第七节抽油机井测试仪器

第七节抽油机井测试仪器一、液面测试仪器二、液面自动监测仪

三、电子示功仪四、综合测试仪五、抽油机井无线遥测诊断系统第七节抽油机井测试仪器

井下液面测深仪（也称液面回声仪）是专门用来确定井下液面位置的仪器。主要用于测试抽油机井动态液面深度或测试油井的静态液面深度。根据套管内油面高度及其变化，可推算出油层压力与井底压力。一、液面测试仪器

液面回声仪的更新换代很快，现各油田使用仪器型号较多，但其构造原理大致相同。各油田使用的部分液面测试仪技术参数见下表。型号生产厂家技术参数精度，%测深，mCJ-6贵州航天凯山石油仪器有限公司110~3000HSY-Ⅲ北京金祥天公司110~3000TR/JY6060江汉石油管理局仪表厂110~3000目前各油田使用的部分液面测试仪技术参数表（一）仪器结构

液面测试仪由记录仪和井口装置组成。

记录仪：由放大器、滤波器、操作面板记录机构、电池、充电器等组成。

井口装置：由发生器、微音器和井口连接器等组成。ALT-I型油井液面监测仪

井口连接器又称井口发生器，俗称炮枪，是液面测试仪的配套装置。井口连接器可分为声弹型、气枪型和气弹组合型。CJ-1型回声仪配用井口连接器CJ-6型回声仪配用井口连接器声弹型井口连接器的构造及用途

可分为单发和多发两种类型，但其结构原理基本相同，通过击发声弹来产生信号。其结构主要由发生装置、微音器和枪体组成。SMJ-1声弹型井口连接器微音器发生装置枪体

发生装置主要由枪击部分（引爆扳手、凸轮、撞针及弹簧等）和弹膛组成。将声弹装入弹膛内，通过转动引爆扳手使撞针在弹簧的作用下突然下冲，冲击声弹底火引爆发声，产生脉冲信号向井下传播。

微音器结构由微音室和微音器组成。微音器外部用塑胶密封封装，内部为管柱形压电陶瓷结构，端部装有电缆插座，装在微音室内。其主要功能是将声压信号转变为电脉冲信号输出记录仪。

枪体部分主要由枪体、异形接头盒放空阀等组成。通过异形接头将井口连接器与井口连接。通过放空阀可排放压力更换声弹，或卸掉井口装置。

利用气瓶或油井套管气（套压>0.7MPa）向枪内充气，使枪体气室与油套环空形成压差，迅速拉动拉环扣，使其产生压力脉冲向井下传播。气枪型井口连接器的构造及用途SMJ-7气枪型

（1）充放气结构。包括充气瓶、充气连接件、压力表、充放气阀和快速连接器等。

（2）盖板组件。包括节气杠杆、拉扣组件、气阀、通气管、测压阀及枪体等。

（3）微音器结构。由微音器、导线管及插座组件等组成。气枪型井口连接器的构造及用途气弹组合型井口连接器

气弹组合型井口连接器是将上述两种井口连接器组合在一起，既可使用声弹，又可使用气体的一种装置。其工作原理与以上两种井口连接器基本相同。SMJ-3气弹型回声法探测液面流程图

回声仪的声波脉冲发声器安装在井口，产生的脉冲声波在沿油套环形空间向井底传播，途中遇到回音标和油气界面等障碍物即发生反射，反射脉冲传到井口被回声仪的微音器接收，并将声波反射脉冲转化成电信号，电信号经放大，再由检流器分别将反应接箍波的高频部分，以及反应较大障碍（音标，油管锚、射孔炮眼和气举阀）液面的低频部分分开，仪器记录下声波信号，进行数据处理得到液面深度。（二）工作原理

井口发出声波脉冲，并将接收到的脉冲型号绘制成曲线。声波脉冲首先在井口以较大波幅被记录在曲线上，这称为井口波；声波脉冲沿井筒向井底传播，遇到每个油管接箍，有部分脉冲波被反射回来，这些波脉冲强度很小，以较小波幅记录在曲线上，称为接箍波；脉冲声波继续往下传播遇到回音标时，一部分脉冲声波又被反射到井口，以较大波幅记录在曲线上，称为回音波；另一部分脉冲声波传播到气液界面后才被反射到井口，以较大波幅被记录在曲线上，称为液面波。井口波接箍波液面波双频道回声记录曲线图液面位置的计算方法

