水平井泵送數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)

趙昕迪,任國輝,聶靖雯

(中國石油集團(tuán)測井有限公司西南分公司,重慶401120)

0 引 言

水平井水力泵送射孔技術(shù)一直是非常規(guī)油氣資源開發(fā)的主要技術(shù)手段[1]。以往的水平井水力泵送射孔過程中存在井下狀態(tài)不明確、操作人員信息交流效率低、基地與作業(yè)現(xiàn)場信息交流不暢等問題。本文介紹的基于.Net技術(shù)的水平井泵送數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng),能使水平井水力泵送射孔在直觀的參考數(shù)據(jù)下施工[2]。該系統(tǒng)將施工過程中反映在地面儀器和電腦中的數(shù)據(jù)以圖形化的方式展現(xiàn),有效提升了施工效率與安全性,形成以作業(yè)小隊(duì)、數(shù)據(jù)共享服務(wù)器為核心的水平井?dāng)?shù)據(jù)可視化網(wǎng)絡(luò),使水平井水力泵送射孔施工作業(yè)更加安全、可靠、高效[3]。

1 系統(tǒng)概述

水平井泵送數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)由部署在測井絞車上的泵送輔助軟件、車載4G VPN網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、客戶端組成。泵送輔助軟件能夠?qū)⑸淇讓游?、槍型、彈型、零長、跟蹤距、井斜、狗腿度、張力、絞車速度、槍串速度等射孔作業(yè)數(shù)據(jù),在施工過程中通過4G網(wǎng)絡(luò)連接中石油VPN并實(shí)時(shí)回傳至數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心將得到的射孔作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗和篩選,分別發(fā)送至數(shù)據(jù)庫和在線用戶。發(fā)送至數(shù)據(jù)庫的射孔作業(yè)數(shù)據(jù)將會(huì)被分類、分時(shí)存儲(chǔ),為分析現(xiàn)場作業(yè)情況提供數(shù)據(jù)源?？缙脚_數(shù)據(jù)共享通過互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)(Internet Information Services,IIS)對所有在線用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)推送[4],最終達(dá)到作業(yè)現(xiàn)場—基地—遠(yuǎn)程用戶數(shù)據(jù)延遲小于200 ms的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享。

1.1 泵送輔助軟件

泵送輔助軟件主要用于水平井水力泵送射孔施工期間的數(shù)據(jù)可視化。通過自動(dòng)定位射孔層位、自動(dòng)跟蹤射孔槍串、實(shí)時(shí)模擬壓裂車泵注排量、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)語音提示、數(shù)字儀表顯示射孔槍串運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場的數(shù)字化無障礙溝通。施工人員可通過平衡電纜下放速度與射孔槍串運(yùn)動(dòng)速度控制單根套管接箍伸長量和電纜總余量,以確保泵送過程中的射孔槍串安全性(見圖1)。

圖1 泵送輔助軟件界面

1.2 數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心是一個(gè)服務(wù)集群,包含數(shù)據(jù)處理服務(wù)、數(shù)據(jù)推送服務(wù)、FTP(File Transfer Protocol)服務(wù)、IIS、跨平臺數(shù)據(jù)推送引擎。數(shù)據(jù)中心的主要作用是處理射孔作業(yè)現(xiàn)場實(shí)時(shí)發(fā)送的施工數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù),可根據(jù)在線用戶的指令對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行跨平臺推送。

數(shù)據(jù)中心的承載形式為一個(gè)Asp.Net的內(nèi)網(wǎng)站點(diǎn)[5],網(wǎng)站提供了施工概況、施工詳情、施工進(jìn)度、匯總歸檔、作業(yè)隊(duì)詳情、作業(yè)隊(duì)狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)連接、輸出設(shè)置等功能模塊。為技術(shù)人員和決策人員提供與現(xiàn)場作業(yè)毫秒級延遲的實(shí)時(shí)狀態(tài)和參數(shù)(見圖2)。

圖2 現(xiàn)場實(shí)時(shí)作業(yè)數(shù)據(jù)Web界面

在曲線對比與分析模塊中可根據(jù)需要回放某井某段某時(shí)間點(diǎn)的詳細(xì)施工數(shù)據(jù),即該次施工的狀態(tài)曲線、施工井段、零長、跟蹤距、電纜速度、槍串速度、電纜余量、井眼軌跡等?；胤虐l(fā)現(xiàn)異常時(shí),還可添加正常完成的射孔段曲線進(jìn)行對比。

1.3 跨平臺數(shù)據(jù)共享

跨平臺數(shù)據(jù)共享依托中國石油VPN網(wǎng)絡(luò)完成開發(fā),用戶不受網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和地域的限制,通過SSL VPN連接訪問數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心的共享功能支持臺式計(jì)算機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)、平板電腦、安卓手機(jī)、蘋果手機(jī)?？缙脚_數(shù)據(jù)共享的核心為數(shù)據(jù)推送引擎和WebSocket協(xié)議。

