无线修井参数仪的设计与应用

李娟

中国石油大庆油田有限责任公司 井下作业分公司 （黑龙江 大庆 163112）

修井参数仪是修井施工过程中各参数的测量仪表，在井下修井施工过程中必不可少。修井司机及技术人员可根据参数仪的参数变化及时了解、掌握井下修井施工的动态参数，分析井下状况及解决井下问题。传统的修井参数仪采用模拟信号电缆传输及LED数码管显示装置，连接信号传感器电缆费时、费力。无线修井参数仪采用信号发射装置、信号接收装置、数字显示控制装置，不仅监测准确，而且稳定性和可靠性高，施工现场无需布线，为优化井下修井施工打下了良好的基础。

1 无线修井参数仪结构设计

无线修井参数仪由显示控制装置、传感器、发射器、接收器、无线网络和后台计算机系统组成，系统硬件组成框图如图1所示。显示控制装置采用304不锈钢板焊接构成隔爆型结构，其所有的隔爆接合面参数完全符合GB 3836.1—2010《爆炸性气体环境用电气设备 第1部分：通用要求》的规定。液晶触摸屏外部使用防爆玻璃，有严格的防爆结合面参数，内部气体爆炸不会引起外部周围气体爆炸，最高表面温度不大于标准规定值[1]。无线修井参数仪采用防爆的信号传感器完成信号采集，信号采集后通过发射器与显示控制装置的接收器进行无线传输，大大方便了系统的安装，并可通过触摸屏进行系统初始化数据的输入。

图1 无线修井参数仪系统硬件组成框图

2 无线修井参数仪基本原理

无线修井参数仪是以参数显示控制装置内嵌的计算机为核心，以传感器为基础，实现修井施工过程中各参数采集、计算、处理和无线网络传输[2]。各参数传感器信号采集后通过发射器与显示控制装置的接收器进行无线传输，显示控制装置内嵌的计算机对接收到的信号进行处理，完成参数的显示、本地数据存储、超限报警、数据远传等功能[3]。

无线修井参数仪数据传输物理层基于IEEE 802.15.4 GHz物理层，每套无线修井参数仪当作一个路由器，与各信号发射器、信号接收器形成一个局域网。局域网内信号传输为2.4 GHz的WiFi，信号采用AES128加密技术，为保证在井场范围内1 000 m的传输距离，传输速率不高于250 kb/s。远程监测与APP查看为外部广域网，采用3G无线通信技术。

3 无线修井参数仪功能

无线修井参数仪可侧量的主要参数有：悬重、钻压、转速、扭矩、泵压、泵冲参数；可设置各种参数的超限报警；通过网络加以连接，可挂接多个网络终端，并可通过网页浏览和手机APP浏览，使本仪器提供的数据成为共享资源，能被网络上所有需要处理监测数据的计算机所识别和处理，方便了监测数据的应用，并依据不同的权限进行数据采集、系统控制、数据监控、数据存储、历史数据浏览[4]。

4 无线修井参数仪的技术要求

无线修井参数仪属于精密仪器，虽然具有防水、防爆、耐低温、抗高温的特点，但在运输的过程中也应轻拿轻放，避免撞击；仪器工作环境温度：-30～80℃，相对湿度≤80%；仪器安装位置要求牢固可靠，避免大幅震动。

无线修井参数仪可采用220 V交流电源或24 V直流电源。使用交流电源时需配备取得防爆合格证的安全栅。仪表采用防误插头连接，使用直流电源时红色线接修井机24 V蓄电池正极，黑色线接修井机24 V蓄电池负极[5]。

5 无线修井参数仪的应用

为保证施工现场的安全，使用时应严格按照防爆要求操作仪表，防止带电插拔出现火花，引燃施工现场的可燃气体。2018年9月，无线修井参数仪在井下修井队伍投入使用，进行现场试验。经过30余口井的试验，和以往使用的修井参数仪进行比较，无线修井参数仪指示更加精确，灵敏度更高。显示装置为红色自发光模块，夜间施工时可以很清楚地看清数值，提高了安全可靠性。

2018年10月在施工北1区压裂砂卡井过程中，套铣冲砂后下丝扣抓打捞Φ73 mm压裂管柱，打捞管柱下到鱼顶时，显示悬重142.85 kN，捞获后管柱未活动开，倒扣，显示悬重144.80 kN，根据增加悬重的数值及压裂管柱的重量计算应该捞获Φ73 mm压裂油管2根。施工过程中无线修井参数仪对瞬时载荷的变化较为灵敏，而传统的修井参数仪由于允许误差较大，反应迟钝增加悬重1.1 kN，起出打捞管柱后验证捞获Φ73 mm压裂油管2根。

6 结论与建议

1）无线修井参数仪准确度高、可视性好；传感器灵敏可靠，体积小重量轻，维护方便，操作简单，大大提高了劳动效率，具有较好的推广应用前景。在井下修井作业中的应用表明，无线修井参数仪总体上优于传统的修井参数仪，能提高作业时效，提升修井队伍的经济效益。

2）无线修井参数仪的高精度和高灵敏度能及时反映载荷变化，便于修井作业人员准确了解井内情况，防止或减少操作失误。其带动了施工质量整体提高，使更先进的井下工艺技术、高新精密的井下工具，能够充分施展其优越性，圆满地完成工程地质设计的要求。

3）无线修井参数仪扩充的功能，如：数据的自动录取存储，数据的传输，远程监控等，将带来管理方式的改革。①通过数据传输及监控、遥控等功能可将分散的修井机进行集中管理，达到科学管理，从而提高作业效率的目的。②对重点井、异常井、特殊井及复杂井的施工，可通过数据实时将现场工作情况发送到生产指挥中心，便于专家和工程技术人员实时监控修井施工情况，发现问题及时处理。

4）无线修井参数仪改进后应用于修井施工中，现阶段正进行数据的对比及稳定性测试。更新的设备自带一套传统的修井参数仪，部分老旧设备无法安装无线修井参数仪，建议无线修井参数仪生产厂家一方面与设备厂家合作，新设备都安装无线修井参数仪；另一方面对无线修井参数仪改进，使更多的设备都可安装无线修井参数仪。