靠运行状态。在井下管柱状态检测系统当中，所采用的元器件，在布置的同时，需要按照管柱的具体轴向来设置。同时，还应遵循轴向离散化的基本思路，将测量不相干原则作为基本指导依据，可以在有限的空间范围之内，在安放多个传感器和控制电路时，有效解决在结构设计方面的难题。在井下管柱状态检测系统当中，对于轴向拉压力传感器的使用，所采用的电阻应变测量桥路设计，其中带有温度补偿功能。在该类优势之下，结合测力筒的具体位置，需要在特定的受力区域当中，将应变片粘贴完善。同时，还需要保障应变片粘贴的对称性。结合井下管柱轴向的拉压力，辅助测量作业正常展开，以获得相应的测量结果。在测量井下管柱的蠕动位移量时，可以采用摆动式的机械接触滚轮实施操作。结合位移传感器的基本组成，通常包括两个霍尔元件，在组配成完整的位移传感器之后，随着传感器安放作业的井下管柱状态检测系统的研制时秋君中石化胜利油田东辛采油厂【摘要】在高压分层挤注过程中，由于承受了巨大的轴向力，所以井下管柱产生轴向蠕动的现象，容易引起封隔器解封问题，或者直接导致封隔器被破坏，无法获得良好的注水效果。目前，对于井下管柱受力和伸缩蠕动方面的研究，若仅存在于理论层面，而对于实践工作而言，根据井下管柱的状态实施检测时，如果缺乏深入的研究，不利于对井下管柱状态检测系统的正常研制。因此，在设计井下管柱状态检测系统时，能够根据井下的温度和压力，以及管柱在井下实际所承受的轴向力，和管柱产生的伸缩蠕动状态参数，均能够借助系统设计进行测试。通过明确井下管柱状态检测系统的整体构成，在掌握基本工作原理时，提出全新的位移测量方法，进一步提出改进方案，保障系统测试的精确程度。【关键词】管柱检测；传感器；管柱状态；系统研制【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2023.17.01236石油化工开展，需要按照规范的设计角度，将位移传感器安放在检测孔当中。结合检测轮的转动角度，以及在转动过程中所形成的具体方向，可以由位移传感器来记录。根据管柱的蠕动位移情况，做好相应的计算工作。在筛选压力传感器的过程中，一般可以选用美国进口的传感器类型。以压阻式测井专用传感器为例，根据管柱内液体和外液体形成的压力，使用该类传感器，辅助检测作业顺利展开。在管柱的周围区域当中，随着液体温度检测作业的开展，在同步进行电子舱温度检测工作时，所运用的传感器类型，通常采用日本生产的铂电阻温度传感器。对于上述几类传感器，根据所输出的所有信号，经过调理电路之后，通过放大处理或者滤波处理，将其连接到单片机的A/D采样口的位置。二、井下管柱状态检测系统的基本工作原理随着井下管柱状态检测系统的运转，除了需要明确实际的检测工作要求之外，还需要在开展井下测试作业时，首先将井下测试短节的电源接通，再将其连接到管柱上。跟随注水管注浆井下测试短节电源，一起下到井内。此时，单片机处于休眠的状态，在传感器、调理电路和存储模块当中，此时的电路不予以供电，或者采用间歇供电的方式实施操作，可以有效减少对电流的消耗。在启动测量采集电路时，一般可以运用以下两种方式。1.定时启动与停止通过事先将时间设定好，随着井下管柱状态检测系统的运行，能够按照事先设定的时间要求，可以自动开始工作。或者在需要停止时，由于事先设定了时间要求，所以井下管柱状态检测系统也能够自动停止，并直接进入休眠的状态。运用定时启动与停止的方式，通常需要通过单片机，由软件实施操作，利用单片机当中的定时器，实现自动启动和停止的目标。2.液压启动方式对于管柱内部和外部的液体压力，需要井下管柱状态检测系统能够按照时间的设定被唤醒，并及时完成对液体压力信号的自动采集。