机采井热洗参数监测技术研究与应用

张龙（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

目前热洗仍是机采井清防蜡的主要措施。虽然针对单井含水、液量等情况的不同，采取了相应的清防蜡个性化设计；但由于油井结蜡状况复杂，而且长期以来热洗时间、温度、压力等参数的控制，只能由采油队技术员和管井员工根据实际经验进行摸索，使得热洗的过程存在着随机性和盲目性。因此，如何提高机采井的热洗质量，及时监督、记录洗井中的各项参数，准确判断机采井热洗效果，已成为技术管理人员所面临的亟须解决的问题。针对这种情况，某油矿研制了机采井热洗参数分析仪，通过连续录取热洗过程的各项参数、生成变化曲线、计算机储存回放等手段，可准确掌握单井热洗时温度、压力的控制情况，以及洗井的时间长短，对判断洗井效果提供了数据支持和分析依据。

1 机采井热洗参数分析仪的结构及工作原理

机采井热洗参数分析仪主要由参数记录装置、2 台压力变送器和2 强温度传感器组成。其技术指标见表1。其中，参数记录装置包括1 台四通道无纸记录仪、便携式可存储低压直流电源、电压电流显示保护仪表、三挡功能转换开关等部件，机采井热洗参数分析仪结构示意图见图1。

表1 技术指标

图1 机采井热洗参数分析仪结构示意图

该装置由200～240 V 的交流电通过开关电源电路控制[1-3]，实现给锂电池充电，供电给CPU 电路。外部采集到的压力通过压力变送器转换成4～20 mA的电流信号，外部采集到的温度通过温度变送器转换成相应电阻信号，通过信号采集电路传输到CPU内。矩阵电路实现四通道无纸记录仪上的键盘操作功能。CPU通过显示驱动电路在液晶显示屏上显示数据。CPU上记录的数据保存到存储器内，用U盘进行数据的读取和保存。

在使用时，将2台压力变送器连接到油压、套压处，然后将2台温度传感器通过磁铁分别吸附在来水管线和回油管线上。因为连接方式均采用快速接头，不仅连接速度快，而且操作方便。打开电源，然后倒单井热洗流程，通过数据的传输，在无纸记录仪上实时显示热洗的时间、压力和温度，并记录参数分析曲线，查看热洗状况。热洗后，还可通过U 盘录取数据，查看、保存、打印参数分析曲线。

该仪器适用于所有类型机采热洗参数的分析，根据热洗参数确定准确的洗井时间，有效地监督洗井质量。

2 分析仪各部件的技术性能

2.1 便携式可存储低压直流电源

因仪器工作环境比较复杂，所以对电源的选择非常苛刻。首先，它必须耐高温，耐低温，适应各种极端环境；其次，它能够提供持续的电能，保证设备正常工作。在多次挑选后，最终选取了一款便携式可存储低压直流电源（规格型号：DC24V/10AH）并对其性能做了严格的测试。在冬天（夜晚室外温度接近-35 ℃）及夏天（正午时地表温度接近50 ℃）两种极端天气里，将仪器接到井口并进行至少6 h 不间断录取，经过上百次现场试验，证明了这块电源在-35～50 ℃的环境内工作完全适应。电源在充满电的情况下，仪器接到井口可连续记录至少72 h。按照每天热洗1 口井，每次洗井时间6 h 计算，充满电的热洗参数分析仪可连续使用1周，避免了因仪器没电导致数据未录取的情况。

2.2 电压电流显示保护仪表

整套设备需在传感器之间做好有效屏蔽，防止信号间相互干扰，还需安装低电压断电装置。为实现这些功能，精心挑选了1块电压电流显示保护仪表，它也是这台热洗参数分析仪的“大脑”，是整套设备最核心的部位，通过1 个九开九断式开关，分为充电、停、工作三种状态。

2.3 压力变送器

在压力传导方面选用了MIK-P300 系列的压力变送器[4-5]，该系列压力变送器采用扩散硅压力芯体作为敏感元件，内置处理电路将传感器毫安信号转换成标准的电流信号。它可直接与计算机、控制仪表、显示仪表等相连，也可进行远距离信号传输。MIK-P300 采用一体化不锈钢结构，经过多次不锈钢焊接，实现了全固态设计，在恶劣环境中可以长期使用。该压力变送器安装方便，具有极高的抗震性和抗冲击性。

2.4 温度传感器

在温度传导方面选用了磁性PT100 温度传感器[6-7]，它是一种以铂金（Pt）做成的电阻式温度检测器。当其在0 ℃时它的阻值为100 Ω，这个阻值会随着温度上升而成近似线性地增长。利用温度传感器把测到的温度值转变成相应电阻，再利用前置放大电路使其转变为电信号，然后传递给无纸记录仪进行记录。

2.5 四通道无纸记录仪

无纸记录仪硬件上采用内置带快闪存储器的新型微处理器，扩充了数据存储区，显示器采用3.5英寸、128×64 高分辨率点阵式白屏黑字液晶屏；软件上引入中文WINDOWS的框架思路，并采用了数据压缩技术。嵌入式操作系统带USB数据转存功能，存储时间最长可达720 天。仪表采用多重保护，抗干扰能力强，可靠性高。仪表可同时输入4路万能信号，输入通道相互隔离，并具有模拟变送、RS485/232通讯等输出功能[8]。

2.6 应急开关

在常规功能之外还设有一个应急开关，位于整个控制面板的右下角。该设置只有当常规功能均无法正常工作时（例如电源电量低、控制开关故障等），通过启用这个开关，即可实现四通道无纸记录仪与外界电源相连，从而对数据进行读取或者录入的操作。

应急开关只有通过专用钥匙才能开启，目的是防止在日常使用时误操作导致设备无法正常使用。

2.7 计算机回放软件

通过专用软件[5]可将录取的数据转变为曲线进行回放，从而可以更加直观的分析机采井的热洗情况。

3 应用情况及经济效益

2019 年初将20 套机采井热洗参数分析仪配发给全矿11 个采油队，到2019 年末，全矿已经利用热洗参数分析仪记录洗井数据1 418 井次，回放曲线合格1 390 井次，曲线录取合格率为98%。经过1 年的现场应用，使用的环境温度最低可达到-30 ℃，最高温度可达到50 ℃。热洗参数分析仪的性能达到设计要求[9-10]。

该仪器的研究与应用，可以准确控制洗井时间，节电、节气。每少洗1 口井平均节电450 kWh（工业用电价按0.594 6 元/kWh 计算），平均节气600 m3（工业用气价按0.9 元/m3计算），全矿988 口油井的平均热洗周期由92天延长至120天。全矿每年减少洗井次数915井次，全矿每年节约费用约为73.89万元。

4 结束语

利用机采井热洗参数分析仪，可在日常热洗工作中全程监测热洗状况，克服了人工观察、调控热洗参数时存在一定的读数误差及通过数据调控可参考性不强的缺点。同时，通过历史数据的调用可以做到精确调控，根据采集的曲线能够分析单井热洗质量及热洗过程中存在的问题，指导热洗周期的调整，保证了机采井热洗质量。在满足油井热洗的同时，节约了能源，节省了费用。