[摘要]介绍了采油工程中最常用的两项试井技术，分析了国内外油田试井的研究进展及发展趋势，该仪器的设计实现了测试液深和测功图二者的统一。
　　[关键词]试井；井深；功图；
　　引言：
　　试井是油气藏工程的组成部分，它涉及到油层物理、储层物性、流体性质、渗流理论、计算机技术、测试工艺和仪器仪表、设备等各个领域，是勘探开发油气田的主要技术手段和基础工作之一。在诸多的试井技术中，测量油井的液面深度、抽油机的功图是采油工程中最常用的两项试井技术。试井理论的发展与计算机应用技术的结合，使试井分析方法形成为一套比较完善的现代试井分析方法，即图版拟合解释法。在计算机的辅助下，不同的曲线反映不同的动态特征。油田综合试井仪的工作就是要根据油井的状态绘出曲线，通过对曲线的分析来了解油井的动态特性。
　　一、测试液深和测功图的介绍
　　为了解油井的供液能力，掌握生产动态，测量油井的液面深度是一项经常性的工作。井深的测量一般是采用声波测量法，利用声波在空气中传播遇到障碍物会发生反射的原理，在井口使用微音器将反射回来的音波信号接收并将之转换成电流信号，通过通道放大和电路整形滤波后，输出液面波图形，据此来计算液面深度。
　　测取抽油机的功图是为了判断抽油机井、泵、杆的工作状况是否正常，将测得的功图曲线与功图曲线库中的曲线对比，及时发现油井存在的问题。所谓功图指的是根据抽油机光杆负荷变化与位移变化画出来的二维曲线。其工作原理是把贴有应变片的弹性体(载荷传感器)装在抽油机悬绳器上、下夹板中，把光杆负载的变化转变为弹性体的形变，进而导致应变片电阻值的变化，从而产生对应光杆载荷变化的电信号。位移的测量是利用抽油机游梁带动位移传感器线轮，经过减速，带动电位器产生对应位移的电信号。根据所采得的载荷信号与对应的位移信号画出相应的曲线。
　　二、国内外油田试井的研究进展及发展趋势
　　1．发展过程
　　早期的油田井深测试系统有美国生产的应用电子系统、法国地质服务公司的HP1000录井系统和Dresser的电测设备。应用电子系统通过专用的传感器经过井管连接处产生一串连续不规则脉冲信号，该信号经过其配备的外接电路被转换为一个声音后，由工作人员根据听到声音的总数计算井深。应用电子系统测试过程中常会因网压的变化或传感器碰撞管壁等其它因素产生的干扰信号转换为声音而导致井深测试结果不精确。法国地质服务公司德HP1000录井系统和Dresser的电测设备使用光学编码器对传感器在旋转的过程中产生相位差90度的双脉冲信号鉴相计算井深。普通的鉴相方法是通过D触发器首先锁存一路脉冲，将其与另一路脉冲比较，判断旋转的方向。这种方法有一个非常难以克服的缺点，当传感器在一个方向来回颤动的时候，如跳钻频繁，鉴相器往往失控而造成误鉴相，如果没有软件来判别控制，长期使用后的累计误差是相当大的。因此，这种方法必须和计算机结合起来才能进行高精度的深度测量。
　　石油工业中也用电缆测量井深。考虑到电缆的机械拉伸、非弹性形变、温度、浮力、泥浆压力、潮汐效应、测量方式以及其它的因素，会对测量精度形成制约，采用许多与之相关的误差方法来进行校正。在电缆类型、仪器重量、泥浆密度已知的情况下，电缆测量深度的绝对误差是深度的函数，其大小随深度增加而增加。实践中发现，经校正之后，电缆的绝对误差约为1／1000，但实际上当出现以下因素时会使这一精度变得更糟。例如不严格遵守深度控制步骤，没有考虑电缆滚筒与钻台间的距离，或者电缆较新，并产生永久性拉伸、或者是深度测量设备的刻度较差等。所以在测量中尽管使用了许多相关的误差方法来校正，测量的结果还是会因实际操作的差异而出现误差。
