Aplikasi sistem pemantauan serat optik terdistribusi untuk suhu sumur minyak, tekanan, laju aliran dan solusi lainnya

Tekanan lubang dasar, suhu dan data sumur minyak dan gas lainnya merupakan dasar yang diperlukan untuk analisis dinamis pengembangan lapangan minyak dan gas dan perumusan rencana penyesuaian pengembangan. Jadi, diperlukan operasi pengujian yang sering dalam proses produksi sumur minyak dan gas untuk mendapatkan data yang relevan. Namun, dengan pendalaman pengembangan lapangan minyak dan gas olahan, Data titik tunggal yang terputus-putus tidak lagi dapat secara efektif mendukung penyesuaian sumur minyak dan gas secara tepat waktu. Pemantauan tekanan permanen dan teknologi pemantauan serat optik dapat terus memantau sumur minyak dan gas dalam jangka waktu yang lama, mendapatkan kurva tekanan dan suhu lubang dasar secara real-time, dan memandu sumur minyak dan gas untuk melakukan produksi di bawah perbedaan tekanan yang wajar secara real-time. Melalui pengujian sumur yang stabil atau tidak stabil, cadangan dinamis, permeabilitas, faktor kulit, dll. dari satu sumur dapat dihitung, dan kontrol multi-titik dapat digunakan untuk menguji konektivitas lapisan produksi antar sumur.

Sistem pemantauan tekanan lubang bawah permanen mengadopsi sensor tekanan canggih dan chip elektronik. Setelah lebih dari satu dekade penerapan di lapangan di ladang minyak di negara-negara seperti Kanada, Amerika Serikat, Irak, Iran, Rusia, Malaysia, dll., mereka telah sepenuhnya menunjukkan keunggulannya dalam teknologi pengujian sumur minyak dan gas. Pada pertengahan tahun 1980an dan awal tahun 1990an, 12 unit bersama-sama memulai penelitian tentang penerapan teknologi sensor serat optik dalam pemantauan permanen reservoir minyak. Sekarang, serat sistem pemantauan optik seperti suhu dan tekanan sistem pengukuran dan sistem pengukuran suhu terdistribusi telah matang dan digunakan untuk memantau suhu sumur minyak, tekanan, laju aliran, dll.

Sekarang, operasi kawat baja interval terutama digunakan di Cina untuk mengukur data tekanan dan suhu di dasar sumur minyak dan gas, dan teknologi pemantauan berkelanjutan jarang diterapkan. Artikel ini akan fokus pada merangkum prinsip-prinsip dasar dan kemampuan beradaptasi berbagai metode pengujian, memberikan acuan dalam pemilihan metode pengujian sumur minyak dan gas, terutama untuk metode pengujian sumur minyak dan gas utama seperti suhu tinggi dan tekanan tinggi.

Metode pengujian interval konvensional menguji sumur minyak dan gas pada waktu tertentu sesuai kebutuhan produksi. Pengukur tekanan dimasukkan ke dalam sumur menggunakan kawat atau kabel baja untuk mendapatkan data tekanan dan suhu lubang bawah selama operasi pengujian. Setelah operasi selesai, pengukur tekanan diangkat keluar dari kepala sumur. Keuntungan dari metode ini adalah biaya operasi pengujian tunggal yang rendah, tetapi tidak dapat memperoleh data tekanan dan suhu berkelanjutan jangka panjang. Pada waktu bersamaan, pengukur tekanan yang digunakan sebagian besar adalah pengukur tekanan elektronik batu permata atau kuarsa, dengan kisaran tekanan sekitar 105 MPa dan kisaran suhu sekitar 177 °C, yang tidak lagi dapat memenuhi persyaratan pengujian sumur bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi.

Saat ini ada tiga proses pengujian yang umum digunakan:

(1) Jenis pengangkatan dan penyimpanan kawat baja: Pertama, memprogram pengukur tekanan elektronik dan menghubungkannya dengan listrik. Gunakan peralatan kawat baja untuk menurunkan pengukur tekanan ke lapisan target. Setelah tes selesai, pengukur tekanan diangkat keluar dari kepala sumur bersama dengan kawat baja, dan data tekanan dan suhu diputar ulang di lapangan.

(2) Jenis penyimpanan penyelamatan kawat baja: Setelah memprogram pengukur tekanan elektronik dan menghubungkannya dengan listrik, itu diturunkan ke lapisan target dengan kawat baja, dilepaskan dari pengukur tekanan, dan diangkat dari kawat baja. Di akhir tes, gunakan peralatan kawat baja untuk menyelamatkan pengukur tekanan dan memutar ulang data tekanan dan suhu di lapangan.

