Anwendung eines verteilten faseroptischen Überwachungssystems für die Temperatur von Ölquellen, Druck, Durchflussrate und andere Lösungen

Der Bodendruck, Temperatur- und andere Daten von Öl- und Gasquellen sind eine notwendige Grundlage für die dynamische Analyse der Entwicklung von Öl- und Gasfeldern und die Formulierung von Entwicklungsanpassungsplänen. daher, Im Produktionsprozess von Öl- und Gasquellen sind häufige Testvorgänge erforderlich, um relevante Daten zu erhalten. Jedoch, mit der Vertiefung der Entwicklung raffinierter Öl- und Gasfelder, Intermittierende Einzelpunktdaten können die rechtzeitige Anpassung von Öl- und Gasquellen nicht mehr effektiv unterstützen. Permanente Drucküberwachung und Glasfaserüberwachungstechnologie können Öl- und Gasquellen über einen langen Zeitraum kontinuierlich überwachen, Erhalten Sie Echtzeitkurven des Drucks und der Temperatur am Boden des Bohrlochs, und Führung von Öl- und Gasquellen, um die Produktion unter angemessenen Druckunterschieden in Echtzeit durchzuführen. Durch Tests stabiler oder instabiler Bohrlöcher, dynamische Reserven, Permeabilität, Hautfaktor, usw. eines einzelnen Brunnens berechnet werden, und Mehrpunktsteuerung kann verwendet werden, um die Konnektivität von Produktionsschichten zwischen Bohrlöchern zu testen.

Das permanente Drucküberwachungssystem im Bohrloch verwendet fortschrittliche Drucksensoren und elektronische Chips. Nach mehr als einem Jahrzehnt der Vor-Ort-Anwendung in Ölfeldern in Ländern wie Kanada, die Vereinigten Staaten, Irak, Iran, Russland, Malaysia, usw., Es hat seine Überlegenheit in der Öl- und Gasbohrlochprüftechnologie voll und ganz unter Beweis gestellt. Mitte der 1980er und Anfang der 1990er Jahre, 12 Die beiden Einheiten initiierten gemeinsam Forschungen zur Anwendung faseroptischer Sensortechnologie zur permanenten Überwachung von Öllagerstätten. Momentan, Faser optische Überwachungssysteme wie Temperatur und Druck Messsysteme und verteilte Temperaturmesssysteme sind ausgereift und werden zur Überwachung der Ölquellentemperatur eingesetzt, Druck, Durchflussmenge, usw.

Derzeit, Der Intervall-Stahldrahtbetrieb wird in China hauptsächlich zur Messung der Druck- und Temperaturdaten am Boden von Öl- und Gasquellen eingesetzt, und kontinuierliche Überwachungstechnologie wird selten eingesetzt. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Zusammenfassung der Grundprinzipien und der Anpassungsfähigkeit verschiedener Testmethoden, Bereitstellung von Referenzen für die Auswahl von Prüfmethoden für Öl- und Gasquellen, insbesondere für wichtige Öl- und Gasbohrlochprüfmethoden wie Hochtemperatur und Hochdruck.

Bei der herkömmlichen Intervalltestmethode werden Öl- und Gasquellen zu bestimmten Zeiten je nach Produktionsbedarf getestet. Mithilfe von Stahldrähten oder -kabeln wird ein Manometer in das Bohrloch eingeführt, um während des Testvorgangs Druck- und Temperaturdaten am Bohrlochboden zu ermitteln. Nachdem der Vorgang abgeschlossen ist, Das Manometer wird aus dem Bohrlochkopf gehoben. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass die Kosten für einen einzelnen Testvorgang gering sind, Es können jedoch keine langfristigen, kontinuierlichen Druck- und Temperaturdaten erfasst werden. Gleichzeitig, Bei den verwendeten Manometern handelt es sich überwiegend um elektronische Manometer aus Edelstein oder Quarz, mit einem Druckbereich von ca 105 MPa und einem Temperaturbereich von ca 177 ℃, die die Testanforderungen von Hochtemperatur- und Hochdruckbrunnen nicht mehr erfüllen können.

