Aplicación del sistema de monitoreo distribuido de fibra óptica para la temperatura del pozo de petróleo., presión, caudal y otras soluciones-INNO

La presión del fondo del pozo, La temperatura y otros datos de los pozos de petróleo y gas son una base necesaria para el análisis dinámico del desarrollo de campos de petróleo y gas y la formulación de planes de ajuste del desarrollo.. Por lo tanto, Se necesitan operaciones de prueba frecuentes en el proceso de producción de pozos de petróleo y gas para obtener datos relevantes.. Sin embargo, con la profundización del desarrollo de campos de petróleo y gas refinados, Los datos intermitentes de un solo punto ya no pueden respaldar eficazmente el ajuste oportuno de los pozos de petróleo y gas.. La tecnología de monitoreo permanente de presión y monitoreo de fibra óptica puede monitorear continuamente los pozos de petróleo y gas durante mucho tiempo., obtener curvas en tiempo real de presión y temperatura de fondo de pozo, y guiar los pozos de petróleo y gas para llevar a cabo la producción bajo diferencias de presión razonables en tiempo real. Mediante pruebas de pozos estables o inestables, reservas dinámicas, permeabilidad, factor de piel, etc. de un solo pozo se puede calcular, y el control multipunto se puede utilizar para probar la conectividad de las capas de producción entre pozos..

El sistema permanente de monitoreo de presión de fondo de pozo adopta sensores de presión avanzados y chips electrónicos.. Después de más de una década de aplicación in situ en campos petroleros en países como Canadá, los estados unidos, Irak, Irán, Rusia, Malasia, etc., Ha demostrado plenamente su superioridad en la tecnología de prueba de pozos de petróleo y gas.. A mediados de los 80 y principios de los 90, 12 unidades iniciaron conjuntamente una investigación sobre la aplicación de la tecnología de sensores de fibra óptica en el monitoreo permanente de yacimientos de petróleo. Actualmente, fibra Sistemas ópticos de monitoreo como temperatura y presión. Los sistemas de medición y los sistemas de medición de temperatura distribuida han madurado y se utilizan para monitorear la temperatura de los pozos de petróleo., presión, tasa de flujo, etc.

Actualmente, La operación de alambre de acero a intervalos se utiliza principalmente en China para medir los datos de presión y temperatura en el fondo de los pozos de petróleo y gas., y la tecnología de monitoreo continuo rara vez se aplica. Este artículo se centrará en resumir los principios básicos y la adaptabilidad de diferentes métodos de prueba., Proporcionar referencia para la selección de métodos de prueba para pozos de petróleo y gas., especialmente para métodos clave de prueba de pozos de petróleo y gas, como alta temperatura y alta presión.

El método de prueba de intervalo convencional prueba pozos de petróleo y gas en momentos específicos según las necesidades de producción.. Se inserta un manómetro en el pozo utilizando alambres o cables de acero para obtener datos de presión y temperatura del fondo del pozo durante la operación de prueba.. Una vez completada la operación, El manómetro se levanta fuera de la boca del pozo.. La ventaja de este método es que el costo de una sola operación de prueba es bajo., pero no puede obtener datos continuos de presión y temperatura a largo plazo. Al mismo tiempo, Los manómetros utilizados son principalmente manómetros electrónicos de piedras preciosas o de cuarzo., con un rango de presión de aproximadamente 105 MPa y un rango de temperatura de aproximadamente 177 °C, que ya no puede cumplir con los requisitos de prueba de pozos de alta temperatura y alta presión.

Actualmente existen tres procesos de prueba comúnmente utilizados.:

(1) Tipo de elevación y almacenamiento de alambre de acero.: Primero, Programar el manómetro electrónico y conectarlo a la electricidad.. Utilice equipo de alambre de acero para bajar el manómetro a la capa objetivo.. Después de completar la prueba, El manómetro se levanta fuera de la boca del pozo junto con el cable de acero., y los datos de presión y temperatura se reproducen en el suelo.

(2) Tipo de almacenamiento de rescate de alambre de acero: Después de programar el manómetro electrónico y conectarlo a la electricidad., se baja a la capa objetivo con el alambre de acero, liberado del manómetro, y levantado del alambre de acero. Al final de la prueba, Utilice herramientas de alambre de acero para recuperar el manómetro y reproducir los datos de presión y temperatura en el suelo..

