井下作业智能监督装置的研究与完善.pdf

2023年9 月第39 卷第9 期石油工业技术监督Technology Supervision in Petroleum IndustrySep.2023Vol.39No.9井下作业智能监督装置的研究与完善杨明中国石油大庆油田有限责任公司第三采油厂工艺研究所（黑龙江大庆16 3113）摘要常规油、水井作业施工的重点工序包括探砂、冲砂、通井、刮蜡、验窜等起下过程。目前现场井下作业智能监督仪还存在较大的信号及流量监测误差，并且无法监测流量数据，对一些特定工序无法进行评判。通过技术理论分析及现场应用，不断完善井下作业智能监督技术，通过改变信号传输系统，优化管柱识别程序，并且增加流量监测装置，完善井下作业智能监督装置判定识别方法，满足作业现场智能化监督需求。关键词井下作业；智能监督；工序D0I:10.20029/j.issn.1004-1346.2023.09.007Research and Improvement of Intelligent Supervision Device forUnderground OperationYANG MingTechnology Research Institute of the Third Oil Exploitation Plant,PetroChina Daqing Oilfield Co.,Ltd(Daqing,Heilongjiang,163113,China)Abstract The key processes of conventional oil and water well operation and construction include sand exploration and sand washing,well clearing,wax scraping,test channeling and other up-and-down processes.At present,there are still large errors in signal and flowmonitoring,and the flow data can not be monitored,and some specific processes can not be judged.Through the analysis of technicaltheory and field application,the intelligent supervision technology of underground operation is constantly improved.This technologymainly plans to improve the determination and identification method of intelligent monitoring device for downhole operation by changingthe signal transmission system,optimizing the pipe column identification procedure,and adding flow monitoring devices to meet theneeds of intelligent supervision on the working site.Key words downhole/underground operation;intelligence supervision;processes杨明.井下作业智能监督装置的研究与完善 J.石油工业技术监督,2 0 2 3,39(9):30-33.YANG Ming.Research and improvement of intelligent supervision device for underground operationJ.Technology Supervision in Petro-leum Industry,2023,39(9):30-33.2019年以来，针对外部作业队施工质量参差不齐、重点工序无全过程监督记录等问题，开展了井下作业全过程智能监督技术的研究，实现了冲砂、刮蜡、洗井、验窜等重点工序的全过程监督。但在现场应用过程中，还存在工序监督覆盖不全面、部分数据接收不完整、复杂动作判断不准确、电子信息程度不完善等问题。因此，计划开展井下作业智能监督装置完善与推广，扩大该技术的应用范围，保证作业施工质量，提高作业监督水平。1装置结构及工作原理井下智能监督装置分为井下部分和地面部分。井下部分由电池组负责供电，压力温度传感器、加速度计、电磁流量计负责不同参数的采集，无线通讯模块负责与地面进行无线数据传输，而控制电路是系统中枢,负责控制所有传感器工作及通讯收稿日期：2 0 2 3-0 6-2 9；修回日期：2 0 2 3-0 7-19本文获第四届中国石油工程监督行业优秀论文评选二等奖作者简介：杨明(19 8 9),男，工程师，现主要从事采油工艺研究，封堵作业现场监督工作。