一般采用回声仪测量环空液面，利用声波在环形空间中的传播速度和测得的反射时间来计算其位置。式中：L—液面深度，m；V—声波传播速度，m/s；t—声波从井口到液面，然后再返回到井口所需要的时间，s；声波速度可以由不同的方法来确定。（1）音标法（2）接箍法（3）理论音速法音标法

预先装上音标，音标位置在液面以上。根据已知的音标深度L1和测得的音标反射时间t1就可以确定音速V：将V代入可得：

下图为有音标的井内测得的典型声波反射曲线，A为井口发射枪发声的记录点，B为波从音标反射到井口时的记录点，C为声波从液面反射到井口的记录时间。音标反射曲线接箍法

当井内没有安装回音标或者回音标被液面淹没时，可以用油管接箍推算液面深度。下入井内的每根油管长度已知，若求出液面以上油管数量，就可算出液面深度，由分析得到以下公式。a—两个相邻接箍产生的反射波脉冲的长度记录；L1—在记录曲线上选择的油管接箍波较清晰的一段曲线长度，mm；x—在记录曲线上选用的L1线段内接箍波个数，一般取x为10。由反射脉冲波数值可以计算液面处的油管数：N—井筒内气液界面以上的油管个数；Le—井口波至气液界面脉冲反射波在记录曲线上的长度，mm。

从而得到计算液面公式液面深度：—单根油管长度，m

井下压力计探测液面

当井下液面较深，套压为零时，回声法受到仪器性能的限制将难于测定井下液面位置。因此，在进行人工举升采油时，通常用下压力计探测井下液面位置，为机械采油提供较准确的沉没深度。

在作业时起出油管后(或借助偏心井口装置)，将压力计下到预定的几个深度，测出不同深度的压力值，计算压力梯度。由压力梯度突变值确定“气液界面”。用液柱内的第一个停点深度压力值推算出并下液面位置。测试方法：常见故障原因排除方法子弹意外走发1、枪机未扳到安全位置将枪机扳到安全位置2、撞针未缩回使撞针缩回并用安全销锁住走纸速度不均匀1、电源不稳定调整电源，使之稳定2、驱纸结构有磨损清除摩擦，调整好传动部分间隙井口连接器严重漏气1、密封填料坏更换密封填料2、未关排气阀关闭排气阀（三）常见故障及排除方法常见故障及排除方法表（一）常见故障原因排除方法测试曲线有杂波干扰1、操作不稳平稳操作2、灵敏度未调整好有自激现象调整好灵敏度，清除自激现象测不出记录曲线1、微音器内被污物堵塞清洗井口连接器及微音器的内外2、记录笔电压不够给仪器充足电常见故障及排除方法表（二）仪器介绍：（1）CJ-I型双频道回声探测仪CJ—I型双频道回声探测仪，是由大庆油田采油工艺研究所与贵州凯山并岗山仪表厂根据美国D—bB2型双频道回声仪仿制而成。CJ—I型双频道回声探测仪记录仪电原理图工作原理

通过与套管连接的井口连接器，击发一颗发声子弹产生声脉冲，声波脉冲沿着油套环形空间向井下传播，当遇到油管接箍、音标和液面等障碍物便产生反射脉冲，返回的声脉冲由微音器接收转换成电脉冲，然后通过两个通道放大、电路整形、滤波后，由两支电磁记录笔分别记录下来。一支笔主要记录接箍反射波的高频，另一支笔记录液面和其他较大障碍物反射波的低频。技术性能最大探测3000m，误差<10m额定工作压力10.5MPa最大安全压力

21MPa试验压力30MPa充电器工作电压220V/50Hz内装蓄电池全充放电200次循环以上，充足电一次可测试100井次以上记录走纸速度快档100mm/s（工作速度）误差≤1.5%

慢档10m/s（调整速度）记录纸稳定度纸速100mm/s时，传送记录纸稳度±0.2%工作温度-40℃~55℃相对湿度85%（20℃±5℃）外形尺寸与重量井口连接装置500×350×300mm：27kg