(3) Tipo de elevación por cable y lectura directa.: Conecte el manómetro electrónico a un cable unipolar, use un cabrestante para enviarlo a la capa objetivo en el fondo del pozo, y suministrar energía al manómetro subterráneo en la superficie. Los datos de la prueba se transmiten a la superficie en tiempo real a través del cable., y el manómetro se levanta después de completar la prueba.

El método de prueba de almacenamiento utiliza baterías para alimentar el manómetro., mientras que el método de prueba de lectura directa utiliza cables para alimentar el manómetro subterráneo. El tiempo de prueba ya no está limitado por la energía de la batería., pero hay un problema con el sellado de la boca del pozo de prueba.. Actualmente, El método principal para probar las operaciones es utilizar un método de elevación y almacenamiento de alambre de acero., que convierte la presión y la temperatura en la profundidad de la capa de petróleo en función de la curva de gradiente de presión del pozo medida durante el proceso de elevación del alambre de acero..

La operación de prueba es una operación de presión en boca de pozo., y la operación de prueba de pozos a alta temperatura y alta presión requiere altos niveles de presión para los equipos de control del pozo, como preventores de explosiones y tuberías de aspersión.. Debido al gran peso de la sarta de herramientas de alambre de acero, También se imponen altos requisitos al rendimiento de tracción del alambre de acero., lo que supone un alto riesgo para la operación de prueba.

El sistema permanente de monitoreo de fondo de pozo (PDMS) es una tecnología que coloca un manómetro electrónico en un soporte para manómetro conectado a una tubería de aceite, y lo baja al pozo junto con la tubería de petróleo.. Los sensores de alta precisión del manómetro detectan la presión y la temperatura bajo tierra., y las señales procesadas de presión y temperatura se transmiten a la superficie a través de cables. El sistema de adquisición de datos de superficie controla y almacena las señales subterráneas de presión y temperatura transmitidas a la superficie., y se registran datos de presión y temperatura en tiempo real. PDMS puede utilizar la lectura directa desde el suelo para monitorear los yacimientos de petróleo y las condiciones de los pozos en tiempo real, continuamente, y a largo plazo, Facilitar la comprensión oportuna de la dinámica de producción de los pozos de petróleo y gas., Optimización de los sistemas de trabajo de pozos de petróleo y gas y de los parámetros de elevación..

El sistema consta principalmente de dos partes.: subterráneo y superficial. La parte de tierra consiste en un dispositivo de salida de cable en boca de pozo., un sistema de adquisición de datos, y un sistema de suministro automático de energía solar. La parte subterránea consta de un manómetro electrónico., un cilindro de soporte para manómetro, cables blindados, y protectores de cables.

El sistema de adquisición de datos terrestres se utiliza para suministrar energía al manómetro subterráneo y emitirle comandos de control., cambiar el intervalo de muestreo del manómetro electrónico subterráneo, y recopilar y almacenar datos de presión y temperatura transmitidos por el manómetro subterráneo. Los datos se almacenan mediante una tarjeta SD., con una capacidad de almacenamiento de hasta 15 millones de conjuntos de datos. El sistema de suministro de energía solar automático proporciona energía confiable al sistema de adquisición de datos de superficie y al manómetro subterráneo.. Reserve los orificios de salida de cables en el colgador de tubos y en el árbol de Navidad., instalar dispositivos de salida de cable en boca de pozo, y la función principal es sellar los cables que pasan por la boca del pozo.. La presión de sellado es de 20 kPsi., y el material es Inconel 718. Adopta sellado metálico completo., que puede garantizar un efecto de sellado a largo plazo y es adecuado para pozos de petróleo y gas de alta presión y alta temperatura.

