Застосування розподіленої волоконно-оптичної системи моніторингу температури нафтових свердловин, тиск, швидкість потоку та інші рішення-INNO

Вибійний тиск, температурні та інші дані нафтових і газових свердловин є необхідною основою для динамічного аналізу розробки нафтогазових родовищ і формулювання планів коригування розробки. Тому, для отримання відповідних даних у процесі видобутку нафтових і газових свердловин необхідні часті випробування. Однак, з поглибленням розробки родовищ нафти і газу, переривчасті одноточкові дані більше не можуть ефективно підтримувати своєчасне коригування нафтових і газових свердловин. Технологія постійного моніторингу тиску та оптоволоконного моніторингу дозволяє безперервно контролювати нафтові та газові свердловини протягом тривалого часу, отримати криві вибійного тиску і температури в реальному часі, і керувати нафтовими та газовими свердловинами для здійснення видобутку за прийнятної різниці тиску в режимі реального часу. Шляхом стабільного або нестабільного випробування свердловин, динамічні резерви, проникність, шкірний фактор, Тощо. однієї свердловини можна розрахувати, і багатоточковий контроль можна використовувати для перевірки зв'язку продуктивних пластів між свердловинами.

Система постійного моніторингу свердловинного тиску використовує вдосконалені датчики тиску та електронні мікросхеми. Після більш ніж десяти років застосування на нафтових родовищах у таких країнах, як Канада, США, Ірак, Іран, Росія, Малайзія, Тощо., він повністю продемонстрував свою перевагу в технології випробування нафтових і газових свердловин. У середині 1980-х — на початку 1990-х рр, 12 підрозділи спільно ініціювали дослідження щодо застосування технології волоконно-оптичних датчиків у постійному моніторингу нафтових пластів. В даний час, клітковина оптичні системи моніторингу, такі як температура та тиск системи вимірювання та розподілені системи вимірювання температури досягли зрілості та використовуються для моніторингу температури нафтових свердловин, тиск, швидкість потоку, Тощо.

В даний час, Інтервальна операція сталевим дротом в основному використовується в Китаї для вимірювання даних про тиск і температуру на дні нафтових і газових свердловин, технологія постійного моніторингу використовується рідко. Ця стаття зосереджуватиметься на підсумку основних принципів та можливості адаптації різних методів тестування, надання довідки для вибору методів випробувань нафтових і газових свердловин, особливо для ключових методів випробування нафтових і газових свердловин, таких як висока температура і високий тиск.

Традиційний метод інтервального тестування перевіряє нафтові та газові свердловини в певний час відповідно до потреб виробництва. Манометр вставляється в свердловину за допомогою сталевих дротів або кабелів для отримання даних про вибійний тиск і температуру під час випробування. Після завершення операції, манометр піднімають з гирла свердловини. Перевагою цього методу є низька вартість однієї операції тестування, але він не може отримати довгострокові дані про тиск і температуру. Одночасно, манометри, які використовуються переважно з дорогоцінних каменів або кварцові електронні манометри, з діапазоном тиску о 105 МПа і діапазон температур о 177 °C, які більше не можуть відповідати вимогам тестування свердловин високого тиску та високої температури.

Наразі існує три широко використовувані процеси тестування:

(1) Підйомно-складський тип зі сталевого дроту: перше, запрограмувати електронний манометр і підключити його до електрики. Використовуйте обладнання зі сталевого дроту, щоб опустити манометр у цільовий шар. Після завершення тесту, манометр піднімають з гирла свердловини разом зі сталевим дротом, і дані про тиск і температуру відтворюються на землі.

(2) Сталевий дріт аварійного типу: Після програмування електронного манометра та підключення його до електрики, його опускають у цільовий шар сталевим дротом, звільнений від манометра, і піднятий із сталевого дроту. В кінці тесту, використовуйте інструменти зі сталевого дроту, щоб врятувати манометр і відтворити дані про тиск і температуру на землі.

