一种气井井底流压用液动压力监测系统及其监测方法与流程

本发明涉及油气田开发油气井测试领域，尤其涉及一种气井井底流压用液动压力监测系统及其监测方法。

背景技术：

在气井生产系统分析中，气层压力和井底流压是十分重要的数据。流入井底的油气就是靠井底压力举升到地面，因此井底压力是油气井自喷能力大小的重要标志。取得这些数据的途径，一是下入井下压力计实测；二是通过井口压力计算。对于一些高压气井，有时很难进行下压力计的操作。关井下压力计，井口压力高，防喷管上的密封容易刺坏；生产时气量太大，压力计下不下去，甚至造成多种事故。鉴于这些情况，除井下积液非下压力计实测外，干气井一般都是根据井口测压计算气层压力和井底压力。气井不稳定试井是气田勘探、开发中广泛采用的试井方法，它主要是通过改变气井工作制度，在井底和气藏造成压力扰动，通过分析可以判断井底和气藏的性质。测试这种井底压力的变化，地面直读是一套比较先进、比较直观的监测技术，由于该技术要求精度高、设备庞大、测试费用高，目前，只能在重点井、特殊井上使用。常规气井试井，是用纲丝把压力计下到井底测量压力的变化，这种方法不能及时掌握井底流压的变化，只能靠经验估算径向流出现的时间，特别是对于新探井区，更难准确估算。

技术实现要素：

针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种气井井底流压用液动压力监测系统及其监测方法，通过井口的液动压力控制器传输出来的信号，经过分析计算得出井底流动状态的压力值，从而指导测试生产。

为达到以上目的，本发明的技术方案为：

一种气井井底流压用液动压力监测系统，包括液动压力控制器以及与测量装置相连接的输出装置；所述测量装置包括底座，所述底座上安装有壳体，所述壳体腔体为中空结构，所述腔体分为大径端以及与底座相连通的小径端；其中，小径端内设置有可移动的下活塞，大径端内设置有可移动的上活塞，大径端底部侧壁开设有排气孔，大径端顶部设置有上盖，大径端内充满液压油；上盖上设置有排空阀、压力传感器芯体接头、以及压力输出端接头；输出装置包括安装于压力传感器芯体接头内的压力传感器芯体，所述压力传感器芯体的输出端连接有a/d转换器以及显示器。

所述下活塞安装于小径端腔体中，并通过挡圈限位，下活塞与小径端腔体径向之间留有运动间隙。

所述排空阀、压力传感器芯体接头、以及压力输出端接头周向均匀布置于上盖上。

所述压力输出端接头上安装有压力值显示于360°的压力表。

所述压力传感器芯体安装于压力传感器芯体接头内，压力传感器芯体上安装有压盖，压力传感器芯体接头外侧连接a/d转换器，将芯体输出的模拟信号转换为数字信号，所述数字信号通过处理得出井底流压值，并显示于压力表上。

一种气井井底流压用液动压力监测方法包括：

1)、通过液动压力控制器将井口的高压值通过液动压力控制器系统转换为可控的低压值；

2)、低压值通过压力输出端接头上安装的压力表实时监测井口压力值，同时，低压值通过压力传感器芯体将芯体输出的模拟信号转换为数字信号，所述数字信号通过处理得出井底流压值，并显示于压力表上。