Un cable es un canal de transmisión de energía y datos., con cables de cobre sólido en el interior, una capa de aislamiento interior y una capa de relleno de aislamiento en el medio, y una capa de embalaje de metal en la capa más externa. El material de la tubería de acero es Incoloy. 825 (aleación alta en níquel), con una presión máxima de trabajo de 25kPsi, una temperatura máxima de trabajo de 200 °C, una resistencia a la tracción de 1000 kg, y una especificación del cable central de 18 AWG. Tiene buena resistencia a la compresión., abrasión, y corrosión, y es adecuado para uso a largo plazo bajo tierra. Los protectores de cables se utilizan para sujetar cables a tuberías de petróleo y brindar protección a los cables en los acoplamientos de tuberías.. Hay opciones para protectores livianos tipo estampado y protectores de cables de acero fundido de alta resistencia.. Los protectores de cables pesados se utilizan generalmente en el extremo inferior de la sarta de tuberías de petróleo y en estructuras especiales de pozo.. Pueden resistir el desgaste y soportar grandes fuerzas de impacto externo., Proteger el cable de ser completamente dañado por el duro entorno subterráneo.; Los protectores de cables livianos generalmente se usan en la parte superior de la sarta de tuberías de petróleo., que no sólo puede fijar el cable sino también soportar la fuerza de impacto habitual en el fondo del pozo..

El manómetro electrónico es la parte central del sistema PDMS subterráneo, utilizando sensores de temperatura y presión de cuarzo de alta precisión y resolución. El diseño de producción del circuito se basa en la última tecnología de circuitos híbridos y se empaqueta utilizando tecnología de soldadura al vacío.. El sellado entre el sensor del manómetro electrónico y el cilindro exterior del circuito se realiza mediante tecnología de soldadura por haz de iones.. El material del cilindro exterior está hecho de una aleación ultrafuerte anticorrosión a base de níquel Inconel. 718, con un diámetro exterior máximo de 0.875 pulgadas y una clasificación de presión máxima de 25000 Psi. Puede funcionar continuamente durante más de 10 años a altas temperaturas de 200 ℃/392 ℉, y puede funcionar durante mucho tiempo en condiciones difíciles, como altas temperaturas y altas presiones..

El cilindro de soporte del manómetro proporciona posición de instalación y protección mecánica para el manómetro.. El sello entre el manómetro y el cilindro de soporte es un sello metálico.. Se puede controlar la presión dentro de la carcasa exterior del cilindro de soporte o se puede detectar y controlar la presión dentro del tubo de aceite a través del orificio de transmisión de presión.. También se pueden instalar dos manómetros simultáneamente en un cilindro de soporte..

El sistema de monitoreo permanente de fondo de pozo puede monitorear continuamente la presión y la temperatura del fondo de pozo de petróleo y gas durante mucho tiempo.. Se utiliza para el análisis dinámico de la producción de pozos de petróleo y gas., análisis de pruebas de pozos, Simulación numérica de yacimientos de petróleo y gas., optimización de los parámetros de trabajo del levantamiento artificial, Prevención de la producción de arena de formación., y otros temas de investigación. Sus principales características son: (1) Tiene estabilidad a largo plazo en funcionamiento.. El sistema de suministro de energía solar puede garantizar un funcionamiento continuo y confiable del sistema.; Adopción de un diseño de circuito integrado a gran escala, Tiene fuertes capacidades sísmicas y antiinterferentes.; Se adopta la última tecnología en sensores de presión y circuitos., Y el tiempo de monitoreo continuo puede alcanzar más de 10 años, con alta estabilidad de trabajo y confiabilidad.

(2) Adecuado para monitorear pozos de alta temperatura y alta presión.. El nivel de presión máximo del manómetro electrónico puede alcanzar los 25 kPsi., y puede funcionar continuamente durante más de 10 años a altas temperaturas de 200 ℃/392 ℉. Se puede utilizar para monitorear condiciones difíciles de pozos, como altas temperaturas., presión alta, y alta corrosividad.

(3) Monitoreo continuo en tiempo real de la presión multicapa. El sistema de monitoreo subterráneo permanente no solo puede lograr un monitoreo de presión de una sola capa, sino que también logra un monitoreo simultáneo y en tiempo real de datos subterráneos de un solo pozo y de múltiples capas.. Además, Es posible elegir monitorear la presión dentro de la carcasa fuera del tubo de soporte o la presión dentro del tubo de aceite dentro del tubo de soporte..