(3) Jenis pengangkat kabel dan pembacaan langsung: Hubungkan pengukur tekanan elektronik ke kabel inti tunggal, gunakan winch untuk mengirimkannya ke lapisan target di dasar sumur, dan memasok listrik ke pengukur tekanan bawah tanah di permukaan. Data uji dikirim kembali ke permukaan secara real time melalui kabel, dan pengukur tekanan diangkat setelah pengujian selesai.

Metode pengujian penyimpanan menggunakan baterai untuk memberi daya pada pengukur tekanan, sedangkan metode pengujian pembacaan langsung menggunakan kabel untuk memberi daya pada pengukur tekanan bawah tanah. Waktu pengujian tidak lagi dibatasi oleh energi baterai, tapi ada masalah dengan penyegelan kepala sumur pengujian. Sekarang, metode utama untuk pengujian operasi adalah dengan menggunakan metode pengangkatan dan penyimpanan kawat baja, yang mengubah tekanan dan suhu pada kedalaman lapisan minyak berdasarkan kurva gradien tekanan lubang sumur yang diukur selama proses pengangkatan kawat baja.

Operasi pengujian adalah operasi tekanan kepala sumur, dan operasi pengujian sumur bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi memerlukan tingkat tekanan tinggi untuk peralatan kontrol sumur seperti pencegah ledakan dan pipa semprot. Karena beratnya tali perkakas kawat baja, persyaratan tinggi juga ditempatkan pada kinerja tarik kawat baja, yang menimbulkan risiko tinggi untuk operasi pengujian.

Sistem Pemantauan Downhole Permanen (PDMS) adalah teknologi yang menempatkan alat pengukur tekanan elektronik ke dalam dudukan pengukur tekanan yang terhubung dengan pipa minyak, dan menurunkannya ke dalam sumur bersama dengan pipa minyak. Sensor presisi tinggi pada pengukur tekanan merasakan tekanan dan suhu di bawah tanah, dan sinyal tekanan dan suhu yang diproses ditransmisikan ke permukaan melalui kabel. Sistem akuisisi data permukaan mengontrol dan menyimpan sinyal tekanan dan suhu bawah tanah yang dikirimkan ke permukaan, dan data tekanan dan suhu real-time dicatat. PDMS dapat menggunakan pembacaan langsung dari darat untuk memantau reservoir minyak dan kondisi sumur secara real-time, terus menerus, dan jangka panjang, memfasilitasi pemahaman tepat waktu tentang dinamika produksi sumur minyak dan gas, optimalisasi sistem kerja sumur migas dan parameter pengangkatannya.

Sistem ini terutama terdiri dari dua bagian: bawah tanah dan permukaan. Bagian tanah terdiri dari perangkat kabel kepala sumur kabel, sebuah sistem akuisisi data, dan sistem catu daya otomatis surya. Bagian bawah tanah terdiri dari pengukur tekanan elektronik, silinder pendukung pengukur tekanan, kabel lapis baja, dan pelindung kabel.

Sistem akuisisi data darat digunakan untuk menyuplai daya ke pengukur tekanan bawah tanah dan mengeluarkan perintah kontrol padanya, ubah interval pengambilan sampel pengukur tekanan elektronik bawah tanah, dan mengumpulkan serta menyimpan data tekanan dan suhu yang dikirimkan oleh pengukur tekanan bawah tanah. Data disimpan menggunakan kartu SD, dengan kapasitas penyimpanan hingga 15 juta set data. Sistem catu daya otomatis tenaga surya menyediakan daya yang andal ke sistem akuisisi data permukaan dan pengukur tekanan bawah tanah. Cadangan lubang keluar kabel pada gantungan pipa dan pohon Natal, pasang perangkat kabel wellhead lead out, dan fungsi utamanya adalah untuk menutup kabel-kabel yang melewati kepala sumur. Tekanan penyegelan adalah 20kPsi, dan bahannya Inconel 718. Ini mengadopsi penyegelan logam penuh, yang dapat memastikan efek penyegelan jangka panjang dan cocok untuk sumur minyak dan gas bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi.