　　如今，随着科学技术的发展及计算机技术的广泛应用，国外出现了许多高精度的测井设备，我国一些科技发展公司和地质科学勘查技术研究所也设计生产出自己的先进测试设备，如γ-测试仪，录井仪、动调式陀螺测斜仪、高精度测斜仪等等。这些仪器精度高，功能齐全，可以在测试过程中将有关油井的许多动态参数一次测得，但其高昂的价格令许多油田公司难以接受。
　　2．油田井深测试系统的发展趋势
　　油田井深测试系统实质上是一个信号采集分析系统。现在它会把传感器和微处理器相结合使用，但还不能使系统小型化、集成化、智能化。这都将依赖于传感技术的发展。
　　随着传感器在发展与应用过程中越来越多的和微处理器相结合，使传感器不仅有视、嗅、触、味、听觉的功能，还具有存储、思维和逻辑判断等人工智能，将传感器技术提高到一个新的水平。智能传感器是传感器通过信号调理电路与微处理器赋予智能的结合，兼有信息检测与信息处理功能的传感器，是当今世界正在迅速发展的高新技术。鉴于智能传感器具有：（1）能够自动采集数据，并对数据进行预处理的功能；（2）数据存储、记忆与信息处理功能；（3）双向通讯、标准化数字输出或者符号输出功能等三种功能，智能油田井深测试仪将成为油田井深测试系统发展的必然趋势。
　　3．国内外应用现状
　　随着计算机技术的快速发展和广泛应用，井深测试技术也在不断地发展和完善，并在石油工业中广泛应用。英国石油勘探公司的新型录井系统应用深度脉冲来实现油井深度测量。由于网络的发展使各种网络协议已经成功地移植到嵌入式系统中，且网络传输比并行总线传输具有更高的速率和可靠性，因此该录井系统选择利用网络来进行命令的发送和数据的传递。国内部分油田使用γ-测试仪，录井仪、动调式陀螺测斜仪、高精度测斜仪等等。这些测井系统功能齐全，但各个油田原有的录井设备各不相同，因而这些油井测试设备并非适合每个油田使用。
　　三、油田综合试井仪的研究
　　由于我国油田地域广阔、油井分散，因此抽油井的生产管理是油田管理中最薄弱的环节之一。目前大多数油田只能通过人工巡井来强化油井管理，即采油工每天必须检查抽油机的工作状态，观察井口回压和油温，估算抽油机运行时率，若发现抽油机工作异常、油井不出油等故障，立即停机。这种人工巡查方式，巡查次数极为有限，不能及时发现抽油机井井下故障，抽油机运行时率的估算误差大，已不能满足油田现代化生产的需要。因此，实现抽油机井井下故障的实时诊断和监控己成为油田油井管理的迫切需要。

实测示功图可以反映出深井泵在井下工作中的异常现象，可以结合地质情况和利用生产数据、仪器工作状况，来分析解释抽油井的工作制度是否合理，机、杆、泵参数组合是否与油井相适应。实测示功图经过诊断技术处理，可以找出影响油井泵效或不出油的原因，然后根据本油田采油工艺技术的配套措施来解决生产问题。但是由于应力波沿杆柱传递的滞后，其示功图的形状发生变化，因而只有浅井低速时地面示功图对故障的分析解释才是正确的。如何利用井下泵示功图来自动诊断泵况和杆柱是一件十分棘手，而又十分必要的工作。抽油井故障诊断技术的研究，一直是国内外采油工程技术人员的一个重要研究课题。经过几十年的研究、实践，抽油井故障的分析与诊断技术有了相当大的发展。就其内容与发展来说，可以分为以下四种方法：
　　第一，是所谓“五指式动力仪”分析方法。它主要依靠操作人员手掌的感觉来分析抽油设备的工作状况，这种方法早已被淘汰。
　　第二，地面示功图分析法。该方法利用光杆动力仪绘制光杆示功图，然后对示功图进行分析解释，以判断油井与设备故障。几十年来，许多国家为了使光杆动力仪检测方法更为简便准确以及使示功图的分析、解释更为方便、准确、解释范围更加广泛，进行了大量的研究工作。一方面不断改革动力仪，提高检测精度。如已研制成机械式的、水力式的、电气式的各种型式的动力仪；另一方面，不断改进示功图的解释方法，扩大解释范围。