Derzeit gibt es drei häufig verwendete Testverfahren:

(1) Typ zum Heben und Lagern von Stahlseilen: Erste, Programmieren Sie das elektronische Manometer und schließen Sie es an den Strom an. Verwenden Sie eine Stahldrahtausrüstung, um das Manometer in die Zielschicht abzusenken. Nachdem der Test abgeschlossen ist, Das Manometer wird zusammen mit dem Stahldraht aus dem Bohrlochkopf gehoben, und Druck- und Temperaturdaten werden am Boden wiedergegeben.

(2) Typ eines Bergungslagers aus Stahldraht: Nachdem Sie das elektronische Manometer programmiert und an den Strom angeschlossen haben, es wird mit dem Stahldraht in die Zielschicht abgesenkt, vom Manometer freigegeben, und aus dem Stahldraht gehoben. Am Ende des Tests, Verwenden Sie Stahldrahtwerkzeuge, um das Manometer zu bergen und Druck- und Temperaturdaten am Boden wiederzugeben.

(3) Kabelanhebung und Direktablesung: Schließen Sie das elektronische Manometer an ein einadriges Kabel an, Verwenden Sie eine Winde, um es zur Zielschicht am Boden des Bohrlochs zu befördern, und versorgen den unterirdischen Druckmesser an der Oberfläche mit Strom. Die Testdaten werden in Echtzeit über das Kabel zurück an die Oberfläche übertragen, und das Manometer wird nach Abschluss des Tests angehoben.

Bei der Speichertestmethode werden Batterien zur Stromversorgung des Manometers verwendet, Bei der direkt ablesbaren Testmethode werden Kabel zur Stromversorgung des unterirdischen Manometers verwendet. Die Testzeit ist nicht mehr durch die Batterieenergie begrenzt, Es gibt jedoch ein Problem mit der Abdichtung des Testbohrlochkopfes. Derzeit, Die Hauptmethode für Testvorgänge ist die Verwendung einer Hebe- und Lagerungsmethode für Stahldrähte, Es rechnet den Druck und die Temperatur in der Tiefe der Ölschicht basierend auf der Druckgradientenkurve des Bohrlochs um, die während des Stahldraht-Hebevorgangs gemessen wird.

Bei dem Testvorgang handelt es sich um einen Bohrlochdruckvorgang, und der Hochtemperatur- und Hochdruck-Bohrlochprüfbetrieb erfordert hohe Drücke für Bohrlochkontrollgeräte wie Blowout-Preventer und Sprührohre. Aufgrund des hohen Gewichts des Werkzeugstrangs aus Stahldraht, Auch an die Zugfestigkeit des Stahldrahtes werden hohe Anforderungen gestellt, was ein hohes Risiko für den Prüfbetrieb darstellt.

Das permanente Bohrlochüberwachungssystem (PDMS) ist eine Technologie, bei der ein elektronisches Manometer in einem Manometerhalter platziert wird, der mit einer Ölleitung verbunden ist, und senkt es zusammen mit der Ölleitung in den Brunnen. Die hochpräzisen Sensoren im Manometer erfassen den Druck und die Temperatur im Untergrund, und die verarbeiteten Druck- und Temperatursignale werden über Kabel an die Oberfläche übertragen. Das Oberflächendatenerfassungssystem steuert und speichert die an die Oberfläche übertragenen unterirdischen Druck- und Temperatursignale, und Druck- und Temperaturdaten werden in Echtzeit aufgezeichnet. PDMS kann die direkte Bodenmessung nutzen, um Öllagerstätten und Bohrlochbedingungen in Echtzeit zu überwachen, ständig, und langfristig, Erleichterung des zeitnahen Verständnisses der Dynamik der Öl- und Gasförderung, Optimierung von Öl- und Gasbohrlocharbeitssystemen und Förderparametern.

Das System besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen: Untergrund und Oberfläche. Der Bodenteil besteht aus einer Kabel-Brunnenkopf-Ausführvorrichtung, ein Datenerfassungssystem, und ein automatisches Solarstromversorgungssystem. Der unterirdische Teil besteht aus einem elektronischen Manometer, ein Manometer-Stützzylinder, gepanzerte Kabel, und Kabelschutz.