放大记录仪400×250×220mm：13kg发生子弹外径为11.06mm，内装特种无烟火药，其声响在100dB以上

每条液面曲线必须有高低两个频道记录的波形，波形清楚，连贯易分辨。两条曲线上的井口波、音标波、(没有回音标时，无此波)液面波应分别对应重合，并用A、B、C标注解释。接箍波形清楚能分辨。对液面较浅的井（500m以内）应有二次液面波的反映记录，对液面较深的井应有井口波、音标波和液面波的完整曲线。CJ—Ⅰ型双频道回声仪液面记录曲线验收要求（一）

曲线记录的液面波峰明显，幅度不小于10mm，测不出液面波的曲线必须重复测两条。接箍波记录曲线上井口波宽度不大于5mm，曲线上第一个波出现的记录长度不大于15mm，漏解深度不超过10m(一根油管)。每条曲线上必须标注井号、仪器号、挡位、油套压、测试日期。CJ—Ⅰ型双频道回声仪液面记录曲线验收要求（二）CJ—Ⅱ型气枪式双频道回声仪与CJ—I型基本相同。所不同的是该型仪器的井口连接器采用气枪式。气枪式井口连接器结构示意图（2）CJ-Ⅱ型气枪式双频道回声探测仪（3）SH3型回声仪

仪器结构主要由两大部分组成：1、发生-转换系统发音器包括枪机、枪体、子弹和枪管。收音室安装在枪体侧面，通过枪体上的声道孔接收反射回的声压信号。换能器换能器装在收音室内，它将收音室收到的声压信号转变成为电信号输出，供二次仪表接收记录。2、记录仪表

SH3型测深仪的二次仪表包括放大-记录仪、报警器、充电器箱体等。SH3型回声探测仪发声-转换系统结构图工作原理一次仪表的换能器输出的电脉冲信号，经前置放大器放大后，送至液面波和接箍波滤波器，由滤波器选出所需的接箍波和液面波信号，滤除其它干扰和杂波。滤波器选出的信号送到可调增益放大器，通过面板上的旋钮可调节增益，即改变仪器的灵敏高度和记录曲线的清晰度。信号经功率放大器放大后，推动动圈式记录笔头，将接箍波和液面波记录在纸带上。SH3型回声深测放大——记录仪电原理图

通道的自动转换由转换控制器和两个比较器共同完成。当面板上测量开关置于“自动”位置时，按动一下抑制按钮，电路将处于接箍通道接通状态，液面通道断开状态。这时，一次表若有接箍信号输出，即被记录在纸带上。待接箍信号衰减到一定值，接箍通道自动断开，液面通道自动接通，液面反射波将被记录到纸带上。SH3型回声深测仪面板图发声——转换系统工作压力8MPa发声装置激发可靠性100%记录仪表走纸速度100±5mm/s走纸速度稳定度（区位码1228）0.5%可测液面深度对套压（区位码1228）0.5MPa的井不小于1500m对套压>0.5MPa的井不小于2000m功耗小于10W工作环境温度-30℃~40℃仪表外形尺寸一次仪表360×130×195mm二次仪表330×250×190mm仪表重量：10kg其中发生转换系统4kg记录仪表6kg技术性能

每口井至少测两条曲线，每条曲线必须有高低两个频道的波形，波形清楚、连贯、易分辨。无波时的曲线波动幅度不大于3mm。两条曲线之间波形互相对应，易于识别，且记录的液面波长度误差每100mm不超过±3mm。曲线上井口波、音标波、液面波应分别用A、B、C标注。接箍波从井口标注到10-30根油管为止。每条曲线应标明井号、日期、油套压、仪器号。SH3型回声仪波面记录曲线验收要求

液面自动监测仪按一定时间间隔程序自动测量抽油井环空液面和井口套压，由大庆油田根据美国液面自动监测仪的提示，结合油田测被面恢复的具体实践与贵州凯山井岗山仪表厂共同设计研制而成。二、液面自动监测仪

