无线传感器声幅变密度测井技术

吴洪贵

1江苏经贸职业技术学院信息技术学院2江苏省流通现代化传感网工程技术研究开发中心

无线传感器声幅变密度测井技术

吴洪贵1；2

1江苏经贸职业技术学院信息技术学院2江苏省流通现代化传感网工程技术研究开发中心

为增强无线传感器对油井管道测试的灵敏度，增加了管道内的温度、流速、杂质含量及电机运转速度等数据信息，在处理程序上进行实时分析管理，且将传输的数据信息进行不同模块划分，以保证数据信息管理的有效性。数据处理模块包括数据库模块、数据源生成模块、身份识别模块。变密度测井图是以黑白相间的色带表现出来，用色带颜色的变化来表示信号的强弱；通过分析变密度测井图呈现的套波管、地层波、泥浆波和井液波的强度变化，来判断出套管、水泥环和地层胶结构的状况。

无线传感器；检测环境；模块；声幅变密度测井

传统的油田无线传感系统结构中，数据管理方式存在着严重的问题。首先，无线传感器的灵敏度低，造成在检测数据信息上出现一定的误差。其次，在数据处理方式上没有进行数据模块的划分，使传输的数据信息不能进行有效处理。为增强无线传感器对油井管道测试的灵敏性，增加了管道内的温度、流速、杂质含量及电机运转速度等数据信息，在处理程序上进行实时分析管理，且将传输的数据信息进行不同模块划分，以保证数据信息管理的有效性。

1 数据处理模块

（1）数据库模块。数据库模块是利用Excel表格将无线传感器接收的数据信息导出数据库，将各个油田站点进行了不同的划分，可分为平台1、平台2、平台3、平台4、平台5、平台6，再将传输的数据模块信息进行定位标注。传输的数据信息中包括石油管道内液体的流速、传感器的方向角，当无线传感器将数据信息传输至终端管理系统时，数据系统便会显示来自定位传感器的数据信息，将某个编号的无线传感器放置在石油管道内壁上，在采集数据信息时，会按照服务器设定的编程程序进行数据信息的采集。采集的数据信息包括电机的转速、管道内壁的温度、液体的流速、杂质含量及单位面积内受到的压强。

（2）数据源生成模块。无线传感器将收集的数据信息传输至信源设备时，需要进行数据信息的编码。一般采用的是二进制的编码方式，进行0和1之间的相互转化。假设无线传感器将数据信息传输至信源设备时，编程的代码数据为111000101010 1001时，根据8421码的转化关系，需要在终端接收设备内相应地进行解码。终端服务器中含有译码输出设备，当编码的数据进入输入端时，译码器中的数据监测系统便对所传输的数据进行等间隔的划分。

（3）身份识别模块。身份识别模块是为了保证传输数据信息的有效性，使数据信息能够进行统一管理。身份识别模块中包含终端用户设定的数字密码、口令密码及指纹识别功能，一般都是采用数字密码控制。数字密码在设定程序上，采用的是模2加的逻辑预算，相同为0，相异为1。传统编码技术很容易遭受到外部不同代码信息的攻击，造成油田网络数据信息的局部丢失，而这种新的密码技术能够保证数据信息的安全。

2 测井原理

（1）光感应强度测定。当光感应器感应到外界强光照射时便引起仪表参数的变化，首先经过电源模块，把交变电流转变为直流电。其次在记录仪上进行信号的放大，然后传送到指示器，具体判定光照强度是否符合油井照明强度的标准，如图1所示。光传感器与原有传感器相比，凸显出很多优点：①稳定性能好，始终把光线设定在一个参数值上，不会因为外界的干扰而发生改变；②检测范围大，传统传感器只能检测方圆1m左右范围的土质，新型传感器能够检测周围100m内的土质，在开采过程中土质发生松动或岩层有变化时能够提醒管理人员，提前做好预防工作；③传输带宽高，无论是传输设备还是检测设备，通信传输的质量是整个系统正常运转的关键，当前传输信道带宽已经达到了500M，确保传输的信息能够安全到达终端设备。