Das Bodendatenerfassungssystem dient zur Stromversorgung des unterirdischen Druckmessgeräts und zur Ausgabe von Steuerbefehlen an dieses, Ändern Sie das Abtastintervall des unterirdischen elektronischen Manometers, und sammeln und speichern Sie die vom unterirdischen Druckmessgerät übermittelten Druck- und Temperaturdaten. Die Daten werden mittels SD-Karte gespeichert, mit einer Speicherkapazität von bis zu 15 Millionen Datensätze. Das automatische Solarstromversorgungssystem versorgt das Oberflächendatenerfassungssystem und den unterirdischen Druckmesser zuverlässig mit Strom. Reservieren Sie Kabelaustrittslöcher an der Schlauchaufhängung und am Weihnachtsbaum, Installieren Sie Kabelbohrlochkopf-Ausführungsvorrichtungen, und die Hauptfunktion besteht darin, die Kabel abzudichten, die durch den Bohrlochkopf verlaufen. Der Siegeldruck beträgt 20 kPsi, und das Material ist Inconel 718. Es verfügt über eine Vollmetalldichtung, Dies kann eine langfristige Dichtwirkung gewährleisten und ist für Hochdruck- und Hochtemperatur-Öl- und Gasquellen geeignet.

Ein Kabel ist ein Übertragungskanal für Strom und Daten, mit massiven Kupferdrähten im Inneren, eine innere Isolationsschicht und eine isolierende Füllschicht in der Mitte, und eine metallische Verpackungsschicht auf der äußersten Schicht. Das Stahlrohrmaterial ist Incoloy 825 (Legierung mit hohem Nickelgehalt), mit einem maximalen Arbeitsdruck von 25 kPsi, eine maximale Arbeitstemperatur von 200 ℃, eine Zugfestigkeit von 1000 kg, und eine Kerndrahtspezifikation von 18 AWG. Es weist eine gute Druckfestigkeit auf, Abrieb, und Korrosion, und ist für den langfristigen Einsatz im Untergrund geeignet. Kabelschützer werden zum Befestigen von Kabeln an Ölleitungen und zum Schutz von Kabeln an Rohrkupplungen verwendet. Es gibt Optionen für gestanzte leichte Schutzvorrichtungen und robuste Kabelschutzvorrichtungen aus Stahlguss. Schwere Kabelschutzvorrichtungen werden üblicherweise am unteren Ende des Ölrohrstrangs und in speziellen Bohrlochkonstruktionen eingesetzt. Sie sind verschleißfest und halten großen äußeren Aufprallkräften stand, Schützt das Kabel davor, durch die raue Untergrundumgebung vollständig beschädigt zu werden; Im oberen Teil des Ölrohrstrangs werden üblicherweise leichte Kabelschutzvorrichtungen verwendet, Das kann nicht nur das Kabel fixieren, sondern auch der üblichen Aufprallkraft im Bohrloch standhalten.

Das elektronische Manometer ist der Kernbestandteil des PDMS-Systems im Untergrund, unter Verwendung hochpräziser und hochauflösender Quarz-Druck- und Temperatursensoren. Das Fertigungsdesign der Schaltung basiert auf modernster Hybridschaltungstechnologie und wird mittels Vakuumschweißtechnik verpackt. Die Abdichtung zwischen dem elektronischen Manometersensor und dem Außenzylinder des Kreislaufs erfolgt mittels Ionenstrahlschweißtechnik. Das Material des äußeren Zylinders besteht aus der extrem korrosionsbeständigen Nickelbasislegierung Inconel 718, mit einem maximalen Außendurchmesser von 0.875 Zoll und eine maximale Druckstufe von 25000 Psi. Es kann länger als ununterbrochen arbeiten 10 Jahre bei hohen Temperaturen von 200 ℃/392 ℉, und kann lange Zeit unter rauen Bohrlochbedingungen wie hohen Temperaturen und hohem Druck arbeiten.

Der Manometerstützzylinder sorgt für Einbaulage und mechanischen Schutz des Manometers. Die Dichtung zwischen Manometer und Stützzylinder ist eine Metalldichtung. Der Druck im Außengehäuse des Stützzylinders kann überwacht werden, oder der Druck im Ölrohr kann über das Druckübertragungsloch erfasst und überwacht werden. Es können auch zwei Manometer gleichzeitig an einem Stützzylinder montiert werden.

