新型GY功图液面测试仪在油田中的应用研究

摘 要：抽油机的工作状况通过检测其载荷和位移信号的瞬时变化并绘制示功图来进行诊断和分析，传统的功图液面测试仪在检测的稳定性，准确性和快速性上已经不能满足油田生产现代化的需要，文章介绍了新型GY功图液面测试仪的组成和测试原理，示功图的绘制以及相应曲线的解释和计算方法，运用新的理论和技术完善了检测机制。

关键词：抽油机；示功图；功图液面；解释和计算方法

引言

随着油田开发勘探的深入，大部分油田的井况变得愈加复杂，油井出砂、出气、结蜡，井内不同介质对抽油泵及地面设备产生负面影响的情况增多。实测示功图作为记录抽油机井泵功况的曲线载体，能够反映出深井泵发生的各类异常现象，同时结合地质情况、井下技术状况、油井近期生产变化情况，将相关生产数据纳入到示功图分析中，就可找到影响深井泵发生故障的主要原因，并对抽油井的工作制度是否合理，机、杆、泵抽油参数组合是否与井下供液状况相适应作出评价，最终依据示功图诊断分析结果，有针对性地解除油井故障，可保证油井正常生产或提高油井产量。由于各油田的开采状况不同，使用的抽油机示功图测试仪器种类较多，近年来，仪器测试性能和相关功能有了质的改观和发展，GY功图液面测试仪是用来精确测试油井的液面深度和抽油机的示功图等参数的综合性测试仪器。为能更好的运用这套仪器，充分发挥其优点，必须做好相应的解释研究。

1 GY功图液面综合测试仪组成及技术指标

綜合测试仪由数据记录仪、液面测试仪、示功图测试仪及一些辅助的测试电缆组成。传统的数据记录仪采用箱体式结构，采集和分析数据依靠独立的主控板插接方式，其工作稳定性、数据分析的准确性、调试和维护的可行性已经不能满足油田现场的需要。随着石油测井技术的发展，传感器的一体化、数据记录的智能化、测试结果分析的快速化是当下的必然趋势。

GY功图液面综合测试仪的出现，给示功图的诊断和测试带来了新的方法和理念。它能精确测试油井的液面深度和抽油机的示功图等参数，同时仪器能够对测试结果进行解释、存储，并把测试结果传输给计算机，进行数据上传、报表打印等处理工作。该仪器能广泛应用于油井、煤层气以及岩层气的测试和诊断，其扩展功能可与无线远程信息传递示功图设备连接，能达到随时监控了解井生产状况的要求。此仪器使用氮气代替传统的声弹发生源，或者直接采用套管中的套管气作为发声源，安全环保，因为氮气能量巨大，可以满足不同复杂井况的测试。数据采用工业级SD卡存储的方式，存储量大，资料回放便捷，2G的卡大约可以存储3万口井的资料。

第一，数据记录仪采用手持式设计，操作分为按键和触摸两种方式，便捷高效。它通过无线接口接收载荷位移传感器的数据信号，实现功图的绘制。通过液面信号接口显示和记录液面通道和节箍通道的信号波形。在开机状态下，如果6分钟以上未操作键盘，数据记录仪显示屏会熄灭，进入关机状态。低温环境下，记录仪的加热系统会自动开启，保证系统的正常工作。

第二，液面测试仪由一体化井口组成。主要分为井口连接器和声波发生器（分内压式声波发生器和氮气声波发生器）构成。井口连接器通过内接螺纹与声波发生器连接，通过外螺纹连接头（有两寸或者两寸半两种）与油井套管连接，井口连接器内装有微音器，与记录仪用防水插头连接。一体化井口连接器的发声，可以采用三种方式：内压、氮气和空气方式。声波发声的原理是：内压方式指的是采用瞬间释放套管气产生声波；氮气方式指的是在一体化井口连接器的气仓内充满一定压力的氮气，瞬间释放产生声波；空气方式指的是在气仓中充满一定压力的空气，瞬间释放产生声波。