(3) Кабельний підйом і прямий тип зчитування: Підключіть електронний манометр до одножильного кабелю, за допомогою лебідки направити його на цільовий шар на дні свердловини, і живити підземний манометр на поверхні. Тестові дані передаються назад на поверхню в реальному часі через кабель, і манометр піднімають після завершення випробування.

Метод тестування зберігання використовує батареї для живлення манометра, у той час як метод перевірки прямого зчитування використовує кабелі для живлення підземного манометра. Час тестування більше не обмежується енергією акумулятора, але є проблема з герметизацією гирла випробувальної свердловини. В даний час, основним методом тестування є використання методу підйому та зберігання за допомогою сталевого дроту, який перетворює тиск і температуру на глибині нафтового шару на основі кривої градієнта тиску в свердловині, виміряної під час процесу підйому сталевого дроту.

Операція випробування - це операція з устним тиском, і операція випробування свердловин при високій температурі та високому тиску вимагає високих рівнів тиску для обладнання для контролю свердловини, такого як противибухові пристрої та розпилювальні труби. Через велику вагу струни інструменту зі сталевого дроту, високі вимоги пред'являються також до показників розтягування сталевого дроту, що створює високий ризик для операції тестування.

Система постійного свердловинного моніторингу (PDMS) це технологія, яка поміщає електронний манометр у тримач манометра, з’єднаний з маслопроводом, і опускає його в свердловину разом з нафтопроводом. Високоточні датчики в манометрі визначають тиск і температуру під землею, а оброблені сигнали тиску та температури передаються на поверхню через кабелі. Система збору даних з поверхні контролює та зберігає сигнали підземного тиску та температури, що передаються на поверхню, і дані про тиск і температуру записуються в реальному часі. PDMS може використовувати пряме зчитування з землі для моніторингу нафтових пластів і стану свердловин у режимі реального часу, безперервно, і довгострокові, полегшення своєчасного розуміння динаміки видобутку нафтових і газових свердловин, оптимізація систем експлуатації нафтових і газових свердловин і параметрів підйому.

Система в основному складається з двох частин: підземні та наземні. Наземна частина складається з пристрою кабельного виведення гирла свердловини, система збору даних, і сонячна система автоматичного електропостачання. Підземна частина складається з електронного манометра, опорний циліндр манометра, броньовані кабелі, і захист кабелю.

Наземна система збору даних використовується для живлення підземного манометра та видачі йому команд керування, змінити інтервал вибірки підземного електронного манометра, а також збирати та зберігати дані про тиск і температуру, що передаються підземним манометром. Дані зберігаються за допомогою SD-карти, з ємністю до 15 мільйон наборів даних. Сонячна автоматична система живлення забезпечує надійне живлення наземної системи збору даних і підземного манометра. Зарезервуйте отвори для виходу кабелю на вішалку для трубок і ялинку, встановити кабельні вивідні пристрої гирла свердловини, а головна функція – ущільнення кабелів, які проходять через гирло свердловини. Тиск ущільнення становить 20 кПа, а матеріал - інконель 718. Він приймає повне металеве ущільнення, який може забезпечити довготривалий ефект ущільнення та підходить для нафтових і газових свердловин високого тиску та високої температури.

Кабель - це канал передачі живлення та даних, з твердими мідними дротами всередині, внутрішній ізоляційний шар і ізоляційний наповнювальний шар посередині, і шар металевої упаковки на самому зовнішньому шарі. Матеріал сталевої труби - Incoloy 825 (високонікелевий сплав), з максимальним робочим тиском 25 кПа, максимальна робоча температура 200 °C, міцність на розрив 1000 кг, і специфікація жилового дроту 18 AWG. Має хорошу стійкість до стиснення, стирання, і корозії, і придатний для тривалого використання під землею. Кабельні протектори використовуються для кріплення кабелів до масляних труб і забезпечують захист кабелів у з’єднаннях труб. Існують варіанти легких протекторів штампованого типу та сталевих протекторів для важких умов експлуатації. Важкі протектори кабелю зазвичай використовуються на нижньому кінці колони нафтопроводів і в спеціальних стовбурах свердловин. Вони можуть протистояти зносу і витримувати значні зовнішні навантаження, захист кабелю від повного пошкодження в суворих підземних умовах; Легкі кабельні протектори зазвичай використовуються у верхній частині колони нафтопроводу, який може не тільки закріпити кабель, але й витримати звичайну силу удару в свердловині.