所述低压值通过压力传感器芯体将芯体输出的模拟信号转换为数字信号，所述数字信号通过处理得出井底流压值，并显示于压力表上包括：

2.1、压力传感器芯体通过电桥线路将应变片的电阻变化转换成电压值；

2.2、通过电压变化值，计算井底流压值；

其中，所述井底流动压力与井口的压力值的关系式：

z—井筒内平均气体偏差系数；d—采气管内径，cm；

q—地面标准条件下气体流量，104m3/d；

pwf—井底流动压力，mpa；psc—地面标准压力，mpa；

pwh—井口压力，mpa；f—无因次摩擦阻力系数。

γg—气体密度；t—井筒内平均气体温度，k；

l—井深，m。

与现有技术比较，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种气井井底流压用液动压力监测系统，通过液动压力控制器，能够将压力值转换，通过两个面积大小不同的活塞，将高压力值转换为低压力值，通过液压油将套管、立管中的泥浆压力值通过传输介质液压油传递到控制箱盘面上压力表显示，能够精确的将较高的泥浆压力转换为低压值显示，使得钻井作业过程中，既保证安全、优质、高效地实施，又利于保护油气资源，提高采收率。

本发明气井井底流压用液动压力监测方法，由于井口与井底压力曲线存在一种近似平行的关系，本发明利用井口压力资料对整个测试进行检测，利用井口压力资料可定性诊断井底流动状态，利用井口压力监测技术，不仅具有直观、简便、经济可行的特点，而且，可以大大缩短测试时间，提高经济效益。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图；

图2是本发明上盖剖视图；

图3是本发明上盖俯视图；

图4是本发明压力传感器芯体接头示意图；

图5是本发明监测气井井底流压用液动压力控制器系统电路图。

图中：1、壳体，2、下活塞，3、上活塞，4、液压油，5、上盖，6、压力传感器芯体，7、排空阀，8、底座，9、排气孔，10、压力输出端接头，3-1、压力传感器芯体，3-2、压盖。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供了一种气井井底流压用液动压力监测系统，包括液动压力控制器以及与测量装置相连接的输出装置；所述测量装置包括底座8，所述底座8上安装有壳体1，所述壳体1腔体为中空结构，所述腔体分为大径端以及与底座8相连通的小径端；其中，小径端内设置有可移动的下活塞2，大径端内设置有可移动的上活塞3，大径端底部侧壁开设有排气孔9，大径端顶部设置有上盖5，大径端内充满液压油4；上盖5上设置有排空阀7、压力传感器芯体接头6、以及压力输出端接头10；输出装置包括安装于压力传感器芯体接头6内的压力传感器芯体3-1，所述压力传感器芯体3-1的输出端连接有a/d转换器以及显示器。所述压力输出端接头10上安装有压力值显示于360°的压力表，用于实时监测井口压力值，该压力值和最终得到的气井井底流压共同为油气井测试提供数据支持。液压油4为10#航空液压油。

具体地，所述下活塞2安装于小径端腔体中，并通过挡圈限位，下活塞2与小径端腔体径向之间留有运动间隙。

如图2、3所示，上端5有三个输出口，三个输出口周向均匀布置于上盖5，一个螺纹连接口用于安装排空阀7，第二个螺纹连接口用于安装压力传感器芯体3-1，最后一个螺纹连接口通过快速接头直接连于360°显示输出压力值(仪表实际显示为井口压力值)。压力传感器芯体口通过液动压力控制器输出的压力值装换为两路电信号(模拟电压毫伏信号)，通过a/d转换器将模拟信号变为数字信号。该电信号(数字信号)通过井底压力计算单元可以得出井底流动压力，最后通过数字精密压力表可以实时显示气井井底的流动压力值。

如图4所示，所述压力传感器芯体3-1安装于压力传感器芯体接头6内，压力传感器芯体3-1上安装有压盖3-2，压力传感器芯体3-1接头外侧连接a/d转换器，将芯体输出的模拟信号转换为数字信号，所述数字信号通过处理得出井底流压值，并显示于压力表上。