由控制仪、井口装置和三根连接电缆组成。ZJY-1型液面自动监测仪结构图1-井口装置；2-控制仪；3-电源插头；4-信号电缆；5-加热电缆（一）结构：Z80微型计算机(1)控制仪放大驱动接口电路箱电源组合控制显示面板由四大部分组成：ZJY-1型液面自动监测仪面板示意图1-六位LED显示器；2-收录式插孔；3-键盘；4-微机工作模式开关；5-打印机电源开关；6-11位琴键开关；7-面板加热开关；8-总电源开关；9-频响开关；10-加热电源指示灯；11-电源指示灯；12-加热电源保险丝；13-总电源保险丝；14-灵敏度开关；15-面板加热指示灯；16-微机打印机

微机是一种适应恶劣环境而设计的密封、抗震、加固型微机，它能完成控制和数据处理任务。

放大驱动接口电路箱内装有滤波放大器、电磁阀驱动器、振荡器等电路板，完成传感器、执行部件与计算机之间的信号放大、转换和匹配作用。

电源组合提供全套仪器工作所需的各种交直流电源。有直流稳压电源：两组+5V、一组+12V、一组-12V，直流无稳压电源：一组+60V。

控制显示面板上装有“频响”、“灵敏度”、“电源”等开关和一组11位琴键式开关，还装有一个微型打印机、六位LBD显示器及29个按键组成的键盘。测试时可进行参数输入、仪器设置及资料的显示和打印等操作。(2)井口装置ZJY-1型液面自动监测仪的井口装置发声方式有两种：一是放气发声方式；二是充气发声方式。

井口装置主要由自动气枪、压力传感器组件，微音器组件，连接体组件，加热组件，连接头，减压阀等组成。井口装置的主要作用是在计算机的控制下，自动定时产生初始声脉冲，该声脉冲沿环空向并下传播，遇到油管接箍、音标、气液界而成其它障碍物，产生反射声脉冲，由井口装置中的微音器接收，将信号送入计算机处理，计算机将处理完的数据通过打印机打印，完成一次测试。ZJY—1型液面自动监测仪井口装置示意图A室

由控制仪发出信号，使放气电磁阀动作，放掉A室里的气体，造成A室与油套环空中的压力差。再发信号使电磁铁动作，带动杠杆机构动作，使油套环空中的高压气体突然释放到A室，在环空中产生初始声脉冲。

放气发声方式

测试时，控制仪发出测试信号，首先由压力传感器测试井口套压，并由计算机判断套压是否≥0.4MPa，如果套压≥0.4MPa，采用放气发声方式。

在充气方式中，当A室的压力到一定程度时，压力继电器动作，断开充气电磁阀电源。保证A室压力恒定在一定数值，以满足充气发声的压差要求。

充气发声方式ZJY—1型液面自动监测仪井口装置示意图A室

当计算机判断压力传感器测得的井口套压<0.4MPa时，采用充气发声方式。控制仪向充气电磁阀发出信号，充气电磁阀动作，使高压氮气通过连接组件、减压阀和高压软管进入A室，造成A室与环空之间的压差。其它动作与放气发声方式相同。不同的只是充气方式是A室向井筒环空里释放高压气体，使产生的声脉冲幅度与放气方式相反。液面测深范围

10~200m液面测深精度0.5%套压测量范围0~8MPa套压测量精度0.5%最大连续监测时间10080min（7d）累计时间误差每天不大于20s

充气发声方式井口装置的主要结构及用途：

气瓶：内装气体向井内注气。

连接体组件：一端与气瓶连接，另一端用高压软管连接减压阀，上端装有压力表，可显示气瓶压力。

减压阀：与充气阀连接，通过调节可控制气瓶注入枪内压力的高低。

充气阀：由计算机控制，定时打开充气。

压力继电器：控制充气阀的关闭。

击发机构：由计算机控制向井内发射气体脉冲信号。击发机构是关键组件，它工作的好坏，直接影响测试结果。

放气阀：当套压高于0.4MPa时，通过放气阀可产生反向气体脉冲信号。微音器组件：将接收到的气体脉冲信号转变为电信号传输给控制仪。压力传感器组件：将套压转换为电信号。加热组件：当野外温度低于零度时，自动给仪器加温，当野外温度高于一定温度时，自动停止加温。壳体组件：与井口连接，放气阀可放空压力。(3)连接电缆