Електронний манометр є основною частиною підземної системи PDMS, з використанням високоточних кварцових датчиків тиску і температури з високою роздільною здатністю. Виробнича конструкція схеми заснована на новітній технології гібридної схеми та упакована за допомогою технології вакуумного зварювання. Ущільнення між електронним датчиком манометра та зовнішнім циліндром контуру здійснюється за допомогою технології зварювання іонним променем. Матеріал зовнішнього циліндра виготовлений з надміцного антикорозійного сплаву на основі нікелю Інконель 718, з максимальним зовнішнім діаметром 0.875 дюймів і максимальний номінальний тиск 25000 Псі. Він може безперервно працювати більше ніж 10 років при високих температурах 200 ℃/392 ℉, і може працювати протягом тривалого часу в суворих умовах свердловини, таких як висока температура та високий тиск.

Опорний циліндр манометра забезпечує монтажне положення та механічний захист манометра. Ущільненням між манометром і опорним циліндром є металеве ущільнення. Тиск всередині зовнішнього корпусу опорного циліндра можна контролювати або тиск всередині масляної труби можна відчути та контролювати через отвір для передачі тиску. Також на одному опорному циліндрі можна встановити одночасно два манометри.

Система постійного свердловинного моніторингу дозволяє безперервно контролювати вибійний тиск і температуру нафтових і газових свердловин протягом тривалого часу.. Використовується для динамічного аналізу видобутку нафтових і газових свердловин, аналіз випробування свердловин, чисельне моделювання нафтових і газових покладів, оптимізація робочих параметрів штучного підйому, запобігання утворення піску, та інші питання дослідження. Основними його характеристиками є: (1) має тривалу стабільність в роботі. Система сонячного електропостачання може забезпечити безперервну та надійну роботу системи; Прийняття надвеликомасштабного дизайну інтегральної схеми, він має сильні сейсмічні та антиперешкодні можливості; Застосовуються найновіші технології датчиків тиску та технології схем, і час безперервного моніторингу може досягати більше ніж 10 Років, з високою робочою стабільністю та надійністю.

(2) Підходить для моніторингу свердловин високої температури та високого тиску. Максимальний рівень тиску електронного манометра може досягати 25 кПа, і він може безперервно працювати більше ніж 10 років при високих температурах 200 ℃/392 ℉. Його можна використовувати для моніторингу важких умов свердловини, таких як висока температура, високий тиск, і висока корозійна здатність.

(3) Постійний моніторинг багатошарового тиску в реальному часі. Система постійного підземного моніторингу може не тільки досягти однорівневого моніторингу тиску, а також досягти одночасного моніторингу в режимі реального часу даних однієї свердловини та багатошарових підземних даних. Крім цього, можна вибрати контроль тиску всередині кожуха за межами опорної труби або тиску всередині масляної труби всередині опорної труби.