用电桥线路将应变片的电阻变化转换成电压变化。由于应变桥路的输出信号极弱，还需通过放大器将信号进一步放大并进行一些必要的补偿。信号放大方式可以采用直流放大或交流放大，应变桥路也就相应地可采用直流电源或交流电源供电。传感器的桥路额定输出电压一般为数毫伏到数十毫伏。因此还需将其放大后再进行显示和记录。对于应用较多的直流电桥，多采用低漂移的集成运放构成零点和增益可调的直流放大器，并通常采用差动输入方式进行直流电压放大。另外，为提高电桥稳定性和性能，还需要附设桥路初始平衡校准及补偿等附加电路。如图5所示，应变传感器电桥电路，其中设置了多种补偿和调节电路。其中r1～r4为应变片组成电桥；ri用于调节电桥输入阻抗；ra可以调节电桥输出阻抗；a框中为温度补偿电阻；b框中设置有零调整电路；c框及a框中ret共同构成输出调整电阻；d框中为两套初始平衡校准电路，wz1、rz构成直流初始调零电路，wz2、cz用于交流电桥时初始调零(交流相位调零)。

本发明还提供了一种气井井底流压用液动压力监测方法，包括：

1)、通过液动压力控制器将井口的高压值通过液动压力控制器系统转换为可控的低压值；

由于井内的环境复杂，会出现瞬间高压等情况，为保证井口压力控制系统得安全，在系统内部设计可以将高压值转换为低压值得变比液动压力控制器。该液动压力控制器可将高压值转换为低压值。

2)、低压值通过压力输出端接头10上安装的压力表实时监测井口压力值，同时，低压值通过压力传感器芯体3-1将芯体输出的模拟信号转换为数字信号，所述数字信号通过处理得出井底流压值，并显示于压力表上。

液动压力传感器上方井口压力显示器，直接输出一个变比压力值显示于360°的压力表上，用于实时监测井口压力值，该压力值和最终得到的气井井底流压共同为油气井测试提供数据支持。

具体的，所述低压值通过压力传感器芯体3-1将芯体输出的模拟信号转换为数字信号，所述数字信号通过处理得出井底流压值，并显示于压力表上包括：

2.1、压力传感器芯体3-1通过电桥线路将应变片的电阻变化转换成电压值；

2.2、通过电压变化值，计算井底流压值；

对于一口产气井，在单相、恒温和稳定流动条件下，根据热力学第一定律给出能量守恒方程，真是气体的状态方程，从而写出井筒条件下气体流量与地面标准条件气体流量的关系式，并认为气体沿才器官稳定流动条件下，可以得出井底流动压力与井口压力的关系式：

其中，所述井底流动压力与井口的压力值的关系式：

z—井筒内平均气体偏差系数；d—采气管内径，cm；

q—地面标准条件下气体流量，10⁴m³/d；

pwf—井底流动压力，mpa；psc—地面标准压力，mpa；

pwh—井口压力，mpa；f—无因次摩擦阻力系数。

γg—气体密度；t—井筒内平均气体温度，k；

l—井深，m。

本发明的工作原理：

一种气井井底流压用液动压力监测系统首先将井口的高压值通过液动压力控制器系统转换为可控的低压值。液动压力控制器系统上端有三个输出口，分别为排空阀、井口标准压力值输出、井口压力电信号输出。其中排空阀用于充10#航空液压油时使用，目的是为了防止在充油腔体有气泡，影响液动压力控制器精度；井口标准压力输出值，是将井口的压力通过压力表显示处来，实时来检测井口压力值；井口压力电信化输出值，主要是通过压力传感器将压力信号转换为模拟电信号，在通过一次a/d转换器，将模拟信号转换为数字信号。数字信号通过井底压力计算单元，可以得出井底流压。井底流压值、井口压力值两组数据。

在wqc区块某井通过本装置和存储式压力计分别进行测试读数，数据如下：

经过现场测试本装置测试出的井底流压值在采集点数据比井下压力计要精确，且采集的信号属于连续信号。

对于本领域技术人员而言，显然能了解到上述具体事实例只是本发明的优选方案，因此本领域的技术人员对本发明中的某些部分所可能作出的改进、变动，体现的仍是本发明的原理，实现的仍是本发明的目的，均属于本发明所保护的范围。