Das permanente Bohrlochüberwachungssystem kann den Bohrlochdruck und die Bohrlochtemperatur von Öl- und Gasquellen über einen langen Zeitraum hinweg kontinuierlich überwachen. Es wird zur dynamischen Analyse der Öl- und Gasförderung verwendet, Brunnentestanalyse, numerische Simulation von Öl- und Gaslagerstätten, Optimierung der Arbeitsparameter des künstlichen Hebens, Verhinderung der Bildung von Formationssand, und andere Forschungsfragen. Seine Hauptmerkmale sind: (1) es weist eine Langzeitstabilität im Betrieb auf. Das Solarstromversorgungssystem kann einen kontinuierlichen und zuverlässigen Betrieb der Anlage gewährleisten; Einführung eines ultragroßen integrierten Schaltkreisdesigns, Es verfügt über starke seismische und Anti-Interferenz-Fähigkeiten; Die neueste Drucksensortechnologie und Schaltungstechnologie werden übernommen, und die kontinuierliche Überwachungszeit kann mehr als erreichen 10 Jahre, mit hoher Arbeitsstabilität und Zuverlässigkeit.

(2) Geeignet für die Überwachung von Hochtemperatur- und Hochdruckbrunnen. Der maximale Druckpegel des elektronischen Manometers kann 25 kPsi erreichen, und es kann länger als ununterbrochen arbeiten 10 Jahre bei hohen Temperaturen von 200 ℃/392 ℉. Es kann zur Überwachung rauer Bohrlochbedingungen wie hoher Temperaturen verwendet werden, Hochdruck, und hohe Korrosivität.

(3) Kontinuierliche Echtzeitüberwachung des Mehrschichtdrucks. Mit dem permanenten Untergrundüberwachungssystem kann nicht nur eine einschichtige Drucküberwachung erreicht werden, sondern ermöglichen auch die gleichzeitige und Echtzeitüberwachung von Einzelbrunnen- und mehrschichtigen Untergrunddaten. Zusätzlich, Es besteht die Möglichkeit, den Druck innerhalb des Gehäuses außerhalb des Stützrohrs oder den Druck innerhalb der Ölleitung innerhalb des Stützrohrs zu überwachen.

Permanente faseroptische Überwachungstechnologie Die faseroptische Sensortechnologie ist eine neuartige Sensortechnologie, die Lichtwellen als Träger und optische Fasern als Medien zur Wahrnehmung und Übertragung externer Messsignale nutzt. Bei der permanenten faseroptischen Druck-/Temperaturüberwachungstechnologie wird der faseroptische Sensor zusammen mit dem Komplettierungsstrang in das Bohrloch abgesenkt. Der Bohrlochkopflaser sendet einen Laser aus, und das optische Signal erreicht den Bohrlochsensor über die Glasfaser. Der Sensor moduliert die Temperatur- und Druckinformationen auf das Reflexionsspektrum. Der Bohrlochdetektor empfängt das vom Sensor zurückreflektierte Spektrum und erhält durch Analyse des Interferenzspektrums Temperatur- und Druckdaten. Durch eine permanente Glasfaserüberwachung kann Echtzeit erreicht werden, langfristig, und stabile Überwachung der Druck- und Temperaturdaten am Bohrlochboden in Öl- und Gasquellen. Durch regionale und Multi-Brunnenpunkt-Datenüberwachung, Es kann eine Grundlage für die Formulierung von Plänen zur Entwicklung von Öl- und Gasfeldern bilden.

Zu den häufig im Untergrund verwendeten optischen Fasersensoren gehören verteilte optische Fasertemperatursensoren (DTS) und optische Faserdrucksensoren (PT). Die Messgrundlage der DTS ist der Einfluss der Temperatur auf den Lichtstreukoeffizienten. Durch Erkennung der Störinformationen der externen Temperaturverteilung auf der Faser, Temperaturinformationen werden erfasst, um eine verteilte Temperaturmessung zu erreichen. Die technische Grundlage der Messung ist die Faser-Raman-Streuungstechnologie. Der Laser sendet Lichtimpulse entlang der Faseroptik aus, die durch einen Splitter in zwei Strahlen aufgeteilt werden. Unten sind zwei Filter mit unterschiedlichen Mittenwellenlängen angeschlossen, um Stokes-Licht und Anti-Stokes-Licht herauszufiltern, Diese werden von Fotodetektoren in elektrische Signale umgewandelt und an die Datenerfassungs- und -verarbeitungseinheit gesendet. Nach Erkennung und Verarbeitung, schließlich wird der Temperaturwert ausgegeben.

