海上油气井出砂监测系统现场安装浅析

摘要：经过前期大量室内研究及试验，项目研制出的油气井出砂监测系统能实现对井口出砂情况的实时监测，且能实现出砂监测结果的实时反馈。和室内试验室条件相比，生产现场监测环境复杂，需要开发一套适用于现场复杂条件下的出砂监测系统安装及测试方法，以便将监测系统进行大范围应用和推广。本项目将室内出砂监测系统应用于渤海某油田，经过现场勘查、改造、安装和测试，总结出一套适用于生产作业现场的油气井出砂监测系统安装和测试方法，通过一定时间的监测，证明该套系统可以满足复杂条件下的生产现场出砂监测，监测效果良好。

关键词：有效性验证；现场安装；出砂监测；现场测试

0引言

油气井生产过程中经常会出现出砂的情况，控制不当会影响油气井的产量，严重时会损坏作业现场生产设备设施、甚至导致安全事故。在海洋石油资源高消费的生产情况下[1]，采用适度出砂的生产方法[2]，可提高油气井开发效率。而采用适度出砂技术需要一种有效的出砂信号监测系统来实时监测出砂状况[3]。本套监测系统可通过对油气井实时出砂监测，结合现场生产作业情况，调整相关生产参数，将出砂量控制在合理范围内，达到延长油气井生产寿命、实现产量最大化的目标。在监测系统正式开机监测前，需采用正确的安装方法安装监测系统，安装完成后对监测系统进行有效性验证，排除现场干扰信号，使监测系统的监测结果准确可靠。

1出砂监测系统

油气井出砂监测系统包括传感器、低噪声电缆、多通道数据采集仪、工作电脑、信号采集分析软件。在监测现场用传感器采集砂砾撞击管壁产生的高频振动信号，通过低噪声电缆将信号传输至多通道数据采集仪，采集仪及监测软件将监测到的信号进行滤波、信号放大、时频分析等处理后，将处理结果实时反馈，从而达到实时监测井口出砂情况的目的。

2传感器现场安装

2.1安装位置

出砂高频振动信号是由于砂粒拥有一定的惯性在原油流动的弯头处撞击管壁产生的，砂粒撞击管壁的位置一般在管道弯头下游的两倍管径外侧。将传感器安装于砂粒撞击管壁的位置，以获取最大的出砂信号，保证出砂监测系统的灵敏度。

2.2安装管道预处理

安装管道与传感器接触部位需保证一定的平整度，安装前清理监测现场管道表面油污、油漆等，同时用砂纸打磨平整，保证传感器能充分与管道接触，同时在传感器与管道接触部位涂上一定量的耦合介质。

2.3安装方式

监测传感器用钢制扎带固定的方式安装于被监测管道，目的在于使传感器更好的接收到砂粒撞击管壁产生的高频振动信号。采用钢制扎带的优势在于钢制扎带本身的重量小，降低了对传感器接收信号的影响，同时保证传感器以接近于刚性连接的方式与管道连接。

3低噪声电缆安装

低噪声电缆一端与传感器连接，另一端与采集仪连接。由于监测现场环境复杂，存在海水、油污、湿度大等问题，为避免各种环境因素影响接头的信号传输性能，对电缆与传感器的接头处做密封处理，确保信号的有效传输。现场用703胶对接头进行密封，同时用热缩管对接头进行再次密封。

4采集仪及电脑安装

采集仪连接上低噪声电缆后，用数据线将电脑与采集仪连接，采集仪和电脑均需电源供电。监测系统安装完成。

5监测系统的滤波设置及有效性测试

传感器采集到的信号经过滤波处理，除去现场的干扰信号。干扰信号包括生产作业现场的机械噪音、结构性噪音、液气混合物噪音等。滤波设计主要分为低通、高通、带通和带阻4种[4]。经过现场调整设计，滤波器可除去现场干扰信号。监测系统的信号分析方法主要包括时域分析、频域分析。时域分析研究振动大小随时间变化的波形，频域分析是建立在傅里叶变换基础上的时频变换处理[5]。在监测系统中主要体现为频谱图模块、功率谱图模块、色谱图模块等，在现场正式监测前应分别对监测系统的各个模块进行有效性验证，确保监测结果的准确性、精确度。

