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數據驅動解決方案:油田增產好助手

數據驅動解決方案:油田增產好助手

一套永久性的監測設備,能夠提供準確、可靠、經濟的多點溫度傳感和壓力傳感數據,將油井監測水平向前推進了一大步。

編譯 | 周詩雨 影子

11年前,沒有人知道智能手機是什么;而今天,我們已經無法想象缺少了智能手機的生活會變得多不堪。智能手機在帶給人們無盡的便利之外,其相關的第三方應用程序,已經快速對現有的很多技術產生了沖擊。消費電子技術的飛速進步、電子電路的發展、設備小型化以及在技術應用和使用上的修改完善,更進一步強化了這種沖擊。

消費電子產品的發展,讓油氣行業也從中受益。服務公司開始研發出具有突破性的新型電子設備??偟膩碚f,這些進步有益于解決方案的改進,更好地應對油氣行業所面臨的難題,例如提高高溫下的可靠性和適用性、減少振動和沖擊的影響等等。

自第一個產油井完工以來,行業先驅們就開始投資各種用于收集目標區塊,或甜點區可靠信息的技術。隨著電子技術可靠性的提高,油氣行業目前使用有多種包含電子設備的工具。完井作業中的永久井下監測傳感器已成為大多數地區的標配,因為它們能實時監測井的狀況,從而實現優化油產量,降低水產量,進而提高采收率。一些政府在批準石油天然氣開發之前,明確要求使用監測技術。而對于這些永久性的安裝設備,能夠長時間地保持可靠性是它們得以應用的首要前提。

哈里伯頓就深刻地明白創新技術制造新可能性的能力,他們一直致力于現有產品的不斷改進。這是一款基于石英晶體的測量技術—ROC測量儀。該儀器可靠性強,精度高,即使在高達160 ℃的溫度下,其偏差范圍也是最小級別的。該儀器的新一代進化產品是DataSphere永久監控套件—它是一款能夠實現從整個井筒采集數據的技術和解決方案。

如今,電子元件的體積越來越小,但功能卻越來越強大。相應的,電子設備也變得更加緊湊和堅固。為了提高DataSphere套件在更高溫度下的可靠性,哈里伯頓開發了多種專用集成電路(ASIC),并將陶瓷電容器換成了硅電容器。這些改進減小了尺寸和功耗,160 ℃以上的可靠性也得到了提高。

系統設計

哈里伯頓推出的DataSphere陣列系統,是第一款使用這種新型專用集成電路ASIC電子設計的產品。相比之前的3/4英寸,目前系統外殼尺寸只有5/8 in,是最輕薄的ROC測量儀器。這樣,傳感器就能下放在小井眼中。傳感器是在工具制造過程中完成安裝的,根據油公司選擇的測試深度,同井下電纜一起,連接并焊到油管內導體殼。這種部署方法可以增加井下傳感器的數量,幫助油公司更好地認識井筒。

一般來說,想要沿著完井井柱安裝八個以上的壓力和溫度傳感器是非常困難的,因為需要額外的鉆機時間來安裝電纜終端,并將它們連接到傳感器。而哈里伯頓的技術則繞過了電纜終端和心軸,因此可以在不增加鉆機時間的情況下部署更多的傳感器。在測量壓力和溫度時,陣列傳感器位于更靠近儲層的環空中,這樣可以在需要的地方與傳統的套管ROC傳感器結合使用。

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圖1.DataSphere陣列系統繞過了電纜終端和心軸,因此可以在不增加鉆機時間的情況下部署更多的傳感器。

另一個好處是減少了鉆井平臺上激動壓力所引起的潛在HSE風險。對于傳統的儀表安裝,儀表應使用電纜終端連接到TEC或鉆臺上的心軸,來幫助防止連接到TEC后管道的轉動。在進行恰當連接后,油服公司應對連接進行壓力測試。如果溫度在日落時下降或在日出時上升,則這一過程需要較長的時間。而取消這些連接后,陣列傳感器技術無需在鉆臺上進行壓力測試。也不再需要進行多次連接而不斷起下鉆。因此,以前壓力測試人員面臨的HSE風險也就避免了。

