水源井动力载波液位测试技术研究与应用

晏耿成　张倩

摘 要：随着油田开发规模扩大，生产用水越来越多，由于地下水资源有限，水源井水位下降，又缺乏有效监测手段，导致水源井故障率高，影响了油田正常注水。针对这种情况，结合动力载波通信技术，开展水源井动力载波液位测试技术研究，该技术利用动力载波技术传输水源井井下液位信息，地面控制系统根据液位变化，自动优化水源井工作制度。2014年，长庆油田在8口井开展试验，现场应用证明，水源井动力载波液位测试技术，准确测量水源井的液位，精度在3%，同时减少了传统的信号传输电缆，降低了成本。

关键词：动力载波；液位；测试仪；研制与应用

中图分类号： TK521 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）25-184-2

0 引言

随着油田开发规模扩大，生产用水越来越多，由于地下水资源有限，水位下降，同时长庆油田水源井平均井深850m，现有的物位测量的方法也很多[1-4]，但在水源井适应性差，近年来出现水源井空抽，烧泵等现象，导致水源井故障率高，影响了油田正常注水。电容式物位测量法是应用最广泛的一种测量物位的方法。但是电容式物位测量方法有一个致命的缺陷，易形成虚假物位，产生很大的测量误差，正是这一点妨碍了电容式物位仪表的更广泛地应用[5]。为了实现水源井生产参数采集、控制潜水泵运行，实时掌握地下水文地质和水资源情况，保障油田正常注水，开展了水源井动力载波液位测试技术，实时监测水源井动静液位，地面控制装置根据液位变化，自动优化水源井工作制度，起到保障水源井正常运行，为油田精细注水提供技术支撑。

1 动力载波液位测试技术研究

水源井动力载波测试技术主要包括井下动力载波液位测试仪和地面控制柜。井下动力载波液位测试仪将井下压差液位计监测的动静液位信息通过动力载波加载在潜水泵动力电缆传输，地面控制系统根据液位变化，自动优化水源井工作制度。

1.1 工艺原理

通过压力传感器测试水源井油套环空压力变化，通过信号耦合器将压力信号转换为电流信号，并且通过载波技术

将电流信号加载在潜水泵动力电缆传输至地面控制器。如

图1。

1.2 动力载波液位监测仪研制

动力载波液位监测仪结构动力载波液位监测仪由压力传感器、供电电源、信号耦合器组成，如图2所示。

①井下信号耦合原理

井下信号耦合原理（如图3），控制电路将采集到的压力及温度信号编码后，以一定频率通过T1变压器耦合至三相动力电缆上，将信号通过此相火线传输至地面解调。

②井下供电基本原理

水源井动力载波液位测试仪长期在井下工作，耗电时间长，有效的电源供给是首要考虑的问题。为保证其正常工作，本系统采用从外部动力电缆借电方式，动力载波液位监测仪由三相动力电缆供电，一根引出线通过密封过线孔与潜水电泵并联于动力电缆上。

动力三相动力电缆其中A相通过整流后为井下电路提供充足的电能（如图4）。通过隔离变压器T0变压、整流获得一定直流电压，再采用AC/DC反激变换器作为井下数据采集系统的电源。

1.3 改进与完善

低压动力载波技术存在阻抗随负载变化大、信号衰减大的问题[6-7]。为了解决上述问题，在以下两方面开展相关的改进。

如图3，在井下耦合原理电路图中增加隔直电容C1，用以减少此相火线对地的直流漏电流。从而增强井下耦合信号的能力。同时在控制变压器T1增加匝数比，提高功率放大电路的输入电流，提高耦合信号的强度，满足了地面信号解析要求，增加了抗吸收性能，解决了井下信号衰减问题。

如图1，在井口加零线载波阻断器，阻止信号传输到电网中，增强地面监控系统对井下液位监测仪信号检测性能。

1.4 主要技术指标

对载波工作原理、精度、压力和密封等分别通过室内实验，实验证明，动力载波液位监测仪精度在2%，能承受5MPa压力。

2 现场应用及效果分析

2014年动力载波液位监测技术在长庆油田水源井试验8口井，平均沉没度114m，测试误差3%以内。在董志X水源井，对比丈量油管长度与仪器测试沉没度变化值来验证仪器测试误差，通过对比验证，动力液位测试仪误差在3%以内。

3 认识与建议

①通过动力载波液位测试仪研制，形成了水源井动力载波液位测试工艺技术，掌握了水源井液位变化情况，为水文地质研究提供了基础资料。

②动力载波仪掌握了水源井液位情况，指导水源井设置合理潜水泵下泵深度。

③现场试验证明，动力载波液位测试工艺技术具有测调精度和成本低高的优势，为保证水源井正常生产技术支撑。

④动力载波液位仪还需进一步改进和完善与动力电缆连接密封方式，确保动力电缆的防水性能。

参 考 文 献

[1] 任开春，涂亚庆20余种液位测量方法分析[J].工业仪表与自动化装置，2003（5）：12-16.

[2] 张宁，黄杨，李建双.关于物位计测量方法的研究[J].计量学报，2008，29（4A）：104-106.

[3] 葛君山.液位检测技术的现状与发展趋势[J].航电技术，2013，33（2）：43-45.

[4] 陈平，沙训，罗晶.射频导纳电容式物位测量仪的研究[J].表技术与传感器5，2006（7）：19-20.

[5] 陈晓竹，陈乐.电容式物位计中挂料问题的研究[J].计量学报，2000，21（2）：157-160.

[6] 冯玉峰，张超.电力线载波油井通信系统[J].电子科技，2012，25（2）：74-77.

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