Basierend auf dem Prinzip der konstanten Lichtgeschwindigkeit, Die genaue Tiefe reflektierter Lichtsignale von optischen Fasern kann gemessen werden

Die meisten faseroptischen Drucksensoren verwenden Druckmessgeräte, die auf dem Prinzip des Fabry-Perot-Interferometers basieren. Der von zwei Faserendflächen gebildete Hohlraum wird in der Optik als Fabry-Perot-Hohlraum bezeichnet, abgekürzt als Fabry-Perot-Kavität. Wenn der Laser von einem Ende der Faser in den Faber-Hohlraum eintritt, Ein Teil der Lichtenergie wird an der Endfläche der Faser reflektiert; Die verbleibende optische Energie breitet sich weiter vorwärts aus, wird dann von der zweiten Faserendfläche reflektiert und tritt in entgegengesetzter Richtung in den ersten Abschnitt der Faser ein. Der zweimal reflektierte Laser erzeugt Interferenzen auf der Oberfläche des Detektors, und das Interferenzspektrum wird eindeutig durch die Länge des Fabry-Hohlraums bestimmt, Das ist eine Sinuswelle im Frequenzbereich. Durch Messung der Periode und Phase der Sinuswelle, Die Hohlraumlänge kann genau bestimmt werden. Der äußere Druck P komprimiert den Faber-Hohlraum, Dies führt dazu, dass sich die Hohlraumlänge des zwischen den beiden Faserendflächen gebildeten Faber-Hohlraums mit der Änderung des Außendrucks ändert. daher, durch Messung der Länge des Faber-Hohlraums, daraus kann auf den Außendruck P geschlossen werden.

Aufbau eines permanenten faseroptischen Druck-/Temperaturüberwachungssystems

Der Bodenteil umfasst hauptsächlich erdverlegte optische Kabel und Modulatoren, während der unterirdische Teil hauptsächlich faseroptische Sensoren umfasst, Sensor unterstützt, optische Kabel, und Kabelschutz. Der Bodenspektraldemodulator sendet einen Scanlaser mit kontinuierlicher Wellenlänge von 1510–1590 nm aus. Der Laser wird über eine Signalfaser an den F-P-Hohlraumdrucksensor und den FBG-Temperatursensor im Untergrund übertragen, Anschließend wird der Laser von der F-P-Kavität und dem FBG reflektiert, um ein Reflexionsspektrum zu erzeugen. Das Reflexionsspektrum überträgt die Druck- und Temperaturinformationen in der Nähe des Sensors über dieselbe Faser zurück zum Demodulator, und der Demodulator sendet das Spektralsignal an den Computer. Der Computer berechnet anhand des Demodulationsprogramms die Druck- und Temperaturwerte im Untergrund, und Anzeigen, speichert oder sendet sie in Echtzeit entsprechend dem erforderlichen Datenbankformat aus der Ferne.

Die Bodenkontrolleinheit besteht aus einem Demodulator und einem Laptop, und die zum Demodulator passende Software ist im Computer integriert. Ein Demodulator ist ein Gerät, das das vom Temperatur- und Drucksensor im Bohrloch zurückreflektierte Spektralsignal in einen für den Benutzer sichtbaren Temperatur- und Druckwert umwandelt. Es kann die Druck- und Temperatursignale von sequentiell demodulieren 16 Kanalsensoren, und die aktuelle Temperatur und den aktuellen Druck anzeigen und speichern. Vergrabene optische Kabel werden hauptsächlich zur Übertragung optischer Signale vom Bohrlochkopf zur Ausrüstung verwendet, und werden im Allgemeinen erdverlegt errichtet. Gepanzerte optische Kabel bieten einen Kanal für die Signalübertragung zwischen Sensoren und Bodendemodulatoren. Das Material der Außenpanzerung ist 316L oder Inconel825, und die mittlere wasserstoffbeständige Metallschicht kann den Wasserstoffverlust um etwa verzögern 140 mal, Dadurch wird die Lebensdauer optischer Kabel unter Hochtemperaturbedingungen erheblich verlängert. Die Lebensdauer optischer Kabel kann mehr als betragen 10 Jahre.