仪配器有三根电缆：一根粗电缆为信号电缆，连接控制仪与井口装置，传输指令，接收信号；一根为外接电源电缆，给仪器供电及充电；一根为加热电缆。ZJY-1型液面自动监测仪采用回声测深的原理测试抽油井的环空液面。测试过程在计算机控制下自动进行。井口发声装置白动定时发声，由装在井口的微音器（声传感器）和压力传感器，接收井口声波和井下声波反射波以及套压信号，同时通过有关电路伎信号进入计算机进行处理解释，由打印机打印出测试结果。(二）工作原理：ZJY—1型液面自动监测仪原理框图

测试过程是在计算机控制下自动进行，自动定时发声，自动测量和计算液面深度，自动录取井口套压，同时记录测量时间，并以数字形式打印出包括日期、井号、测试结果数据等测试记录清单。

液面曲线上井口波、音标被和液面波清晰可辨。手动测量所得三小段曲线波形与液面曲线上三个被波形基本相同。调试记录数据齐全，漏取率不超过总时间的十分之一，且不在关键部位ZJY-1型回声仪波面记录曲线验收要求（三）ZLY-1型液面自动监测仪三种测试方式

（1）方式1（FS1）：利用已知音标深度测定本井口声速，由此确定液面深度。

（3）方式3（FS3）：预置平均声速，由此确定液面深度。

（2）方式2（FS2）：利用某一段油管接箍测定本井口声速，由此确定液面深度。ZLY-1型液面自动监测仪ZLY型液面自动监测仪结构和原理与ZJY-1自动监测仪相同。（四）测试时间间隔程序

如不输入时间间隔（T），则仪器自动执行下表所列时间程序。时间间隔，min510204080160重复次数，次88881652

如输入时间间隔（T），则仪器自动执行下表所列时间程序。时间间隔，minT2T4T8T16T32T重复次数，次888816102

允许使用的时间间隔T为2-10min，最大时间间隔32T，不大于255min。气井液面测试仪测试过程（2）液面监测一（单通道液面监测仪）①打开考克，排出发射枪内气体，至碱桶内。②关闭枪阀1、3，并缓慢打开阀门1泄压3MPa后迅速关闭。③打开测试仪器以及电脑并运行相关测试软件。④迅速开启阀3激发测试。⑤测试结束后根据现场测试情况保存测试数据，并关闭阀3。⑥重复步骤②③④，其中步骤②中泄压2MPa，并保存测试数据。单通道测试图测试过程（3）液面监测二（双通道液面监测仪）①拆掉单通道液面监测仪，并连接好双通道记录仪。②缓慢打开阀1泄压2MPa后迅速关闭。③打开测试仪器并迅速开启阀3激发测试。④根据测试液面波形质量确定是否保存测试数据。⑤关闭阀3，打开阀1泄压1MPa后迅速关闭，重复③④步骤。双通道测试图H5-C3井现场试验情况实际位置1477.49m变径位置1477m液面位置1731m实例1：卫77-3井液面、套压连续跟踪产能测试。在7天的监测过程中，套压一直上升、液面上升，并周期性的有三次较大幅度的上升，分析原因可能是井筒内结蜡或其它原因造成井筒部分堵塞，导致井底流压上升，生产压差变小，产量下降。根据测试情况热洗后产量回升，生产达到稳定。7.19-25日监测的液面变化曲线7.19-25日监测的套压变化曲线流压随时间变化曲线（三）现场应用卫77-3井8月9日测试的液面（套压0.0MPa、液面296米）

力1井是内蒙新区的一口探井，从2009年8月23日开始抽吸，9月1日—3日进行压裂作业。作业后转抽，初期连抽带喷。目前生产层位巴二段、巴音戈壁组，井段3178.2－3339.9m米，厚度19.8米/11层。2009年9月13日测试时在工作制度φ44×4.2×6×1996.15下，日产液10.5吨，产油9.0吨，含水9%，正常生产。14-16日间歇出油、气，日产油3-5t/d左右。自2009年9月13日21点30分开始测试动液面，在套压1.6-1.9Mpa之间，液面变化范围2000-2020米之间。2009年9月18日13时10分开始关井，连续测试液面和套压随关井时间变化的资料，2009年10月1日15时结束。获取的液面、套压资料变化规律性强。力1井液面随时间变化曲线力1井井底压力随时间变化曲线力1井套压随时间变化曲线