E-mail:杨明：井下作业智能监督装置的研究与完善数据的收发-。在常规井下作业时，该仪器可以存储作业期间的温度、油套管压力、流量、起下过程仪器运动姿态等数据；作业结束后，监督装置起到地面，通过WIFI与笔记本电脑连接，读取存储的各种参数，并由数据处理软件解析数据，计算施工作业时间、起下次数，生成作业数据曲线及图表，据此了解作业过程14-。如图1所示。电池组井下部分压力温度传感器控制电路加速度计电磁流量计图1井下作业智能监督系统组成框图1.1智能监督装置智能监督装置结构示意图如图2 所示，装置主要由2 块组成，分别为电池组件（序号3）、主机（序号5)和流量组件(序号7)。其中电池组件由多支电池环形布置在电池支架上组成，电池组件右端靠台阶定位，左端靠上密封堵头（序号1)压缩0 形圈来定位。主机是整个仪器的核心部件，安装有电路板组件、两个压力传感器、一个温度传感器和天线组件，12341-上密封堵头；2-上密封外管；3-电池组件4-密封管；5-主机；6-天线盖板；7-流量组件8-下密封外管；9-下密封堵头；10-保护罩图2 整机结构示意图通讯设置数据处理参数设置关于退出数据回放数据分析报表生成20.000.002022/06/0200:00:00(P/w)唐2022/06/02.00:00:001.000.0-1.002022/06/02.00:00:00仪器上电时间：2022-06-0119:51:55国调试国警告滚动清空只看结果时间分类19:51:55成功31:同时主机上还预留有上电和通讯接口。流量组件由两个鞍形线圈负责提供励磁信号，两个电极负责感应流量信号。流量组件通过下密封堵头（序号9）压紧。天线盖板(序号6)用于主机上天线组件的防护,通过上密封外管(序号2)和下密封外管(序号8拧紧后固定。智能监督装置为全封闭仪器，主要材质采用17-4PH,具有高强度和耐腐蚀性的特点,天线部分采用高强度工程塑料，适应现场使用环境且不影响地面组成WIFI信号传输，上下接头采用标准7 3油管扣，连接井下无线笔记本电脑通讯模块及回放软件56782.10GZIC-1管柱智能监测装置软件V1.01.0000压力温度数据2022/06/03.00:00:002022/06/0400:00:002022/06/0300:00:002022/06/0400:00:002022/06/03.00:00:002022/06/04 00:00:00缩小放大消息无线通讯工）打开成功方便，使用可靠。主要技术指标见表1。表1主要技术指标温度监测温度监测-25 90范围/压力监测范围/MPa流量监测范围/0300(m/d)管柱计数误差/%仪器尺寸/mm最小采样间隔/ms1.2地面回放软件井下监督仪的地面回放软件（图3）,可以实现仪器选择、数据读取、数据回放、曲线生成，报表打印等功能 6-7 。装置起井后通过WIFI将存储的数据发送给笔记本电脑，数据经软件处理生成起下井过程的各种参数曲线，并经进一步处理计算出起下管柱数。2022-07-04.19:51:55WIPI无线网络连接已打开1区管压区套压区温度40温度（）202022/06/0500:00:002022/06/0600:00:00时间流量微据2022/06/0500:00:00时间加速度数据2022/06/05 00:00:00时间0.5精度/压力监测精度/0 600.2%(FS)流量监测精度/(FS)4外径100(95 mm),内径40(30 mm),总长6 5010(加速度)1000(其他参数)压力温度数据控制接收数据调取数据保存数据通讯进度：2022/06/0700:00:00区流量2022/06/0600:00:002022/06/0700:00:00X轴区Y轴区-之轴2022/06/06.00:00:002022/06/07.00:00:002%流重数据控制接收数据调取数据保存数据通讯进度：加速度数据控制接收并保存数据调取数据绘制曲时过滤无用数据绘制曲时过滤X轴与轴通讯进度：图3数据回放软件界面32石油工业技术监督2工艺可行性验证为了验证该套工艺的可行性，进行了室内参数实验。实验现场如图4、图5、图6 所示。图6 装置流量标定实验通过井下工具检测车间，对监督仪进行测压及测温实验，密闭车间内提升压力至50 MPa，温度升图4检测整体参数实验图5装置压力温度标定实验序号井号1B2-310-P342B3-360-P353B2-320-P414B2311-P435B2-D4-4236B2-D5-4267B2-D6-4258B2-D1427在初期现场试验之后，技术人员跟踪全过程作业，对比现场写实和回放曲线，可以侧面印证全过程施工情况，在各施工工序交叉作业时也能保证各项功能互不干扰，满电续航达30 天左右。通过在B2-D5-426井试验中可以发现，该井作业类型为小孔径定向开窗水平钻孔，在钻孔结束后无法判定是否钻开，有可能影响后续压裂施工质量。