Технологія постійного оптоволоконного моніторингу Технологія оптоволоконного зондування – це новий тип сенсорної технології, яка використовує світлові хвилі як носії та оптичні волокна як середовище для сприйняття та передачі зовнішніх вимірюваних сигналів. Технологія постійного оптоволоконного моніторингу тиску/температури полягає в опусканні оптоволоконного датчика в свердловину разом із колоною заканчування.. Лазер гирла свердловини випромінює лазер, і оптичний сигнал досягає свердловинного датчика через оптоволокно. Датчик модулює інформацію про температуру та тиск у спектрі відбиття. Детектор гирла свердловини приймає спектр, відбитий від датчика, і отримує дані про температуру та тиск за допомогою аналізу спектру перешкод.. Постійний оптоволоконний моніторинг може досягати реального часу, довгострокові, і стабільний моніторинг даних про вибійний тиск і температуру в нафтових і газових свердловинах. За допомогою регіонального та багатоточкового моніторингу даних, це може стати основою для розробки планів розробки нафтових і газових родовищ.

Зазвичай волоконно-оптичні датчики під землею включають розподілені волоконно-оптичні датчики температури (ДТС) і оптоволоконні датчики тиску (PT). Основою вимірювання DTS є вплив температури на коефіцієнт розсіювання світла. Шляхом виявлення інформації про порушення зовнішнього розподілу температури на волокні, інформація про температуру отримується для досягнення розподіленого вимірювання температури. Технічною основою вимірювань є технологія волоконного комбінаційного розсіювання. Лазер випромінює світлові імпульси вздовж оптоволокна, які розділені на два пучки через розгалужувач. Два фільтри з різними центральними довжинами хвиль підключені внизу, щоб відфільтрувати стоксове та антистоксове світло, які перетворюються в електричні сигнали фотодетекторами та надсилаються до блоку збору та обробки даних. Після виявлення та обробки, нарешті виводиться значення температури.

Заснований на принципі постійної швидкості світла, можна виміряти точну глибину відбитих світлових сигналів від оптичних волокон

Більшість волоконно-оптичних датчиків тиску використовують манометри, засновані на принципі інтерферометра Фабрі Перо. Порожнина, утворена двома торцями волокна, в оптиці називається порожниною Фабрі Перо., скорочено називається порожниною Фабрі Перо. Коли лазер потрапляє в порожнину Фабера з одного кінця волокна, частина світлової енергії відбивається на торці волокна на цьому кінці; Решта оптичної енергії продовжує поширюватися вперед, потім відбивається від торця другого волокна і входить у першу ділянку волокна в протилежному напрямку. Двічі відбитий лазер створює перешкоди на поверхні детектора, а інтерференційний спектр однозначно визначається довжиною резонатора Фабрі, яка є синусоїдальною хвилею в частотній області. Вимірюючи період і фазу синусоїди, довжину порожнини можна точно визначити. Зовнішній тиск P буде стискати порожнину Фабера, викликаючи зміну довжини порожнини Фабера, утвореної між двома торцями волокна, зі зміною зовнішнього тиску. Тому, шляхом вимірювання довжини порожнини Фабера, можна зробити висновок про зовнішній тиск P.

Склад постійної волоконно-оптичної системи моніторингу тиску/температури

Наземна частина в основному включає заглиблені оптичні кабелі та модулятори, тоді як підземна частина в основному включає волоконно-оптичні датчики, сенсорні опори, Оптичні кабелі, і захист кабелю. Наземний спектральний демодулятор випромінює лазер безперервного сканування довжини хвилі 1510-1590 нм. Лазер передається на датчик тиску в порожнині F-P і датчик температури FBG під землею через сигнальне волокно, а потім лазер відбивається резонатором F-P і FBG для формування спектру відбиття. Спектр відбиття передає інформацію про тиск і температуру поблизу датчика назад до демодулятора по тому ж волокну, і демодулятор посилає спектральний сигнал на комп'ютер. Комп'ютер розраховує значення тиску і температури під землею відповідно до програми демодуляції, і дисплеї, зберігає або віддалено надсилає їх у режимі реального часу відповідно до необхідного формату бази даних.

