一种基于关井水击效应的高频压力波动监测装置及方法与流程

本发明涉及石油井关井波动压力监测，尤其涉及一种基于关井水击效应的高频压力波动监测装置及方法，应用于石油深井气井关井初期因水击效应引起的井口压力监测和分析。

背景技术：

1、在深井气井关井过程中，关井初期井口压力会快速恢复到最高点，然后持续下降，表现出压力恢复异常现象。其中，气侵量越大，关井后井口压力变化的幅度越大，水击效应压力对关井早期井口压力的动态变化影响较大，对后期的压力影响较小，实际工程场景中，部分高温高压气井井口关井初期的瞬时水击效应使得井口压力恢复速度明显大于井底压力恢复速度，因此在关井初期的依据井口压力参数计算至井底压力情况显然难以取得真实满意的结果。

2、目前部分研究者认为主要是关井后井口温度下降引起的井口压力下降。然而，根据国内部分井况试井期间井口压力、温度变化曲线得知，关井后压力连续单调下降，而温度不是单调下降趋势，表明关井后井口压力异常下降不仅仅受井口温度的影响。

3、因此，迫切需要能够对关井初期因水击效应产生的波动压力进行监测，了解水击效应波动压力变化规律，提高利用井口压力计算井底压力的精确度。

4、现有技术中部分学者提出在井口设置试压设备来对井口的压力情况进行采集，但是其主要用于对测井或开发过程中压力的正常压力进行采样，通过显示器实时显示压力传感器检测到的压力数据，无法有效表征水击效应波动压力的变化规律和对井底真实压力的影响。

5、公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成己为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种基于关井水击效应的高频压力波动监测装置及方法，采用高精度压力传感器接收关井水击效应产生的压力波动，分析表面波形与压力波形之间的关系，对波动压力数据进行统计分析得到波高和波周期等特征参数，获得关井水击效应变化规律。在一个实施例中，所述装置包括：

2、压力波动采集模块，其固定设置在井口套管壁内侧，用于实时采集井口流体的压力波动信号，包括高频压力传感器和与之集成设置的压力波接收窗口；

3、数据采集及处理模块，其设置在井口套管壁外侧，与所述高频压力传感器通信连接，用于对压力波动信号进行转换、分析、存储及外传展示；

4、所述数据采集及处理模块包括金属外壳、数据采集模块，数据存储模块、单片机和内置电源。

5、优选地，一个实施例中，所述高频压力传感器采用绝压传感器，防止大气压力对流体压力信号采集的干扰。

6、一个可选的实施例中，所述压力波接收窗口位于探测保护罩沿井底的两个侧面上，流体通过压力波接收窗口后经传感器监测压力，有效减缓流体压力对高频压力传感器的直接冲击效应。

7、进一步地，一个实施例中，所述压力波动采集模块还包括探测保护罩，其开口端与井口套管壁内侧密封固接，形成将高频压力传感器包裹在内部的空间。

8、另一方面，一个实施例中，所述数据采集及处理模块的金属外壳与井口套管壁连接，靠近井口套管壁的顶端预留用于连接高频压力传感器的通孔，供高频压力传感器的输出端贯穿金属外壳顶端与数据采集模块相连。

9、一个优选的实施例中，金属外壳采用法兰固定设置在井口套管壁上，金属外壳顶端位于井口套管壁内侧，设置有固定连接法兰，金属外壳在井口套管壁外侧，设置有活动连接法兰，固定连接法兰底端与活动连接法兰顶端通过连接螺栓固定连接，活动连接法兰可在金属外壳外部滑动，可根据井口套管壁的厚度灵活调节。

10、具体地，一个可选的实施例中，所述数据采集模块由单片机控制按每微秒为周期记录一个波动压力值，按每秒为周期生成一组波动波形数据，传输至单片机。

11、进一步地，一个实施例中，所述数据采集模块配置为：

12、把实测到的压力波面换算成表面波形；在低频侧应用压力波谱转换得到表面波谱，以便提取波动压力对应波形的波形特征。

13、作为本发明的进一步改进，一个实施例中，所述数据采集及处理模块金属外壳远离井口套管壁的底端设置有状态灯和便捷开关。

14、具体地，一个可选的实施例中，单片机配置为根据波动压力和波形特征不同将两波动曲线剥离，进而基于预设的波形自动加密的波高阈值识别有效波高大于阈值的时刻，生成相应的提示信息，并控制状态灯开启。

15、优选地，一个实施例中，所述数据采集及处理模块金属外壳远离井口套管壁的底端还设置有外部接口，外部接口一端与单片机连接，另一端与外置数据处理系统连接，用于传输压力波动数据，波形数据及识别结果信息。

16、基于上述任意一个或多个实施例中所述装置的应用方面，本发明还提供一种基于关井水击效应的高频压力波动监测方法，该方法包括：

17、确定属于关井待测时段时，启动关井水击效应的高频压力波动监测装置；

18、由单片机控制数据采集模块按照每微妙为周期获取实时波动压力值，按照每秒为周期把实测到的压力波面换算成表面波形；

19、在低频侧应用压力波谱进而转换得到表面波谱，进而提取波动压力对应波形的波形特征；

20、利用单片机将采集到的波形特征数据转化为离散的数字序列并存储或上传至外置数据处理系统；

21、数据处理系统对转化后的波形对应数字序列进行波形重构和波形参数测量，并通过交互界面实时面向用户展示，其中采用波形内插的方法实现波形重构。

22、基于上述任意一个或多个实施例中所述装置的其他方面，本发明还提供一种存储介质，该存储介质上存储有可实现如基于上述实施例中所述方法的程序代码。

23、与最接近的现有技术相比，本发明还具有如下有益效果：

24、本发明提供的一种基于关井水击效应的高频压力波动监测装置，该装置包括：压力波动采集模块和数据采集及处理模块，压力波动采集模块固定设置在井口套管壁内侧，包括高频压力传感器和与之集成设置的压力波接收窗口，用于实时采集井口流体的压力波动信号；对波动压力的监测灵敏度高，能够对微小波动压力监测识别；可以高效、方便及快捷的得到测量期间的随时间变化的压力波动信号；

25、数据采集及处理模块设置在井口套管壁外侧，与高频压力传感器通信连接，对压力波动信号进行转换、分析、存储及外传展示；数据采集及处理模块包括金属外壳、数据采集模块，数据存储模块、单片机和内置电源。利用数据采集模块进行波动压力数据和波形特征数据的实时采集，充分利用单片机的软件资源，明确关井初期井口压力受水击效应影响的变化规律，电路简单，功耗低，可靠性高，精确度高操作简洁，不需要依赖大量电缆线资源，消除冲击效应的影响基于井口压力计算井底压力时可获得较高精度的计算结果，为早期试井解释提供理论依据。

26、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。