　　第三，井下示功图诊断法。这种方法是利用井下动力仪随同抽油泵一起下入井内，直接测量泵示功图。但这种方法耗资甚巨，工艺也较复杂，所以没有得到推广应用。
　　第四，计算机诊断法。根据动力仪测出悬点示功图，利用波动方程可以得到抽油杆柱任意截面处的位移和载荷计算式，从而绘出所需的抽油杆各截面及泵的示功图。根据这些示功图，可以对整个油井生产系统的工作状况作出分析和判断。基本可以诊断和综合抽油系统的整个工作状况，因而这一方法深受油田管理人员的欢迎。
　　四、油田综合试井仪的设计原理与构成
　　1．液面深度探测
　　井口连接器处安装微音器及发生装置，击发一颗发声子弹产生声脉冲，声脉冲沿着油管向井下传播，当遇到油管接箍、音标和液面等障碍物便产生反射脉冲，返回的声脉冲由微音器接收转换成电信号，通过双通道放大、滤波电路后，输出显示两路声脉冲波形。一路信号记录接箍、液面、音标和其他较大障碍物反射波信号;另一路信号只记录液面、信号。通过对输出波形的特征位置(接箍、深度。发声一转音标或其他较大障碍物反射波低频音标、液面)的定位，可得到油井深度。
　　2．测功图的方法
　　将载荷传感器夹在抽油机悬绳上、下夹板之间，压力触点朝上承受悬绳夹板作用力，光杆负载的变化转变为载荷传感器壳体的形变，导致传感器应变片电阻值的变化，从而产生对应于光杆载荷变化的电信号。位移传感器的线绳固定在井口，当抽油机游梁上下运动拉动位移传感器的线绳，经过减速滑动电位器产生对应位移的电信号。载荷和位移信号通过五芯电缆传送给测井仪。抽油杆载荷-位移传感器主要用于采集抽油杆载荷、位移（两者用于形成示功图）数据，将抽油杆的载荷和位移信息变换成对应的电压或电流值并通过无线模块送至井场监控系统主机。抽油杆载荷数据的采集是通过安装在井口的压电传感器将抽油杆的压力信号转换为电压信号,然后通过运算放大器将微弱的电压信号进行放大,经放大后的电压信号再作为输入信号送到模数转换器转换为数字量送到微处理器中,从而完成对抽油杆载荷数据的采集。抽油杆的位移数据主要是通过双光束直射取样式光电传感器ST256C,方向判别专用集成电路ST288A和表面边缘均匀打了许多小孔并且圆周侧面缠满细线的码盘进行采集的。
　　3．系统的硬件框图
　　
　　图3系统硬件框图
　　4．系统软件模块
　　
　　图4系统软件框图
　　
　　结束语
　　有杆泵采油是世界石油工业传统的采油方式之一，也是迄今在采油工程中一直占主导地位的人工举升方式。由于抽油泵是在近千米到数千米的井下，工况十分复杂，工作环境极其恶劣，不但受“机、杆、泵”抽油设备的影响，而且直接受到“砂、蜡、气、水”的影响，故障发生率很高，严重影响油田的正常生产，1998年的统计结果表明:我国平均每口有杆抽油井年作业1.25次。因此，及时、准确地掌握有杆抽油系统的工作状况，诊断油井所存在的故障问题，制定合理的技术措施，使油井及时恢复正常生产，提高作业效率和油井产量，对提高企业的经济效益具有十分重要意义。
　　目前，油田使用的测井仪器功能单一，只能测试液深或功图数据中的一种，并且它们一般存在着体积大、造价高、测量精度低的缺点，给测井工人带来极大的不便。基于这种现象，本文中研究的油田智能综合试井系统是将传统的液面探测仪和抽油机功图测试仪两种仪器合为一体，不仅提高了设备的集成度、智能化和测量精度，也便于试井队的携带使用，有很高的实用价值。
　　
　　参考文献：
　　[1]李虞庚主编．试井手册（上册）．石油工业出版社．
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