Kabel adalah saluran transmisi daya dan data, dengan kabel tembaga padat di dalamnya, lapisan isolasi bagian dalam dan lapisan pengisi isolasi di tengah, dan lapisan kemasan logam pada lapisan terluar. Bahan pipa baja adalah Incoloy 825 (paduan nikel tinggi), dengan tekanan kerja maksimum 25kPsi, suhu kerja maksimum 200 °C, kekuatan tarik 1000kg, dan spesifikasi kawat inti 18 AWG. Ini memiliki ketahanan yang baik terhadap kompresi, abrasi, dan korosi, dan cocok untuk penggunaan jangka panjang di bawah tanah. Pelindung kabel digunakan untuk menempelkan kabel pada pipa minyak dan memberikan perlindungan pada kabel pada sambungan pipa. Terdapat opsi untuk pelindung ringan tipe stamping dan pelindung kabel tugas berat baja tuang. Pelindung kabel yang berat biasanya digunakan di ujung bawah rangkaian pipa minyak dan pada struktur lubang sumur khusus. Mereka dapat menahan keausan dan menahan kekuatan benturan eksternal yang besar, melindungi kabel agar tidak rusak total oleh lingkungan bawah tanah yang keras; Pelindung kabel yang ringan biasanya digunakan pada bagian atas rangkaian pipa minyak, yang tidak hanya dapat memperbaiki kabel tetapi juga menahan gaya benturan lubang bawah biasa.

Pengukur tekanan elektronik adalah bagian inti dari sistem PDMS bawah tanah, menggunakan sensor tekanan dan suhu kuarsa presisi tinggi dan resolusi tinggi. Desain produksi sirkuit didasarkan pada teknologi sirkuit hybrid terkini dan dikemas menggunakan teknologi pengelasan vakum. Penyegelan antara sensor pengukur tekanan elektronik dan silinder luar rangkaian dilakukan menggunakan teknologi pengelasan berkas ion. Bahan silinder luar terbuat dari paduan Inconel berbasis nikel anti korosi yang sangat kuat 718, dengan diameter luar maksimum sebesar 0.875 inci dan peringkat tekanan maksimum 25000 Psi. Ini dapat bekerja terus menerus selama lebih dari 10 tahun pada suhu tinggi 200 ℃/392 ℉, dan dapat bekerja dalam waktu lama dalam kondisi sumur yang keras seperti suhu tinggi dan tekanan tinggi.

Silinder pendukung pengukur tekanan menyediakan posisi pemasangan dan perlindungan mekanis untuk pengukur tekanan. Segel antara pengukur tekanan dan silinder pendukung adalah segel logam. Tekanan di dalam selubung luar silinder pendukung dapat dipantau atau tekanan di dalam pipa oli dapat dirasakan dan dipantau melalui lubang transmisi tekanan. Dua pengukur tekanan juga dapat dipasang secara bersamaan pada satu silinder pendukung.

Sistem pemantauan downhole permanen dapat terus memantau tekanan dan suhu bottomhole sumur minyak dan gas dalam waktu yang lama. Ini digunakan untuk analisis dinamis produksi sumur minyak dan gas, analisis pengujian sumur, simulasi numerik reservoir minyak dan gas, optimalisasi parameter kerja pengangkatan buatan, pencegahan pembentukan produksi pasir, dan masalah penelitian lainnya. Ciri-ciri utamanya adalah: (1) ia memiliki stabilitas jangka panjang dalam pengoperasiannya. Sistem pasokan tenaga surya dapat memastikan pengoperasian sistem yang berkelanjutan dan andal; Mengadopsi desain sirkuit terpadu skala ultra besar, ia memiliki kemampuan seismik dan anti-interferensi yang kuat; Teknologi sensor tekanan dan teknologi sirkuit terbaru diadopsi, dan waktu pemantauan terus menerus bisa mencapai lebih dari 10 Tahun, dengan stabilitas dan keandalan kerja yang tinggi.

(2) Cocok untuk memantau suhu tinggi dan sumur bertekanan tinggi. Tingkat tekanan maksimum pengukur tekanan elektronik bisa mencapai 25kPsi, dan dapat bekerja terus menerus selama lebih dari 10 tahun pada suhu tinggi 200 ℃/392 ℉. Ini dapat digunakan untuk memantau kondisi sumur yang keras seperti suhu tinggi, tekanan tinggi, dan sifat korosif yang tinggi.

(3) Pemantauan tekanan multi-lapisan secara real-time dan berkelanjutan. Sistem pemantauan bawah tanah permanen tidak hanya dapat mencapai pemantauan tekanan satu lapis, tetapi juga mencapai pemantauan simultan dan real-time terhadap data bawah tanah satu sumur dan multi-lapisan. Sebagai tambahan, dimungkinkan untuk memilih untuk memantau tekanan di dalam casing di luar tabung pendukung atau tekanan di dalam pipa oli di dalam tabung pendukung.