Наземний блок управління складається з демодулятора і портативного комп'ютера, а програмне забезпечення, яке відповідає демодулятору, вбудоване в комп’ютер. Демодулятор — це пристрій, який інтерпретує спектральний сигнал, відбитий свердловинним датчиком температури й тиску, у видиме значення температури й тиску для користувача.. Він може послідовно демодулювати сигнали тиску та температури 16 канальні датчики, відображати та зберігати поточну температуру та тиск. Заглиблені оптичні кабелі в основному використовуються для передачі оптичних сигналів від гирла свердловини до обладнання, і, як правило, будуються вглиб. Броньовані оптичні кабелі забезпечують канал для передачі сигналу між датчиками та наземними демодуляторами. Матеріал зовнішньої броні - 316L або Inconel825, а середній стійкий до водню металевий шар може сповільнити втрату водню приблизно 140 разів, значно подовжує термін служби оптичних кабелів в умовах високої температури. Термін служби оптичних кабелів може досягати понад 10 Років.

Волоконно-оптичні датчики є основними компонентами постійної волоконно-оптичної системи моніторингу тиску/температури під землею, з максимальним робочим тиском 15 кПа і максимальною робочою температурою 300 °C.

Переваги технології постійного оптоволоконного моніторингу в основному включають:

(1) Датчик має невеликі розміри, легкий, з невеликою кількістю компонентів і без рухомих частин. Термін служби оптичного датчика становить понад 15 Років.

(2) Оптоволокно є одночасно датчиком і середовищем передачі сигналу, без підземних електронних пристроїв, стійкий до сильних електромагнітних перешкод, і високонадійний.

(3) Повністю кварцова структура, стабільні хімічні властивості, технологія лазерної мікрообробки, надійна продуктивність.

(4) Броньований оптичний кабель виготовлений зі сплаву 316L або Inconel825, який є стійким до корозії H2S/CO2.

(5) Є кілька точок вимірювання, які можна підключати послідовно або паралельно для моніторингу тиску та температури кількох шарів в одній свердловині. A 1/4 “волоконно-оптичний кабель в одній свердловині може забезпечити до 12 сигнали тиску і температури, і набір гирлового обладнання можна підключити 16 датчики температури і тиску одночасно.

(6) Може використовуватися для свердловин високого тиску/високої температури: може витримати 300 ˚ Висока температура, 15000Пси тиск, а також вібрації та удари, спричинені потужним потоком повітря.

Робота зі сталевим дротом підходить для тестування вертикальних свердловин і свердловин з невеликим нахилом. Його перевага в тому, що вартість однієї операції низька, але подальша вартість зростає з кількістю операцій. Може використовуватися для тимчасового моніторингу низькотемпературних і низьконапірних звичайних експлуатаційних свердловин. Постійний моніторинг тиску та оптоволоконний моніторинг підходять для вертикальних і горизонтальних свердловин, з високими початковими інвестиціями, але без подальших експлуатаційних витрат. Кластерні/платформні свердловини можуть спільно використовувати поверхневе обладнання, значно зменшуючи загальні витрати. Їх можна використовувати для постійного моніторингу високої температури в реальному часі, високонапірні або ключові свердловини.

(1) Технологія безперервного моніторингу забезпечує потужну підтримку даних для вдосконаленого керування нафтовими та газовими свердловинами, що допомагає своєчасно оптимізувати систему роботи нафтогазових свердловин, запобігання утворення піску у водоймах, і пригнічують швидке конусоподібне утворення крайової та придонної води.

(2) Технологія постійного моніторингу тиску та волоконно-оптична технологія моніторингу можуть ефективно вирішити проблему динамічного моніторингу високотемпературних і високонапірних свердловин, і може зменшити рівень інженерних аварій під час випробувальних операцій, надаючи динамічні дані нафтових і газових свердловин.

(3) З урахуванням техніко-економічних факторів, рекомендується проводити тривалий безперервний моніторинг ключових свердловин. Для свердловин високого тиску слід використовувати технологію постійного моніторингу тиску, для високотемпературних свердловин слід використовувати волоконно-оптичну технологію моніторингу.