Tecnología de monitoreo permanente de fibra óptica La tecnología de detección de fibra óptica es un nuevo tipo de tecnología de detección que utiliza ondas de luz como portadores y fibras ópticas como medio para percibir y transmitir señales medidas externas.. La tecnología de monitoreo permanente de presión/temperatura de fibra óptica consiste en bajar el sensor de fibra óptica al pozo junto con la sarta de terminación.. El láser de boca de pozo emite un láser., y la señal óptica llega al sensor de fondo de pozo a través de la fibra óptica. El sensor modula la información de temperatura y presión en el espectro de reflexión.. El detector de boca de pozo recibe el espectro reflejado por el sensor y obtiene datos de temperatura y presión mediante el análisis del espectro de interferencia.. El monitoreo permanente de fibra óptica puede lograr en tiempo real, a largo plazo, y monitoreo estable de los datos de presión y temperatura del fondo de pozo en pozos de petróleo y gas. A través del monitoreo de datos regionales y de múltiples pozos., Puede proporcionar una base para formular planes de desarrollo de campos de petróleo y gas..

Los sensores de fibra óptica comúnmente utilizados bajo tierra incluyen sensores de temperatura de fibra óptica distribuidos. (GTp) y sensores de presión de fibra óptica (PT). La base de medición de DTS es la influencia de la temperatura sobre el coeficiente de dispersión de la luz.. Al detectar la información de perturbación de la distribución de temperatura externa en la fibra., Se obtiene información de temperatura para lograr una medición de temperatura distribuida.. La base técnica de la medición es la tecnología de dispersión Raman de fibra.. El láser emite pulsos de luz a lo largo de la fibra óptica., que se dividen en dos haces a través de un divisor. Dos filtros con diferentes longitudes de onda centrales están conectados debajo para filtrar la luz de Stokes y la luz anti-Stokes., que son convertidos en señales eléctricas por fotodetectores y enviados a la unidad de adquisición y procesamiento de datos. Después de la detección y el procesamiento, finalmente se emite el valor de temperatura.

Basado en el principio de la velocidad constante de la luz., Se puede medir la profundidad precisa de las señales de luz reflejadas de las fibras ópticas.

La mayoría de los sensores de presión de fibra óptica utilizan manómetros basados en el principio del interferómetro de Fabry Perot.. La cavidad formada por dos caras extremas de fibra se llama cavidad de Fabry Perot en óptica., abreviado como cavidad de Fabry Perot. Cuando el láser ingresa a la cavidad de Faber desde un extremo de la fibra., Parte de la energía luminosa se refleja en la cara final de la fibra en ese extremo.; La energía óptica restante continúa propagándose hacia adelante., luego se refleja desde la cara del extremo de la segunda fibra y entra en la primera sección de la fibra en la dirección opuesta. El láser reflejado dos veces forma interferencias en la superficie del detector., y el espectro de interferencia está determinado únicamente por la longitud de la cavidad de Fabry, que es una onda sinusoidal en el dominio de la frecuencia. Midiendo el período y la fase de la onda sinusoidal., la longitud de la cavidad se puede determinar con precisión. La presión externa P comprimirá la cavidad de Faber., haciendo que la longitud de la cavidad de Faber formada entre las dos caras extremas de la fibra cambie con el cambio de presión externa. Por lo tanto, midiendo la longitud de la cavidad de Faber, la presión externa P se puede inferir.

Composición de un sistema permanente de monitorización de presión/temperatura por fibra óptica

La parte terrestre incluye principalmente moduladores y cables ópticos enterrados., mientras que la parte subterránea incluye principalmente sensores de fibra óptica, soportes de sensores, Cables ópticos, y protectores de cables. El demodulador espectral terrestre emite un láser de escaneo de longitud de onda continua de 1510-1590 nm.. El láser se transmite al sensor de presión de la cavidad F-P y al sensor de temperatura FBG bajo tierra a través de una fibra de señal., Y luego el láser es reflejado por la cavidad F-P y FBG para formar un espectro de reflexión.. El espectro de reflexión transporta la información de presión y temperatura cerca del sensor al demodulador a lo largo de la misma fibra., y el demodulador envía la señal espectral a la computadora. El ordenador calcula los valores de presión y temperatura bajo tierra según el programa de demodulación., y muestra, los almacena o los envía remotamente en tiempo real según el formato de base de datos requerido.