Teknologi pemantauan serat optik permanen Teknologi penginderaan serat optik adalah jenis teknologi penginderaan baru yang menggunakan gelombang cahaya sebagai pembawa dan serat optik sebagai media untuk melihat dan mengirimkan sinyal terukur eksternal. Teknologi pemantauan tekanan/suhu serat optik permanen adalah dengan menurunkan sensor serat optik ke dalam sumur beserta tali penyelesaiannya. Laser kepala sumur memancarkan laser, dan sinyal optik mencapai sensor lubang bawah melalui serat optik. Sensor memodulasi informasi suhu dan tekanan pada spektrum refleksi. Detektor kepala sumur menerima spektrum yang dipantulkan kembali dari sensor dan memperoleh data suhu dan tekanan melalui analisis spektrum interferensi. Pemantauan serat optik permanen dapat dilakukan secara real-time, jangka panjang, dan pemantauan yang stabil terhadap data tekanan dan suhu lubang dasar di sumur minyak dan gas. Melalui pemantauan data regional dan multi titik sumur, hal ini dapat menjadi dasar penyusunan rencana pengembangan ladang minyak dan gas.

Sensor serat optik yang umum digunakan di bawah tanah termasuk sensor suhu serat optik terdistribusi (DTS) dan sensor tekanan serat optik (PT). Dasar pengukuran DTS adalah pengaruh suhu terhadap koefisien hamburan cahaya. Dengan mendeteksi informasi gangguan distribusi suhu eksternal pada serat, informasi suhu diperoleh untuk mencapai pengukuran suhu terdistribusi. Dasar teknis pengukurannya adalah teknologi hamburan serat Raman. Laser memancarkan pulsa cahaya di sepanjang serat optik, yang dibagi menjadi dua balok melalui splitter. Dua filter dengan panjang gelombang pusat yang berbeda dihubungkan di bawah untuk menyaring cahaya Stokes dan cahaya anti Stokes, yang diubah menjadi sinyal listrik oleh fotodetektor dan dikirim ke unit akuisisi dan pemrosesan data. Setelah deteksi dan pemrosesan, nilai suhu akhirnya dikeluarkan.

Berdasarkan prinsip kecepatan cahaya yang konstan, kedalaman yang tepat dari sinyal cahaya yang dipantulkan dari serat optik dapat diukur

Kebanyakan sensor tekanan serat optik menggunakan pengukur tekanan berdasarkan prinsip interferometer Fabry Perot. Rongga yang dibentuk oleh dua permukaan ujung serat disebut rongga Fabry Perot dalam optik, disingkat rongga Fabry Perot. Saat laser memasuki rongga Faber dari salah satu ujung serat, sebagian energi cahaya dipantulkan pada permukaan ujung serat di ujung itu; Energi optik yang tersisa terus merambat ke depan, kemudian dipantulkan dari permukaan ujung serat kedua dan memasuki bagian serat pertama dalam arah yang berlawanan. Laser yang dipantulkan dua kali membentuk interferensi pada permukaan detektor, dan spektrum interferensi ditentukan secara unik oleh panjang rongga Fabry, yang merupakan gelombang sinus dalam domain frekuensi. Dengan mengukur periode dan fase gelombang sinus, panjang rongga dapat ditentukan secara akurat. Tekanan eksternal P akan menekan rongga Faber, menyebabkan panjang rongga rongga Faber yang terbentuk di antara kedua permukaan ujung serat berubah seiring dengan perubahan tekanan eksternal. Jadi, dengan mengukur panjang rongga Faber, tekanan eksternal P dapat disimpulkan.

Komposisi sistem pemantauan tekanan/suhu serat optik permanen

Bagian dasar terutama mencakup kabel optik dan modulator yang terkubur, sedangkan bagian bawah tanah terutama mencakup sensor serat optik, dukungan sensor, kabel optik, dan pelindung kabel. Demodulator spektral tanah memancarkan laser pemindaian dengan panjang gelombang terus menerus 1510-1590nm. Laser ditransmisikan ke sensor tekanan rongga F-P dan sensor suhu FBG di bawah tanah melalui serat sinyal, dan kemudian laser dipantulkan oleh rongga F-P dan FBG membentuk spektrum refleksi. Spektrum refleksi membawa informasi tekanan dan suhu di dekat sensor kembali ke demodulator sepanjang serat yang sama, dan demodulator mengirimkan sinyal spektral ke komputer. Komputer menghitung nilai tekanan dan suhu di bawah tanah sesuai dengan program demodulasi, dan menampilkan, menyimpan atau mengirimkannya dari jarak jauh secara real-time sesuai dengan format database yang diperlukan.