图1 无线传感器交变模块转化原理

（2）管道内液体流量测定。无线流量利用其感应指针对石油输送管道内的液体流速进行检测时，以井内的单质流体和混合流体的密度、流速、压强为依据，进而算出管道内液体的相对流量。由于液体在管道内运输时，其密度是不同的，所以测量结果会存在±10%的误差。为了避免这样的情况，要选择在液体流速相对稳定的管道位置进行流量测定，因为该位置的液体密度比较稳定，其压强也不会有太大变化，会稳定在可接受范围内。

（3）运行温度及压力测定。管道中流体内含有的杂质与管道的内壁之间发生摩擦时，会导致局部温度的上升。正常运转时管道表面的温度一般都在100～200℃之间，但由于不同程度的摩擦生成的热量有时使管道表面温度高达300～400℃，甚至500～600℃，这样的高温用一般的传感温度计是难以测量的。根据国内油井的分布情况，在一些密集度比较高的油井区域内，为了降低磨损，都采用过滤的方法。部分油田企业利用吊坠型无线温度检测计，采用了ODK技术原理，当杂质和管道发生接触时，检测计对杂质的排放量进行监控，一些较大杂质到达管道接口的位置时，使得液体流速变快，从而对杂质的冲击也就越大。由P=F/S可知，压强不变时，加大受力面积，压力会变大；所以大块杂质在受到压力后，其内部结构会软化，会以小颗粒的形式流出管道，避免了大块杂质堵塞管道，延误液体输送的现象。

（4）传感系统的运行测定。传感系统设施包括模拟式系统和数字式系统。模拟式系统以模拟装置为核心，主要负责油田发电系统三相分离、缓冲罐液位的数据收集；数字式系统依靠可编程控制器、检测监控和数据采集等技术，实现对无线传感器的实时监控和调整，并且能够同时检测多口油井的管道液体流速，控制缓冲罐液位，在发电系统中自行进行可持续的闭环检测，进而达到了直接数字系统的最终目的。自动检测系统会先对传输路线做检测，以确保其运输通畅，对传输管道内的数据进行检测时采用了模糊逻辑检测，能够计算出传输过程中各线路的阻值，并对其大小进行测定分析。如果测定的阻值比原来设定的线路阻值大，油田传输系统会对预定值和实际值进行测定分析，分析后得出的差值在标准允许范围内，那么可以继续对终端设备进行输电传送；如果超过了允许范围，那么输电线路会被传输系统强制终止，从而保证传输线路的安全和整个工程的高效实施。

3 声幅变密度测井

声幅变密度测井技术井下部分由电子线路和声系组成，其中声系部分包括了一个发射器和两个接收器；发射器位于上面，声幅接收器在中间，下面是变密度接收器。其工作方式是，首先，声波发射器发射声脉冲，穿过井液折射到套管，形成套管波；在套管波折射到井内井液中时，声波波列的首波幅度会被接收器接收，电子线路把它转化成电压值并记录下来；最后，在仪器移动的过程中，就会绘制出一条随井深变化的声幅曲线，可以对曲线的走势和高低对比来分析套管、水泥环和地层胶结构的状况。

波幅的大小与电压的高低成正比关系，光点的亮度也随着波幅的大小成正比例变化，亮度高时，测井图色带表现为黑色，亮度低时表现为灰色；电压为0的情况下，光点不会亮，测井图色带为白色。所以，变密度测井图是以黑白相间的色带表现出来，用色带颜色的变化来表示信号的强弱；通过分析变密度测井图呈现的套波管、地层波、泥浆波和井液波的强度变化，来判断出套管、水泥环和地层胶结构的状况。

4 结语

油田无线传感器网络数据管理系统在数据模块划分上保证了传输数据信息的稳定性，声幅变密度测井技术结合声幅曲线和变密度曲线的分析，对固井质量做出评估；进而对油田运行系统中多方环境数据进行检测，使油井内各个设备处于安全的工作运行环境中，提高了生产效率。

（栏目主持 关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.033