因此该井需要监督的重点工序为验吸水。2 0 2 2 年6 月2 2 日，在实际施工过程中，高至9 5。在实验结束后检查仪器，无破损漏点，同时检测地面软件曲线，与实验过程中参数一致，说明仪器实用性验证成功。3现场试验及应用情况在大庆油田XX采油厂针对井下作业监督需求井进行系统施工,分析出该技术的应用效果及推广价值，见表2。表2 现场应用记录采出方式施工目的施工队伍油井补孔后封堵作业30 42022-03-012022-03-09油井补孔后封堵作业30 52022-03-042022-03-13油井补孔后封堵作业30 22022-03-312022-04-11油井补孔后封堵作业30 72022-03-312022-04-12油井小孔径钻孔作业30 42022-05-052022-05-27油井小孔径钻孔作业30 22022-06-072022-06-23油井小孔径钻孔作业30 22022-06-232022-07-04油井补孔后封堵作业30 72022-08-222022-09-02补孔后对补孔层段进行吸水验证，验吸水管柱应用两级扩张式封隔器，中间加一个节流器和监督仪，分三段验吸水，并在两级封隔器上下各放一级监督仪，证明封隔器是否密封9。如图7所示，油管打压套压不跟随，证明封隔器密封良好。如图8、图9 所示，在两级封隔器中间的监督仪显示有明显的压力差及流量波动，说明管外有泄压区，可以证明钻孔成功。施工时间井况精度误差/%常规2.8小直径3.5常规3.2常规3.6常规2.3常规2.5常规2.75常规2.7备注通井释放验窜洗井验吸水验吸水验吸水验窜、释放杨明：井下作业智能监督装置的研究与完善25-0.6(3X/N)/率叫重0.60.4200.40.2150.20.00.0100.20.25-0.4-0.633220.80.6200.6(3/N)/率0.40.4180.20.2160.0.0140.20.2120.40.4106010:14:49图7 B2-D5-426验吸水工序（封隔器上下）测试曲线流量压力温度加速度800700600500(P/)/4003002001000-100-200-3002022-06-2210:00:004结论1)在上返井作业监督中，由于补孔后井口溢流大，监督验窜工序时无法使用“套溢法”。监督仪可以作为上返区块油井验窜、释放的重要监督手段。2)针对目前现场监督没有起下过程中的压力、温度、深度、流量等数据，无法对施工质量进行评判。通过研制一种新型井下作业智能监督装置，主要针对作业施工中的重点工序，对起下过程中的压力、温度、管柱根数等数据进行记录，满足作业现场智能化监督需求。3)智能监督装置可以作为重点工序监督井辅助监督手段，也可以作为外委队伍的抽查监督手段。在实现自动远传功能后，可以由作业队上传曲线至视频监督工序，由监督人员确定工序施工情况，以此作为作业费用结算的重要环节。参考文献：1邵海峰.井下作业面智能巡检控制系统的研究 .机械管-0.8-0.610:14:4912:28:9时间2022-06-222022-06-2210:30:0011:00:00813:34:4914:41:292022-06-222022-06-2211:30:0012:00:00图9 B2-D5-426流量数据2李泽亮,马骞,刘炳森,等.智能仿真开关井装置研究及应用 J.石油工业技术监督,2 0 2 1,37(2):1-6.3兰洪奎.油田施工现场监督智能化管理装置的研究 .石油工业技术监督,2 0 2 1,37(3):14-18.4】王鹏.井下作业技术现状分析及工艺优化措施 化工管理,2 0 2 2(2 4):155-157.5刘曾辉.井下无线物联网与智能终端的有效应用 长江信息通信,2 0 2 2,35(4):6 0-6 2.6】郑新权,师俊峰,曹刚,等.采油采气工程技术新进展与展望 J.石油勘探与开发,2 0 2 2,49(3):56 5-57 6.7王君.石南31井区油水井、采注计量站无线视频监控系统的研究与应用 J.中国石油和化工标准与质量,2 0 14,34(5):196.8朱海东.井下作业数据采集应用系统建设研究 J.石油工业技术监督,2 0 12,2 8(4):17-2 0.9袁瑛,张乃禄.基于实时生产数据的油井工况诊断系统 石油工业技术监督,2 0 2 1,37(5):44-48.本文编辑：崔杰-0.8-0.611:47:1312:3:53图8 B2-D5-426验吸水工序（中间）流量数据区-流量2022-06-222022-06-2212:30:0013:00:00时间理开发,2 0 2 2,37(9):2 9 0-2 9 1.12:20:33时间2022-06-222022-06-2213:30:0014:00:0012:37:132022-06-222022-06-2214:30:0015:00:0012:53:53流量：-5.4m2022-06-2215:30:00