1、酸化压裂液位测量系统研发及其应用摘 要：本文介绍了一种油田酸化压裂作业中，液（砂）位测量采集与管理的专业应用系统，通过物位计、信号采集单元、无线传输单元、工作站的集成。实现了对压裂现场液位及砂位测量与动态分析，系统具有准确性、安全性、稳定性、及时性以、高效性及数据回放等特点。 关键词：酸化压裂液位测量 实时采集 无线传输 数据存储 回放 压裂工艺是油气井增产的一项主要措施，是中、低渗透油田勘探、开发工程序列中的重要环节，在各油田普遍采用。我们根据实时测量的压裂液来为压裂作业提供参考。压裂现场属于高压危险作业，作业人员应远离高压作业区域，确保人身安全。以往压裂车上带有车载流量计，但只能测量流出罐
2、的压裂液体积，不能整体反映罐内液体变化和剩余液量等参数；如果车载流量计系数设置错误，得出的结论也不正确，不能为压裂作业提供正确的参考依据。压裂作业现场急需既能实时测量剩余液量，又能计算出用液量（砂量） ，同时还能计算出流量的测量系统，为安全作业提供科学参考。 “酸化压裂液位测量系统”可实现对多个液灌和砂灌的测量、实现全“远程”自动智能监控、智能计算，具有精度高，反应灵敏的的特点，可随时读取、提取各项关键数据、所有的前端数据均可实现柱状、曲线的形式进行显示；用户根据现场需要，设置上下限报警值，达到该值后，即刻发出报警，提示操作人员引起注意；所有历史数据均可实现存储、回放，为压裂作业提供参考、借鉴
3、作用。 一、井下酸化压裂液位测量系统的研发 根据用户压裂施工的特殊作业要求及安全生产的需求，满足了压裂施工中的相关作业人员随时能够对酸化压裂液液位（体积）和压裂砂料位（体积）的变化情况进行直观和详实的了解。该系统适用于压裂作业中各种液位（料位）变化量的实时测量。 酸化压裂液位测量系统包括四大部分：一是前端酸化压裂液罐液位传感器和压裂砂罐料位传感器，二是信号测控部分，三是无线数据传输部分、四是后台测量工作站及应用软件。 1.系统硬件的总体设计 通过对液位测量系统结构分析和功能模块的划分，系统分为传感器节点、安全隔离单元、采集单元、无线收发模块、供电模块等。传感器选用进口高精度传感器（西门子） ，
4、用于采集现场液（砂）位； 系统的硬件总体结构设计如下图 传感器输入的电流信号，经过信号隔离模块将传感器输出 4-20mA 的电流信号转变为 1-5V 的电压信号，接入本测控单元，本单元将输入的模拟电压转换为数字信号后，通过选定的 RS485 通讯接口传送无线射频发射端，无线射频信号的接收端将接收到信号经 RS232 接口送到工作站计算机系统，完成工程测量参数测量通道的采集。 2.采集单元的研发 为了适应现场的测控要求，采用新的技术降低系统构建的复杂性，减少测试和维护难度，提高系统可靠性。采用市场上通用的、成熟、单片机技术选用 STC 8051作为处理器，系统模数转换芯片采用ADS7807，系统
5、提供 8 个动作执行单元作为扩展备用；系统提供 RS485 和TCP/IP 两种通讯接口模式；各个单元均可以独立设定单元地址编码和 IP地址。系统可扩展为 n 个采集单元（8n 个通道） ，方便了系统的扩展。 3.电源模块部分 系统供电分为两部分，前端罐区仅需要现场提供的 220V 交流电，后台仅需要为工作站及无线模块提供 220V 交流电。系统内部定制军用电模块 YK50D-220D0524Z 为系统提供安全可靠的保障。 4.无线模块部分 本系统采用上海桑博电子科技有限公司提供的“STR-30”型微功率无线数据模块，该模块的最大发射功率为 10dbm，工作在频率为 429-433Mhz，系统
6、工作 ISM 频段，在视距情况下，天线高度1.5 米，可靠传输大于 800 m 小于 4000 m（BER=10-3/1200bps） 。提供透明的数据接口，能适应任何标准或非标准的用户协议。 5.软件设计 软件采用MCGS 工控组态软件作为开发平台，数据采集主要通过查询方式进行，有远程监控端发出查询请求后，现场数据采集单元进行数据采集、计算、传输、及它响应操作（如报警提示） 。 软件界面 二、油田现场应用 2010 年 7 月 12 日，压裂酸化液位料位检测系统在新疆南疆拜城大北301 井进行了现场测试、使用、和验收。在工作人员的共同努力下，现场验收使用情况较好，设备软、硬件工作正常，性能稳
7、定，各项功能基本达到了设计的要求。由于是初次使用该系统，原定的传感器安装方式也暴露出一些问题，原因分析是由于液位传感器安装过低导致满罐时液位处于传感器的肓区，系统无法识别，和罐底部为锥形而非长方型，通过调整安装位置和调整计算方法，砂位的测量，在加砂过程中信号波动较大误差较大，该问题无法通过传感器进行矫正，软件采用加权平均算法后，系统测量与实际人卷尺测量相比，数据接近。具体如下：施工结束后，人工测量为 428m3，系统测量为 413m3，砂位人工测量为 17.54m3 系统测量为 16.28m3，误差 1.2m3。根据实际情况，做了调整。 2010 年 9 月 16 日，在新疆南疆拜城大北 10
8、2 井投入使用，作业人员反映施工过程中系统运行正常，施工结束后，系统测量压裂液剩余量数据数据为 206.5m3，该次施工配压裂液 18*40=720m3，另外配液 35m3，配氯化钙 35m3，共计 790m3，790-260.5=583.5m3。车载流量计测量为632.5m3，因施工中车载流量计排量略高 0.1m3，持续 260 分钟，共计26m3，所以系统与车载流量计误差 2.9%。新系统更接近于实际情况，要比车载流量计精确。 三、结束语 酸化压裂位测量系统提高了酸化压裂作业中对压裂液测量的精度，实时采集数据为现场作业人员提供可靠的参考。由于数据测量系统远程传输能力，保障了现场作业人员的安全。可以推广到钻井及井下作业等需要液位或砂位测量的场所，或需要测量及控制场所。 参考文献 1STC89C51RC 中文手册 2MCGS 工控组态软件 3STR-30 系列微功率无线数传模块使用手册