双对数拟合曲线早期段井储效应长，从dp/dt关系曲线看大约持续了34小时，结束后，曲线单调下降，压力和压力导数曲线以近似1/2的斜率上升，反映地层微裂缝特征，测试到59小时后压力导数曲线上升到最大值后下掉后变平，进入径向流阶段，未出现边界。力1井双对数曲线图1、油层渗流能力分析：有效渗透率0.179×10-3μm2，为特低渗透储层；

2、储层污染状况分析：表皮系数为-4.44，反映上次酸压近井地带得到改善，表明近井地带没有污染，产能低原因是渗透率太低、渗流阻力大。

3、地层能量评价：从恢复液面数据分析，关井累计317小时，套压由1.673MPa上升到3.412MPa，液面由2027米上升到1482米，上升了545米，说明该井的地层能量有限，供液能力差。建议：进一步采取压裂等改造措施，改善地层的渗流能力。分析评价：分析结果表参数名称参数值纲量双对数拟合霍纳法分析地层系数3.5543.044md.m井筒储存系数16.178m3/MPa表皮系数-4.441-5.514流压11.334MPa外推地层压力19.05018.572MPa有效渗透率0.1790.154md生产指数1.3068m3/（d.MPa）

实例3：明225H井是文明寨油田的一口抽油井，生产层位S二下3三下2.3，井段1647.1-1873.9米，厚度12.4/9层。2010年5月12日测试时在工作制度φ44mm×1494.11×6×4.8下，日产液38.9吨，产油1.6吨，含水95.8%。

通过短期关井液面恢复规律测试，了解目前地层压力、流压，求取渗透率、表皮系数等地层参数，认识储层类型，为下一步工艺措施及工作制度的调整提供依据。

双对数曲线早期是变井储反映，井储结束后进入径向流，用均质模型曲线拟合较好。解释有效渗透率6.61md，为低渗透储层。表皮系数为-4.54，表明该井近井地带较为完善。建议维持正常生产，下次作业找堵水。明225H双对数曲线图明225H双对数曲线图参数名称参数值纲量地层系数81.9md.m井储系数0.934m3/MPa流压5.34MPa地层压力12.453MPa有效渗透率6.61md采液指数5.471m3/(d.MPa)分析结果表三、电子示功仪

根据深井泵光杆在抽油过程中负荷的变化情况来检查深井泵工作状态的一种仪器。电子示功仪取代了机械动力仪，并且在不断地更新换代，发展到目前的综合测试仪。型号类型技术参数精度，%载荷，KN位移测量范围，mCY611水力式动力仪0.20~1000~3.3DYM-77西德（液压)0.20~2200~8SG3仿（西德液压）0.20~1400~3.6DXD美国（△/X)(卡光杆）5.00~1400~6DLY-3贵州航天凯山石油仪器有限公司2.00~1600~9DLY-3a贵州航天凯山石油仪器有限公司2.00~600~6DLY-3b贵州航天凯山石油仪器有限公司2.00~1000~7DLY-4贵州航天凯山石油仪器有限公司2.00~1000~7DLY-4A贵州航天凯山石油仪器有限公司2.00~1000~9目前常用电子示功仪参数表（一）结构

电子示功仪主要由载荷传感器、位移传感器、单片计算机系统及连接电缆等组成。SM40YBC电子示功仪（二）工作原理

由载荷传感器将光杆负荷通过应变片变换成电信号，经过放大、滤波后送A/D变换。由位移传感器将光标杆位移变换成电信号，经过放大、滤波后送A/D变换。CPU将采集点存在数据缓冲区，并将地面示功图显示在LCD显示屏上，通过外输插口与打印机连接起来，可打印出示功图。四、综合测试仪

综合测试仪是液面测试仪和电子动力仪组合仪器，可进行地面示功图、电流图、漏失曲线、油井液面测试和记录，还可以进行泵功图的绘制和抽油机系统的分析。

主机：标准的工业控制机。

传感器：由载荷传感器、位移传感器（或二合一传感器）、电流传感器及传输电缆组成。

操作系统：有采集操作系统、汉字系统及诊断系统。采用两种数据存储办法，一种是标准驱动磁盘存储，另一种是模块存储。（一）仪器结构

仪器采用传