在检测作业期间，若单片机检测到压力值相对较大，甚至超过了系统所设定的起动压力时，此时能够转入正常的工作状态时。各个传感器中的供电随即恢复，并且可以为调理电路供给电源，能够在信息采集的过程中，实现连续性的基本目标，同步做好数据存储方面的工作。在井下管柱状态检测系统的运行期间，结合系统的具体工作需求，在设定一个时间段时，能够根据压力值，在判断压力值低于设定数值时，可以对该类压力值连续采集。当相应的模块中，存在电源供应被切断的情况，此时井下管柱状态检测系统会进入到休眠的状态。当所有的测量过程顺利完成之后，随着管柱可以将井下测试短节一起提出地面。在运用Rs-232接口电路时，与计算机相互连接，在计算机系统上，还需要安装上位机软件，能够按照具体的操作要求，完成对数据的传输工作。同时，对数据信息做出有效处理，及时对数据进行保存，可以有选择性的筛选有效数据，显示所需用的数据信息，并完成数据打印工作。三、研制井下管柱状态检测系统的必要性随着油田生产、开发等作业的开展，或者在各种措施运用、作业进行的过程中，均需要与管柱工艺密切结合使用。在现场施工期间，对于决定工艺措施运用成败的核心要素，通常体现在两个方面。一方面是保障管柱的安全性，另一方面是确保分隔器的密封性能符合规定要求。对于井下管柱而言，实际的受力情况十分复杂，在井眼中的管柱力学行为，容易受到多种干扰因素的影响。尤其是在深井或者高压井当中，油气的压力、产量和温度等参数有着较大的变化范围。所以，具体的情况具有复杂特性。在管柱封隔器系统的研制和使用过程中，随着温度和压力产生一定的变化，所以导致管柱的总体受力过大，很有可能出现管柱拉断问题，或者导致封隔器的密封性能存在失效的现象。严重情况下，还会造成无法起出的问题。在研制井下管柱状态检测系统的过程中，随着井下管柱工况检测技术逐渐被投入使用，可以掌握管柱的具体拉力、压力等情况，并掌握油套的压力和温度状况，在实际的检测过程中，可以结合测得的数据信息，处于不同的工况之下，进一步研究管柱的工作应力。结合井下管柱的受力变形规律，通过形成客观、合理的判断，在掌握封隔器的座封情况，以及在分析封隔器的密封性能时，形成对恶性事故的有效预防。所以，在研制井下管柱状态检测系统时，逐渐突出了必要性和重要作用，能够实现对分隔器使用性能的了解和改进。随着现场管柱施工作业的开展，在油田钻井过程中，对于钻杆受力、钻具受力以及钻杆和钻具的实际运动状态，所形成的理论研究和检测项目多种多样，但在高压分层挤注过程中，井下管柱方面的研究以及相关检测任务的开展，仍然缺乏深入性和全面性。当前，虽然逐渐提出了部分理论模型和方程，但对于管柱的真实状态，由于缺乏全方位的了解，所以对于管柱的实用性和37石油化工正确性，仍然得不到有效保障。随着开采作业的逐步推进，在运用高压分层挤注工艺的过程中，其中需要涉及套变井这一基础设施。结合套变井的实际受力状态，以及在运动过程中所形成的状态趋势，随着简化理论计算作业的开展，根据实际所得到的分析结果，与实际的受力和运动状态对比和分析，可以看出两者之间往往存在较大的差异。在设计井下工具的过程中，例如：水力锚工具设计、封隔器工具设计等，总体难度系数不断提升，不利于石油开采效率的提升。为此，在研制井下管柱状态检测系统时，通过对检测数据全面分析，能够对管柱受力理论模型实施检验和修正。在设计井下工具的过程中，可以保证相关参考依据的可靠性与可用性，为后续开采作业的开展提供了便利。四、试验分析及问题改进1.试验分析在开展地面单项试验的过程中，需要多次组织进行，同时还需要结合测试井的实际情况，完成三次综合参数试验操作，并得出与之相对应的分析结果。