5.1滤波设置

监测现场不同井口的监测环境不同，系统安装完成后，在正式开机监测前需进行系统的滤波器设置，以防止现场其他振动信号对出砂信号的干扰。可分别采用高通、低通、带通、带阻4种采集模式，观察出砂信号的频率段分布特征，调整通带设置，使监测系统的图谱达到最有利于观察出砂特征信号的状态。

5.2频谱图模块验证

监测系统的频谱图模块主要分析监测到的振动信号在不同振动频率段的分布情况，若被监测井口有出砂情况出现，在频谱图中的出砂特征频率段内会出现明显的信号峰值。为验证监测系统频谱图模块的有效性，现场分别选取两口出砂井和不出砂井进行监测，并与现场原油化验结果对比。对比结果详见表1。BZ-A1、BZ-A2现场化验结果不含砂，对应的频谱图均无信号峰值，BZ-A3、BZ-A4现场化验结果含砂，含砂量均为0.03％，含砂井口对应的频谱图有信号峰值，说明频谱图模块能有效的对井口出砂情况进行实时监测。监测系统的频谱图模块验证完成。

5.3功率谱图模块验证

功率谱图可将采集到的信号拆分为不同频率段的信号，并分别观察不同频率段信号的功率值的大小。为验证监测系统功率谱图模块的有效性，现场分别选取两口出砂井和不出砂井进行监测，并与现场原油化验结果对比。对功率谱图模块进行现场验证，验证结果详见表2。BZ-B1、BZ-B2现场化验结果不含砂，对应的特征频段功率值较小，BZ-B3、BZ-B4两口井现场化验结果均为含砂0.03％，对应的特征频段功率值较大，说明监测系统的功率谱图模块功能正常，监测系统的功率谱图模块验证完成。根据现场监测结果，不同井口的出砂特征频率段可能不同，需根据现场实际情况确定各个井口对应的出砂特征功率段范围。

5.4色谱图模块验证

监测系统的色谱图模块，若井口出现出砂情况，在对应的图谱中会有不同于背景的颜色出现。现场分别选取两口出砂井和不出砂井进行对比验证，验证结果详见表3。BZ-C1、BZ-C2化验含砂量为0，均为不出砂井，其对应的色谱图都没有明显变化，BZ-C3、BZ-C4化验结果均为含砂量0.02％，均为出砂井，对应的色谱图出现了不同于背景颜色的特征信号，说明色谱图模块能有效进行监测。色谱图模块验证完成。

6结论

油气井生产现场环境复杂，监测系统安装过程烦琐，影响监测结果的因素较多。为保证监测系统能有效监测到井口的出砂信号，需排除其他因素干扰。经过监测现场实际应用，总结了一套油气井出砂监测系统现场安装、测试方法，促进了监测技术产业化发展，为监测系统现场安装应用提供一套完整的解决方案。（1）现场监测时可采用观察调整法，对滤波器进行设置，使监测系统达到最有利于观察出砂特征信号的状态。（2）监测系统应按照传感器、低噪声电缆、采集仪、电脑的安装顺序安装，需确保传感器接触面、各个硬件的接头接触良好，同时保证接头的密封性。（3）监测软件的各个模块可采用对出砂井和不出砂井同时监测对比的方法来确定其有效性。（4）若监测系统监测的准确性达不到要求时，需对现场可能会影响监测结果的各个因素进行逐一排查，直至监测系统满足现场的监测要求。

作者:张昕 方传新 刘洋志 吕征 单位:中海油安全技术服务有限公司