第三，示功图测试仪。分体示功图测试仪由载荷传感器和位移传感器两部分构成。其中，载荷传感器用于测试光杆的绝对载荷值，位移传感器用于测试光杆的瞬时位移变化值。使用时，载荷传感器长期固定在工字卡上。示功图测试仪检测抽油机的载荷和位移的变化，通过无线方式将数据实时的传输给数据记录仪进行示功图曲线的绘制。载荷传感器安装在抽油机的悬绳器和光杆的固定夹具之间。为适应不同抽油机上工字卡尺寸，在本套仪器上设计有垫块附件，具体使用时根据需要可以方便的进行更换，操作简单方便。位移传感器采用可充电大容量锂电池供电，一次充电连续工作时间为30小时。

2 GY功图液面综合测试仪测试原理与误差分析

第一，GY功图液面综合测试仪通过测试声波从井口到油气两相分界面的传播时间和声波速率来计算液位。井口连接器装在被测油井的套管上，声波信号在套管与油管之间的环形空间中传播。声波由以下方式产生：（1）内压式声波发生器，利用套管气发声（用于油井套压大于0.1MPa的场合）。（2）氮气声波发生器，利用氮气发声（用于油井套压小于0.1MPa的场合）。测试曲线如图1所示。

液位测试的误差计算方法是：回声图测试时间间隔的误差为1ms（毫秒），约相当于0.2米的液位测试误差。基本误差的产生是声波在井中传播速度的变化，声速的变化量由套管中的压力、温度和传输介质的成份等决定。压力测试的误差由测试信号的误差决定，数据在每个仪器中都进行过标定，以工程值显示。压力信道的最大测试误差不超过1%。

第二，示功图测试原理。示功图测试仪检测抽油机的载荷和位移信号的瞬时变化，通过无线方式将数据实时的传递给数据记录仪进行工程计算和功图曲线绘制，如图2所示。

示功图是反映抽油机悬点做功大小的测试图，它的横坐标是悬点运动的位移，纵坐标是悬点的载荷。在抽油机运动的一个冲程中，示功图构成一个封闭的图形。根据图形的形状可以判断出抽油机、杆、泵的工作状态。测试载荷的瞬时变化，是通过粘贴在感应柱头上的应变片将感应柱头的形变转化为应变片内阻值的变化，从而将载荷变化转化为电信号。

根据胡克定律，在物体的弹性限度内，应力与应变成正比，比值被称为材料的杨氏模量，它是表征材料性质的一个物理量，仅取决于材料本身的物理性质。杨氏模量的大小标志了材料的刚性，杨氏模量越大，越不容易发生形变。

第三，测试位移的瞬时变化是通过减速机把拉线的直线运动变为旋转运动，并带动最末一级的伺服电位器一同旋转，把机械运动转为电位器电阻变化以供测试。载荷测试误差是由载荷传感器产生的，这两者形成了载荷测试的通道。这些器件的转换元件是标准元件。载荷最大测试误差不超过1%。位移传感器测试误差由位移标定的精度和A/D采样间隔决定的，在标准标定台标定后的位移测试误差不超过0.5%。上述传感器生成的电信号，经信号处理单元后转为数字信号通过无线的方式发送给记录仪，记录仪根据标定数据计算后以位移为横坐标载荷为纵坐标绘制示功图，用户可根据图形情况分析判断抽油机、井的工作状况。

3 结束语

新型GY功图液面测试仪的应用，节省了大量的人力与物力，对提高油田的工作效率起到了积极的推动作用。随着信息产业化的发展和互联网技术的扩大应用，油田开采与测试技术也在向着远程化、数字化和智能化的方向发展，与此同时，GY功图液面测试仪也在研究运用更新的技术和方法，不断推陈出新，精益求精。

参考文献

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[4]中国石油天然气集团公司测井重点实验室.测井新技术培训教材[M].石油工业出版社，2004.

作者简介：郝宏伟（1984，9-）男，陕西西安，本科学历，学士学位，助理工程师职称，研究方向：智能化石油地面仪器。