首先，通过计算温度的最大偏差值，一般情况下并未超过0.5。在压力与加压设备标准仪表中，所显示的数值相差量不超过0.2MPa。其次，随着井下试验工作的开展，在得到中轴向拉压力理论数值之后，将其与设计测量得到的数值进行对比和分析。在计算综合误差时，一般需要保持在2%以内。当液体的压力相对较低时，此时产生的轴向力普遍较小，基于该类情况，通过分析引起误差的主要原因，通常在于两个方面。一方面，是拉压力传感器的分辨率达不到基本操作要求；另一方面，在于系统的转换精度。若无法保障系统转换的精确性，从而会引起相应的误差。随着液体压力的不断升高，当到达较高的程度时，随着轴向力的持续增大，在分析引起误差的主要原因时，通常在于测力筒的使用。由于测力筒的附加径向产生应变问题，从而引发了误差现象。最后，通过计算样机的位移检测轮周长，一般为8.3cm。在位移检测轮每转动一周之后，所发出的脉冲数量一般为4个。在理论层面上，对于实际的分辨精度，一般为2.075cm。随着地面试验操作的开展，在检验过程中，采用外套管往复运动的方式实施操作，加强对误差的合理控制。在一般情况下，误差保持在3cm以内。在试验井当中，随着测试作业的开展，其中存在个别数据误差情况，此时的误差达到了5cm的范畴。2.存在问题及改进方案一方面，在井下测试作业的实施过程中，由于测试环节在内部和外部，均承受了一定的压力。在轴向拉压力传感器、敏感体结构等设计作业当中，尽管在设计时考虑了相关影响因素，例如：附加径向荷载因素等，但对于测力筒的整体径向应变情况的发生，依然会对最终的测量精准程度产生直接的影响。为有效解决该类问题，需要利用有限元分析软件进行分析，对结构设计优化并完善之后，可以按照最终的试验状况，采取适当的修正措施加以处理，以改进测量精度方面的问题。另一方面，对于引起位移检测轮产生滑动的相关原因，通常在于井下油污、水锈等物质的影响。在开展测量工作时，随着位移检测轮出现滑动现象，容易形成明显的测量误差。为此，在解决该类问题时，可以通过增加检测轮表面的摩擦系数，或者在增大作用正压力的情况下，可以有效规避位移检测轮滑动问题的出现。除此之外，在处理井下的磁化杂质时，由于磁化杂质的出现，会对位移脉冲信号的脉宽产生影响。所以，还需要从该方面着手实施改进，确保检测方案的可行性。五、结束语随着井下管柱状态检测系统研制作业的开展，能够在高压分层挤注过程中，根据井下管柱的真实工作状态，通过形成全方位的了解，在研究管柱的受力情况，以及管柱在蠕动位移时的总体状况时，可以提供真实、有效的数据资料。根据封隔器的座封摩擦力，在计算时获得准确的结果，同时还能够掌握封隔器的实际入筒范围。将最终的试验结果作为参考依据，在数理统计和回归的基础上，完善对井下管柱受力理论模型的建立，同时还需要建立井下管柱蠕动理论模型。在试验结果的指导下，做好模型检验、修正等多方面的工作，可以在井下工具的设计过程中，进一步对设计方案完善并优化，保障方案的可行性，旨在有效改善高压分层挤注工艺的应用效果。参考文献：1贾庆升，张福涛，任从坤，等.井下注水管柱力学测试系统设计J.石油机械,2020，48(06):77-82.2杨全安，唐泽玮.油气井井下管柱服役状态检测实践与认识C/2011中国材料研讨会，2023-07-10.3邓旭，刘明尧，马宏伟，等.井下管柱状态测试短节的机械结构设计J.石油钻探技术，2021(01):4-5.4郭伟.注水条件下套管状态检测系统的研究D.中国石油大学，2021.5郭伟.注水条件下套管状态检测系统的研究D.中国石油大学，2021.