Unit kendali darat terdiri dari demodulator dan komputer laptop, dan perangkat lunak yang cocok dengan demodulator sudah terpasang di komputer. Demodulator adalah perangkat yang menafsirkan sinyal spektral yang dipantulkan kembali oleh sensor suhu dan tekanan lubang bawah menjadi nilai suhu dan tekanan yang terlihat oleh pengguna.. Ini secara berurutan dapat mendemodulasi sinyal tekanan dan suhu 16 sensor saluran, dan menampilkan serta menyimpan suhu dan tekanan saat ini. Kabel optik yang terkubur terutama digunakan untuk mengirimkan sinyal optik dari kepala sumur ke peralatan, dan umumnya dibangun secara terkubur. Kabel optik lapis baja menyediakan saluran untuk transmisi sinyal antara sensor dan demodulator tanah. Material armor luarnya adalah 316L atau Inconel825, dan lapisan logam tengah yang tahan hidrogen dapat menunda hilangnya hidrogen sekitar 140 kali, sangat memperpanjang masa pakai kabel optik dalam kondisi suhu tinggi. Masa pakai kabel optik bisa mencapai lebih dari 10 Tahun.

Sensor serat optik adalah komponen inti dari sistem pemantauan tekanan/suhu serat optik permanen di bawah tanah, dengan tekanan kerja maksimal 15kPsi dan temperatur kerja maksimal 300 °C.

Keuntungan dari teknologi pemantauan serat optik permanen terutama meliputi:

(1) Sensornya berukuran kecil, ringan, dengan sangat sedikit komponen dan tidak ada bagian yang bergerak. Sensor optik memiliki umur lebih dari 15 Tahun.

(2) Serat optik merupakan sensor dan media transmisi sinyal, tanpa perangkat elektronik bawah tanah, tahan terhadap interferensi elektromagnetik yang kuat, dan sangat dapat diandalkan.

(3) Semua struktur kuarsa, sifat kimia yang stabil, teknologi pemrosesan mikro laser, kinerja yang andal.

(4) Kabel optik lapis baja terbuat dari bahan paduan 316L atau Inconel825, yang tahan terhadap korosi H2S/CO2.

(5) Ada beberapa titik pengukuran, yang dapat dihubungkan secara seri atau paralel untuk memantau tekanan dan suhu beberapa lapisan dalam satu sumur. Sebuah 1/4 “kabel serat optik dalam satu sumur dapat menyediakan hingga 12 sinyal tekanan dan suhu, dan satu set peralatan kepala sumur dapat terhubung 16 sensor suhu dan tekanan secara bersamaan.

(6) Dapat digunakan untuk sumur bersuhu tinggi/bertekanan tinggi: dapat bertahan 300 ˚ Suhu tinggi, 15000tekanan psi, dan getaran serta dampak yang ditimbulkan oleh aliran udara berkekuatan tinggi.

Pengoperasian kawat baja cocok untuk menguji sumur vertikal dan sumur miring kecil. Keuntungannya adalah biaya satu operasinya rendah, tetapi biaya selanjutnya meningkat seiring dengan jumlah operasi. Ini dapat digunakan untuk pemantauan sementara sumur pengembangan biasa bersuhu rendah dan bertekanan rendah. Pemantauan tekanan permanen dan pemantauan serat optik cocok untuk sumur vertikal dan horizontal, dengan investasi awal yang tinggi tetapi tanpa biaya operasional berikutnya. Sumur cluster/platform dapat berbagi peralatan permukaan, sangat mengurangi biaya keseluruhan. Mereka dapat digunakan untuk pemantauan suhu tinggi secara real-time dan berkelanjutan, sumur bertekanan tinggi atau sumur kunci.

(1) Teknologi pemantauan berkelanjutan memberikan dukungan data yang kuat untuk pengelolaan sumur minyak dan gas yang lebih baik, yang membantu mengoptimalkan sistem kerja sumur minyak dan gas secara tepat waktu, mencegah produksi pasir di waduk, dan menekan pembentukan tepian dan dasar air secara cepat.

(2) Teknologi pemantauan tekanan permanen dan teknologi pemantauan serat optik dapat secara efektif memecahkan masalah pemantauan dinamis pada sumur bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi, dan dapat mengurangi tingkat kecelakaan teknik pada operasi pengujian sekaligus menyediakan data dinamis sumur minyak dan gas.

(3) Memperhatikan faktor teknis dan ekonomi, disarankan untuk melakukan pemantauan berkelanjutan jangka panjang terhadap sumur-sumur utama. Teknologi pemantauan tekanan permanen harus digunakan untuk sumur bertekanan tinggi, dan teknologi pemantauan serat optik harus digunakan untuk sumur bersuhu tinggi.

Sensor suhu serat optik, Sistem pemantauan cerdas, Produsen serat optik terdistribusi di Cina