Faseroptische Sensoren sind die Kernkomponenten eines permanenten faseroptischen Druck-/Temperaturüberwachungssystems im Untergrund, mit einem maximalen Arbeitsdruck von 15 kPsi und einer maximalen Arbeitstemperatur von 300 ℃.

Zu den Vorteilen der permanenten Glasfaser-Überwachungstechnik gehören vor allem::

(1) Der Sensor ist klein, leicht, mit sehr wenigen Komponenten und ohne bewegliche Teile. Der optische Sensor hat eine Lebensdauer von mehr als 15 Jahre.

(2) Glasfaser ist sowohl Sensor als auch Signalübertragungsmedium, ohne unterirdische elektronische Geräte, beständig gegen starke elektromagnetische Störungen, und äußerst zuverlässig.

(3) Alle Quarzstruktur, stabile chemische Eigenschaften, Laser-Mikrobearbeitungstechnologie, zuverlässige Leistung.

(4) Das gepanzerte optische Kabel besteht aus 316L- oder Inconel825-Legierungsmaterial, das gegen H2S/CO2-Korrosion beständig ist.

(5) Es gibt mehrere Messpunkte, die in Reihe oder parallel geschaltet werden können, um den Druck und die Temperatur mehrerer Schichten in einem einzigen Bohrloch zu überwachen. A 1/4 “Glasfaserkabel in einem einzigen Bohrloch können bis zu liefern 12 Druck- und Temperatursignale, und eine Reihe von Bohrlochkopfgeräten kann angeschlossen werden 16 Temperatur- und Drucksensoren gleichzeitig.

(6) Kann für Hochtemperatur-/Hochdruckbrunnen verwendet werden: aushalten kann 300 ˚ Hohe Temperatur, 15000Psi-Druck, und Vibrationen und Stöße, die durch einen leistungsstarken Luftstrom erzeugt werden.

Der Stahldrahtbetrieb eignet sich zum Testen von Vertikalbrunnen und kleinen Neigungsbrunnen. Ihr Vorteil besteht darin, dass die Kosten einer einzelnen Operation gering sind, Die Folgekosten steigen jedoch mit der Anzahl der Operationen. Es kann zur vorübergehenden Überwachung gewöhnlicher Entwicklungsbrunnen mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck verwendet werden. Permanente Drucküberwachung und Glasfaserüberwachung eignen sich für vertikale und horizontale Brunnen, mit hoher Anfangsinvestition, aber ohne spätere Betriebskosten. Cluster-/Plattformbrunnen können Oberflächengeräte gemeinsam nutzen, wodurch die Gesamtkosten erheblich gesenkt werden. Sie können zur Echtzeit- und kontinuierlichen Überwachung von Hochtemperaturen eingesetzt werden, Hochdruck- oder Schlüsselbrunnen.

(1) Die kontinuierliche Überwachungstechnologie bietet eine starke Datenunterstützung für das verfeinerte Management von Öl- und Gasquellen, Dies hilft, das Arbeitssystem von Öl- und Gasquellen zeitnah zu optimieren, verhindern die Sandproduktion in Stauseen, und unterdrücken die schnelle Bildung von Rand- und Grundwasser.

(2) Permanente Drucküberwachungstechnologie und Glasfaserüberwachungstechnologie können das dynamische Überwachungsproblem von Hochtemperatur- und Hochdruckbrunnen effektiv lösen, und kann die technische Unfallrate bei Testvorgängen reduzieren und gleichzeitig dynamische Daten von Öl- und Gasquellen bereitstellen.

(3) Unter Berücksichtigung technischer und wirtschaftlicher Faktoren, Es wird empfohlen, die Schlüsselbrunnen langfristig und kontinuierlich zu überwachen. Bei Hochdruckbrunnen sollte eine permanente Drucküberwachungstechnik zum Einsatz kommen, und für Hochtemperaturbrunnen sollte faseroptische Überwachungstechnik eingesetzt werden.

Faseroptischer Temperatursensor, Intelligentes Überwachungssystem, Verteilter Glasfaserhersteller in China