楊明

中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠(chǎng)工藝研究所（黑龍江大慶 163113）

2019年以來(lái)，針對(duì)外部作業(yè)隊(duì)施工質(zhì)量參差不齊、重點(diǎn)工序無(wú)全過(guò)程監(jiān)督記錄等問(wèn)題，開(kāi)展了井下作業(yè)全過(guò)程智能監(jiān)督技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)了沖砂、刮蠟、洗井、驗(yàn)竄等重點(diǎn)工序的全過(guò)程監(jiān)督。但在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中，還存在工序監(jiān)督覆蓋不全面、部分?jǐn)?shù)據(jù)接收不完整、復(fù)雜動(dòng)作判斷不準(zhǔn)確、電子信息程度不完善等問(wèn)題。因此，計(jì)劃開(kāi)展井下作業(yè)智能監(jiān)督裝置完善與推廣，擴(kuò)大該技術(shù)的應(yīng)用范圍，保證作業(yè)施工質(zhì)量，提高作業(yè)監(jiān)督水平。

1 裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

井下智能監(jiān)督裝置分為井下部分和地面部分。井下部分由電池組負(fù)責(zé)供電，壓力溫度傳感器、加速度計(jì)、電磁流量計(jì)負(fù)責(zé)不同參數(shù)的采集，無(wú)線(xiàn)通訊模塊負(fù)責(zé)與地面進(jìn)行無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，而控制電路是系統(tǒng)中樞，負(fù)責(zé)控制所有傳感器工作及通訊數(shù)據(jù)的收發(fā)[1-3]。

在常規(guī)井下作業(yè)時(shí)，該儀器可以存儲(chǔ)作業(yè)期間的溫度、油套管壓力、流量、起下過(guò)程儀器運(yùn)動(dòng)姿態(tài)等數(shù)據(jù)；作業(yè)結(jié)束后，監(jiān)督裝置起到地面，通過(guò)WIFI與筆記本電腦連接，讀取存儲(chǔ)的各種參數(shù)，并由數(shù)據(jù)處理軟件解析數(shù)據(jù)，計(jì)算施工作業(yè)時(shí)間、起下次數(shù)，生成作業(yè)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)及圖表，據(jù)此了解作業(yè)過(guò)程[4-5]。如圖1所示。

圖1 井下作業(yè)智能監(jiān)督系統(tǒng)組成框圖

1.1 智能監(jiān)督裝置

智能監(jiān)督裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，裝置主要由2塊組成，分別為電池組件（序號(hào)3）、主機(jī)（序號(hào)5）和流量組件（序號(hào)7）。其中電池組件由多支電池環(huán)形布置在電池支架上組成，電池組件右端靠臺(tái)階定位，左端靠上密封堵頭（序號(hào)1）壓縮O 形圈來(lái)定位。主機(jī)是整個(gè)儀器的核心部件，安裝有電路板組件、兩個(gè)壓力傳感器、一個(gè)溫度傳感器和天線(xiàn)組件，同時(shí)主機(jī)上還預(yù)留有上電和通訊接口。流量組件由兩個(gè)鞍形線(xiàn)圈負(fù)責(zé)提供勵(lì)磁信號(hào)，兩個(gè)電極負(fù)責(zé)感應(yīng)流量信號(hào)。流量組件通過(guò)下密封堵頭（序號(hào)9）壓緊。天線(xiàn)蓋板（序號(hào)6）用于主機(jī)上天線(xiàn)組件的防護(hù)，通過(guò)上密封外管（序號(hào)2）和下密封外管（序號(hào)8）擰緊后固定。

圖2 整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

智能監(jiān)督裝置為全封閉儀器，主要材質(zhì)采用17-4PH，具有高強(qiáng)度和耐腐蝕性的特點(diǎn)，天線(xiàn)部分采用高強(qiáng)度工程塑料，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境且不影響WIFI 信號(hào)傳輸，上下接頭采用標(biāo)準(zhǔn)73油管扣，連接方便，使用可靠。主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 主要技術(shù)指標(biāo)

1.2 地面回放軟件

井下監(jiān)督儀的地面回放軟件（圖3），可以實(shí)現(xiàn)儀器選擇、數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)回放、曲線(xiàn)生成，報(bào)表打印等功能[6-7]。裝置起井后通過(guò)WIFI 將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)發(fā)送給筆記本電腦，數(shù)據(jù)經(jīng)軟件處理生成起下井過(guò)程的各種參數(shù)曲線(xiàn)，并經(jīng)進(jìn)一步處理計(jì)算出起下管柱數(shù)[8]。

