井下作业质量监测技术的矿场应用与展望
（吉林油田公司长春采油厂，吉林 长春 130000）摘 要：井下作业质量监测技术，能够全程采集井下温度、油套管压力、下入油管根数、下入油管深度、地理位置等参数，所采集的数据无需人工干预，数据经过软件自动处理后，通过通信网络上传至服务器。管理者通过终端 APP 查阅软件自动处理后的数据，可以实时管理作业井的施工情况，即通井、刮蜡、热洗井、探砂、冲砂、负压抽汲等重点工序的作业时间和作业质量情况，此项技术既可以提高作业管理水平和工作效率，又降低了施工管理成本，可以基本上达到数字化井下作业的目的。采用井下作业常规工序和负压解堵措施，井下监测技术已实施矿场应用两口油井，各项作业施工均取得了良好效果。
关键词：井下作业；质量监测；施工过程；作业管理1 技术研究背景目前井下作业质量的监督依靠人工看管来确认施工质量和进度。
研发一种监测技术能对随油管作业的井下数据进行采集查阅，为作业施工提供具体量化、可追溯的作业资料。此技术在一定程度（可应用的工序）上可替代人工监督，最重要的是避免人工监督出现的管理漏洞以及工序质量造假等问题，便于对作业工序质量进行及时跟踪与评价，指导优化设计方案。
2 技术攻关进展
2.1 工具结构
井下监测技术的核心是井下监测工具，井下监测工具分为仪器供电工作区和信号发送区两个部份。
图 1 监测工具内外结构图
仪器采用上接头、结构主体、下接头，外加密封套筒的连接结构(图1)。结构主体上有充电接口、内置天线腔和电路腔体，电路腔体中安装有可充电电池组、电路板、具备定位功能的 GSM 通信模块、加速度检测传感器和温度传感器，在结构主体下部的不同角度上还安装有内压力传感器和外压力传感器，分别用来检测内外压力。
2.2 技术原理
仪器内部包括温度、压力、加速度三大传感器模块（图 2）。采用两路压力记录通道，一路采集油管内压力，另一路采集油管外压力，两个压力信号可用来对比作业施工中的压力变化。
图 2 监测工具内部电路原理图
地面视频监督装置对井场的作业情况进行视频记录，根据这些信息，可综合判断作业施工过程。施工时井下监测仪器随作业管柱下井，施工过程中监测仪器会自动记录数据。施工结束后，仪器会将施工过程中的所有数据发到服务器（包括定位信息和视频资料），作业监督部门可以足不出户，在办公电脑或手机 APP 上即可详细了解作业施工的详情，如井位地址、施工时间、起下次数、深度、作业时的压力、温度、姿态、振动等数据，并形成曲线图，形成可追溯的施工资料，可对作业过程和作业质量进行综合判断。仪器程序根据姿态、定位、振动等参数识别自身状态是闲置、运输或是下井，继而进入不同的工作状态，如休眠节能、存储或发送数据，无需人工干预其运行。仪器采用低功耗节能设计，每年预计进行两次集中充电和维护即可。仪器自身还具备电池电量检测功能，特殊情形下，如电池电量过低时，会发送警报至服务器，提醒用户。
2.3 功能特点
仪器可根据外部环境信号智能地判断工作状态，下井前自动开始工作，可实现作业施工过程中检测压力、温度，并通过加速度传感器监测振动量和姿态，计算出下井深度，通过 GPS 模块实现地理定位。
作业施工监测过程完成后，仪器自动将在井下记录存储的所有数据及定位信息通过 GPRS 模块发送至服务器，供作业监督查阅、分析。整个过程无需现场施工人员进行繁杂的操作，仅需要将仪器连接到作业管柱上即可，开机、记录、数据发送整个过程都是仪器自动无线发送。
（1）黑匣子模式。全自动工作模式，仪器软件可根据仪器状态自动判断工作模式，自动开机记录，作业施工完成后又自动发回数据，无需人为操作干预。
（2）长时间工作。仪器配备大容量、宽幅可充电电池，一次充电可连续工作 180d 以上，并具备低电量报警功能，提醒用户及时充电。
（3）适应性强。仪器具有大通径中心通道，可适应各种作业施工程序。
（4）数据真实可靠。数据实时加密传输，保证资料真实有效，杜绝人为改动可能。
（5）坚固耐用，全封闭结构，外观无活动部件，适应性强，可适应作业施工中的震荡和磕碰。
（6）具备定位功能。仪器具有水平、垂直定位功能和地理位置定位功能。内置电池，实时在线，可随时监测所在工作地点，即使丢失也可根据位置定位，快速找到具体位置。
2.4 技术优化研究
井下设备采用了整机全密封结构、金属壳全密封换能器、磁定位测试等技术，使仪器的可靠性、实用性和可维护性等都有了较大程度的提升；采用性能优良、稳定性好和可靠性高的传感器，保证了各信号测试的稳定性，零点漂移小；精确设计信号控制及处理电路，抗干扰能力强，测试精度高；高精度的恒流源保证了整个温度范围内信号的恒定，电极电压平衡电路有效抵消了电极直流极化电压的影响，增强了仪器在不同井下油气水介质中的适应能力；阻抗匹配和放大滤波电路，改善了微弱信号的信噪比和滤波特性。
仪器内外结构紧凑合理，工具长度适中，方便拆卸，便于施工人员上下井操作。数据处理软件的兼容性强，人机界面方便操作，功能强大。
2.5 定性与定量技术指标
2.5.1 定性指标
（1）实现作业过程的全程数据录取，在作业结束后可自动上传软件。
（2）结构简单，性能可靠，使用寿命长。功耗低，可长期置于井下工作，可充电后反复使用。
（3）数据采集处理功能，系统具有自动监测，记录作业过程中井址、施工时间、起下次数、深度、作业时的压力、温度和振动等数据功能。
（4）具备井场视频监控功能，视频可保存 1 个月。
2.5.2 定量指标
视频分辨率：1920×1080 像素
视频存储时间：≥168h
地理定位精度：基站定位方式<50m，GPS+基站综合定位<10m深度误差：<5%压力：0～60MPa