陣列系統的安裝不需要特殊的工具,其操作與常規控制線安裝類似,包括交叉耦合控制器(CCC)??蛻艏瓤梢赃x擇在完井時對所有層段進行監控,也可以選擇對某一層進行多點監控。在井況允許的情況下,建議使用膨脹封隔器系統對層段進行隔離。這樣有助于防止完井時出現的相互干擾。該系統非常適合監測水力壓裂,可以與光纖分布式溫度傳感(DTS)測量進行很好的協同工作。它可以與A型環空中的氣舉閥一起安裝,用于氣舉優化。同時,非常適合在砂體表面進行安裝,監控產量。與終端用戶的協作有助于確保系統充分發揮其潛力。由于尺寸小、可適應性高,傳感器可以根據需要或某些高難度的井眼,進行配置和生產。

陣列傳感器部署

DataSphere陣列系統屬于永久性監測,油公司可以在井中永久部署多達50多個壓力和溫度傳感器。每個陣列的溫度/壓力傳感器數量具有離散、實時、環形、井下分布式、多點等特性,并且傳感器數量可根據需要配置。對于多級壓裂,陣列可以使用基于光纖的DTS和分布式聲學傳感(DAS),來確定每個壓裂段的生產效率。由于石英晶體技術的分辨率非常高,所獲得的返排壓力和溫度數據在油公司的長期生產方案也可以使用,幫助提高回收率。

根據油公司的估計,用于海底砂體層面壓力和溫度的監控費用可高達1200萬美元。而在陣列傳感器的設計和安裝中,不再需要心軸和終端,因此可降低設備投資,減少油公司的成本。此外在安裝傳感器時,還會節省鉆機時間。除此之外,由于減少了干預措施和井調查作業,也降低了作業成本。而可靠,準確的井數據也提高了生產效率。對于深水井,陣列系統可適用于一些最具挑戰性、最復雜的海上情況。當與分段控制閥結合使用時,還可以提高生產或注入效率。

第一個陣列系統作為產品認證過程的一部分,安裝在了德克薩斯州卡羅爾頓的測試設施中。其完成的目標如下:

1.成功部署了溫度傳感器陣列;
2.使用實時溫度傳感器,驗證了系統的機械完整性;
3.與溫度傳感器和壓力/溫度傳感器的尺寸大小相當;
4.在起下鉆過程中保持了與陣列傳感器的通信,對整個安裝過程和控制管線保護設備包進行了驗證。

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圖2.使用測試井中的實時溫度傳感器獲取的溫度曲線。

測試井的結果非常成功,所有的目標都圓滿完成;因此,該系統可以進行現場試驗了。目前,哈里伯頓已經為多家油公司安裝了多個系統,獲得的反饋非常積極。

改進的傳感器和可視化

為了進一步改善DataSphere套件,將在Opsis傳感器內使用ASIC電子技術設計。該傳感器將很快取代ROC儀表并提供標準的永久性監控,在更高的溫度下,可靠性得到了提升。Opsis測量儀力求能夠在高溫下長壽、可靠。這將是哈里伯頓第一個遵循AWES推薦的井下電子設備實踐所制造的永久性井下測量儀。

另一種具有顛覆性的DataSphere套件技術是LinX系統,它允許將傳感器放置在套管外部。目前,基于井眼內的算法和測量數據點,可以根據強大的儲層模型來估算儲層壓力。LinX電感耦合器的使用,可以為與地層直接接觸的石英傳感器提供電力并與之保持通信,從而獲得井況條件下的準確、實時的數據。主要測量區包括儲層、蓋層巖石和層疊未開發的儲層、上覆巖層或靠近井口的B或C型環空。

DataSphere傳感器與完井工具油田可視化解決方案配合良好,該解決方案結合了Edge分析,油公司能夠進行全面的壓裂監測,并實時優化生產方案,獲得即時結果。這些產品會把數據放在油公司唾手而得的地方。就像智能手機的發展一樣,數據的可訪問性和使用性是重要的部分。

提高效率/經濟效益

DataSphere套件開啟了新的監控可能性,提高了經濟效益。哈里伯頓將陣列系統部署在觀察井的套管上,然后進行原地固井,從而通過水泥監控,獲得各個獨立層段的壓力讀數。

這種水泥內監測方法,是針對套管后方監測LinX傳感器開發的,現在已經成功移植到了陣列系統中。對于其他的情況,油公司可以采用階梯式方法來安裝這種套管后方水泥內部的陣列系統,來逐漸接受該產品。一旦接受,該技術可以部署在生產井中,用于提高每口井的長期效率。

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