圖3 數(shù)據(jù)回放軟件界面

2 工藝可行性驗(yàn)證

為了驗(yàn)證該套工藝的可行性，進(jìn)行了室內(nèi)參數(shù)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖4、圖5、圖6所示。

圖4 檢測(cè)整體參數(shù)實(shí)驗(yàn)

圖5 裝置壓力溫度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)

圖6 裝置流量標(biāo)定實(shí)驗(yàn)

通過(guò)井下工具檢測(cè)車(chē)間，對(duì)監(jiān)督儀進(jìn)行測(cè)壓及測(cè)溫實(shí)驗(yàn)，密閉車(chē)間內(nèi)提升壓力至50 MPa，溫度升高至95 ℃。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后檢查儀器，無(wú)破損漏點(diǎn)，同時(shí)檢測(cè)地面軟件曲線(xiàn)，與實(shí)驗(yàn)過(guò)程中參數(shù)一致，說(shuō)明儀器實(shí)用性驗(yàn)證成功。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及應(yīng)用情況

在大慶油田XX采油廠(chǎng)針對(duì)井下作業(yè)監(jiān)督需求井進(jìn)行系統(tǒng)施工，分析出該技術(shù)的應(yīng)用效果及推廣價(jià)值，見(jiàn)表2。

表2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用記錄

在初期現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)之后，技術(shù)人員跟蹤全過(guò)程作業(yè)，對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)寫(xiě)實(shí)和回放曲線(xiàn)，可以側(cè)面印證全過(guò)程施工情況，在各施工工序交叉作業(yè)時(shí)也能保證各項(xiàng)功能互不干擾，滿(mǎn)電續(xù)航達(dá)30天左右。

通過(guò)在B2-D5-426 井試驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)，該井作業(yè)類(lèi)型為小孔徑定向開(kāi)窗水平鉆孔，在鉆孔結(jié)束后無(wú)法判定是否鉆開(kāi)，有可能影響后續(xù)壓裂施工質(zhì)量。因此該井需要監(jiān)督的重點(diǎn)工序?yàn)轵?yàn)吸水。2022 年6 月22 日，在實(shí)際施工過(guò)程中，補(bǔ)孔后對(duì)補(bǔ)孔層段進(jìn)行吸水驗(yàn)證，驗(yàn)吸水管柱應(yīng)用兩級(jí)擴(kuò)張式封隔器，中間加一個(gè)節(jié)流器和監(jiān)督儀，分三段驗(yàn)吸水，并在兩級(jí)封隔器上下各放一級(jí)監(jiān)督儀，證明封隔器是否密封[9]。如圖7所示，油管打壓套壓不跟隨，證明封隔器密封良好。

圖7 B2-D5-426驗(yàn)吸水工序（封隔器上下）測(cè)試曲線(xiàn)

如圖8、圖9 所示，在兩級(jí)封隔器中間的監(jiān)督儀顯示有明顯的壓力差及流量波動(dòng)，說(shuō)明管外有泄壓區(qū)，可以證明鉆孔成功。

圖8 B2-D5-426驗(yàn)吸水工序（中間）

圖9 B2-D5-426流量數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

1）在上返井作業(yè)監(jiān)督中，由于補(bǔ)孔后井口溢流大，監(jiān)督驗(yàn)竄工序時(shí)無(wú)法使用“套溢法”。監(jiān)督儀可以作為上返區(qū)塊油井驗(yàn)竄、釋放的重要監(jiān)督手段。

2）針對(duì)目前現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督?jīng)]有起下過(guò)程中的壓力、溫度、深度、流量等數(shù)據(jù)，無(wú)法對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)判。通過(guò)研制一種新型井下作業(yè)智能監(jiān)督裝置，主要針對(duì)作業(yè)施工中的重點(diǎn)工序，對(duì)起下過(guò)程中的壓力、溫度、管柱根數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，滿(mǎn)足作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)智能化監(jiān)督需求。

3）智能監(jiān)督裝置可以作為重點(diǎn)工序監(jiān)督井輔助監(jiān)督手段，也可以作為外委隊(duì)伍的抽查監(jiān)督手段。在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)遠(yuǎn)傳功能后，可以由作業(yè)隊(duì)上傳曲線(xiàn)至視頻監(jiān)督工序，由監(jiān)督人員確定工序施工情況，以此作為作業(yè)費(fèi)用結(jié)算的重要環(huán)節(jié)。