La unidad de control terrestre consta de un demodulador y una computadora portátil., y el software que coincide con el demodulador está integrado en la computadora. Un demodulador es un dispositivo que interpreta la señal espectral reflejada por el sensor de presión y temperatura del fondo del pozo en un valor de temperatura y presión visible para el usuario.. Puede demodular secuencialmente las señales de presión y temperatura de 16 sensores de canal, y mostrar y almacenar la temperatura y presión actuales. Los cables ópticos enterrados se utilizan principalmente para transmitir señales ópticas desde la boca del pozo al equipo., y generalmente se construyen de forma enterrada. Los cables ópticos blindados proporcionan un canal para la transmisión de señales entre sensores y demoduladores de tierra.. El material de la armadura exterior es 316L o Inconel825., y la capa metálica media resistente al hidrógeno puede retrasar la pérdida de hidrógeno aproximadamente 140 veces, Ampliando enormemente la vida útil de los cables ópticos en condiciones de alta temperatura.. La vida útil de los cables ópticos puede alcanzar más de 10 años.

Los sensores de fibra óptica son los componentes principales de un sistema permanente de monitoreo de presión/temperatura de fibra óptica subterráneo., con una presión máxima de trabajo de 15 kPsi y una temperatura máxima de trabajo de 300 °C.

Las ventajas de la tecnología de monitoreo permanente de fibra óptica incluyen principalmente:

(1) El sensor es de tamaño pequeño., ligero, con muy pocos componentes y sin partes móviles. El sensor óptico tiene una vida útil de más de 15 años.

(2) La fibra óptica es a la vez un sensor y un medio de transmisión de señales., sin dispositivos electrónicos subterráneos, resistente a fuertes interferencias electromagnéticas, y altamente confiable.

(3) Toda la estructura de cuarzo., propiedades químicas estables, tecnología de microprocesamiento láser, Rendimiento fiable.

(4) El cable óptico blindado está hecho de material de aleación 316L o Inconel825., que es resistente a la corrosión por H2S/CO2.

(5) Hay múltiples puntos de medición., que se puede conectar en serie o en paralelo para monitorear la presión y la temperatura de múltiples capas en un solo pozo. Un 1/4 “El cable de fibra óptica en un solo pozo puede proporcionar hasta 12 señales de presión y temperatura, y un conjunto de equipos de boca de pozo se pueden conectar 16 sensores de temperatura y presión simultáneamente.

(6) Puede usarse para pozos de alta temperatura/alta presión.: puede soportar 300 ˚ Alta temperatura, 15000presión psi, y vibraciones e impactos generados por el flujo de aire de alto rendimiento..

La operación con alambre de acero es adecuada para probar pozos verticales y pozos de pequeña inclinación.. Su ventaja es que el coste de una sola operación es bajo., pero el costo posterior aumenta con el número de operaciones. Se puede utilizar para el monitoreo temporal de pozos de desarrollo ordinarios de baja temperatura y baja presión.. El monitoreo permanente de presión y el monitoreo de fibra óptica son adecuados para pozos verticales y horizontales., con una alta inversión inicial pero sin costes operativos posteriores. Los pozos en racimo/plataforma pueden compartir equipos de superficie, reduciendo en gran medida los costos generales. Se pueden utilizar para el monitoreo continuo y en tiempo real de alta temperatura., pozos clave o de alta presión.

(1) La tecnología de monitoreo continuo proporciona un sólido soporte de datos para la gestión refinada de pozos de petróleo y gas., lo que ayuda a optimizar el sistema de trabajo de los pozos de petróleo y gas de manera oportuna, prevenir la producción de arena en los embalses, y suprimir la rápida conificación del agua del borde y del fondo.

(2) La tecnología de monitoreo de presión permanente y la tecnología de monitoreo de fibra óptica pueden resolver efectivamente el problema de monitoreo dinámico de los pozos de alta temperatura y alta presión., y puede reducir la tasa de accidentes de ingeniería de las operaciones de prueba al tiempo que proporciona datos dinámicos de los pozos de petróleo y gas..

(3) Teniendo en cuenta factores técnicos y económicos., Se recomienda realizar un monitoreo continuo a largo plazo de los pozos clave.. Se debe utilizar tecnología de monitoreo de presión permanente para pozos de alta presión., y se debe utilizar tecnología de monitoreo de fibra óptica para pozos de alta temperatura.