2 功能詳解

2.1 實(shí)時(shí)作業(yè)數(shù)據(jù)顯示

實(shí)時(shí)作業(yè)數(shù)據(jù)來源于作業(yè)隊(duì)在泵送輔助軟件啟動(dòng)后所收集到的水平井泵送數(shù)據(jù)。當(dāng)作業(yè)隊(duì)在客戶端上線之后,泵送輔助軟件將正在施工的射孔井段的射孔層位深度、橋塞坐封深度、槍串結(jié)構(gòu)、橋塞射孔零長、點(diǎn)火跟蹤距、全井筒井斜等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以JSON(JavaScript對象簡譜,一種輕量級的數(shù)據(jù)交換格式)數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送至數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心在循環(huán)檢索時(shí),偵測到新增數(shù)據(jù)后,根據(jù)井號、段號進(jìn)行存儲(chǔ)地址分配與數(shù)據(jù)推送準(zhǔn)備,同時(shí)開啟當(dāng)前井的數(shù)據(jù)共享請求偵測。當(dāng)檢測到用戶請求(查看當(dāng)前井的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù))時(shí),即向用戶推送數(shù)據(jù)。無論是否有用戶查看某井的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)中心均會(huì)對數(shù)據(jù)庫推送數(shù)的據(jù)進(jìn)行持久存儲(chǔ),以便用戶進(jìn)行施工過程回放和曲線分析。

2.2 曲線對比分析

水平井泵送可視化系統(tǒng)可通過曲線對比分析功能對當(dāng)前或歷史泵送過程進(jìn)行對比評價(jià)。在曲線回放模式中(見圖3),在頁面上會(huì)顯示井眼軌跡、井深及與之對應(yīng)的電纜速度、槍串速度、電纜余量[6]。

圖3 作業(yè)曲線對比

當(dāng)用戶發(fā)現(xiàn)當(dāng)前作業(yè)過程存在異常時(shí),可通過添加對比曲線來進(jìn)行綜合評判。在添加對比井段曲線后,頁面顯示的曲線數(shù)量較多,用戶可通過頁面上隱藏曲線功能暫時(shí)對部分不需要的曲線進(jìn)行隱藏以幫助用戶更專注地分析異常數(shù)據(jù)[7]。如圖3所示,W202HX-5井第5段分簇射孔作業(yè)中泵送至3 150 m時(shí)發(fā)現(xiàn)槍串速度異常降低,同時(shí)電纜余量異常升高,此時(shí)可以通過調(diào)取第4段的作業(yè)過程參數(shù)與第5段參數(shù)進(jìn)行對比分析。在異常處進(jìn)行槍串速度、電纜余量等單項(xiàng)參數(shù)對比分析可以幫助技術(shù)專家更全面地了解現(xiàn)場作業(yè)情況[8-9]。

通過單項(xiàng)曲線的對比能夠快速定位發(fā)生異常的井深、井斜,并確定當(dāng)時(shí)槍串的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。結(jié)合微地震、地質(zhì)及壓裂數(shù)據(jù)對施工異常進(jìn)行詳細(xì)的作業(yè)情況分析,進(jìn)而給出下步施工建議與措施,保障安全、高效地完成每一段分簇射孔作業(yè)。

3 現(xiàn)場應(yīng)用及效果

水平井泵送數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)已在西南油氣田、青海油田、塔里木油田、涪陵頁巖氣田等國內(nèi)非常規(guī)天然油氣藏進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用,累計(jì)完成1 200余口井的橋射聯(lián)作施工作業(yè),解決了水平井泵送施工中數(shù)據(jù)無法傳輸、無法為基層管理者和生產(chǎn)組織者提供第一手資料的問題。水平井泵送數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)幫助水平井泵送射孔在多資料參考下進(jìn)行施工,有效地提高了數(shù)據(jù)的共享性、時(shí)效性,增強(qiáng)了施工的安全性。

據(jù)作業(yè)現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,水平井泵送數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)現(xiàn)場推廣應(yīng)用后,軟件運(yùn)行成功率達(dá)98.31%。在標(biāo)準(zhǔn)化的施工作業(yè)流程、技術(shù)專家現(xiàn)場支撐、軟件輔助等多方因素共同作用下,川南頁巖氣區(qū)塊施工復(fù)雜率下降55.6%、單井作業(yè)時(shí)效平均提高23.6%,單段施工時(shí)效提升20.8%,事故復(fù)雜率由2.33%降低至1.05%。通過全過程的數(shù)字化操作單井可減少2名作業(yè)人員,單段可節(jié)省37 min的資料編寫時(shí)間。技術(shù)專家通過使用可視化輔助軟件并結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)經(jīng)驗(yàn),在WY23-1HF井中完成了長達(dá)1 000 m的套管變形段的橋射聯(lián)作泵送施工,解決了復(fù)雜套管變形井泵送射孔槍串時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不易控制的難題。

4 結(jié)論與建議

(1)利用軟件工程技術(shù)開發(fā)了水平井泵送可視化軟件,實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場作業(yè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸、曲線對比分析、匯總歸檔、曲線數(shù)據(jù)回放等功能,目的是將水平井泵送進(jìn)行信息化、互聯(lián)化,以提升非常規(guī)油氣資源開發(fā)中射孔工程的信息化程度。

(2)該軟件可將井下射孔槍串運(yùn)動(dòng)速度、電纜運(yùn)行速度、井眼軌跡、射孔基礎(chǔ)參數(shù)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程可視化共享,在遭遇突發(fā)情況時(shí),可得到專家的實(shí)時(shí)技術(shù)支持,提升現(xiàn)場施工的安全性和高效性。

(3)水平井泵送數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)已在西南油氣田、青海油田、塔里木油田、涪陵頁巖氣田等國內(nèi)非常規(guī)天然油氣藏進(jìn)行應(yīng)用,在水平井泵送過程控制中,產(chǎn)生了顯著的輔助作業(yè)效果并提升了射孔作業(yè)的信息化水平,為我國勘探開發(fā)非常規(guī)油氣藏提供了可靠技術(shù)支持。