井下作業(yè)智能監(jiān)督裝置的研究與完善

楊明

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

2019年以來，針對外部作業(yè)隊施工質(zhì)量參差不齊、重點工序無全過程監(jiān)督記錄等問題，開展了井下作業(yè)全過程智能監(jiān)督技術的研究，實現(xiàn)了沖砂、刮蠟、洗井、驗竄等重點工序的全過程監(jiān)督。但在現(xiàn)場應用過程中，還存在工序監(jiān)督覆蓋不全面、部分數(shù)據(jù)接收不完整、復雜動作判斷不準確、電子信息程度不完善等問題。因此，計劃開展井下作業(yè)智能監(jiān)督裝置完善與推廣，擴大該技術的應用范圍，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責供電，壓力溫度傳感器、加速度計、電磁流量計負責不同參數(shù)的采集，無線通訊模塊負責與地面進行無線數(shù)據(jù)傳輸，而控制電路是系統(tǒng)中樞，負責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，該儀器可以存儲作業(yè)期間的溫度、油套管壓力、流量、起下過程儀器運動姿態(tài)等數(shù)據(jù)；作業(yè)結(jié)束后，監(jiān)督裝置起到地面，通過WIFI與筆記本電腦連接，讀取存儲的各種參數(shù)，并由數(shù)據(jù)處理軟件解析數(shù)據(jù)，計算施工作業(yè)時間、起下次數(shù)，生成作業(yè)數(shù)據(jù)曲線及圖表，據(jù)此了解作業(yè)過程[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3）、主機（序號5）和流量組件（序號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，電池組件右端靠臺階定位，左端靠上密封堵頭（序號1）壓縮O 形圈來定位。主機是整個儀器的核心部件，安裝有電路板組件、兩個壓力傳感器、一個溫度傳感器和天線組件，同時主機上還預留有上電和通訊接口。流量組件由兩個鞍形線圈負責提供勵磁信號，兩個電極負責感應流量信號。流量組件通過下密封堵頭（序號9）壓緊。天線蓋板（序號6）用于主機上天線組件的防護，通過上密封外管（序號2）和下密封外管（序號8）擰緊后固定。

圖2 整機結(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，具有高強度和耐腐蝕性的特點，天線部分采用高強度工程塑料，適應現(xiàn)場使用環(huán)境且不影響WIFI 信號傳輸，上下接頭采用標準73油管扣，連接方便，使用可靠。主要技術指標見表1。

表1 主要技術指標

1.2 地面回放軟件

井下監(jiān)督儀的地面回放軟件（圖3），可以實現(xiàn)儀器選擇、數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)回放、曲線生成，報表打印等功能[6-7]。裝置起井后通過WIFI 將存儲的數(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程的各種參數(shù)曲線，并經(jīng)進一步處理計算出起下管柱數(shù)[8]。

圖3 數(shù)據(jù)回放軟件界面

2 工藝可行性驗證

為了驗證該套工藝的可行性，進行了室內(nèi)參數(shù)實驗。實驗現(xiàn)場如圖4、圖5、圖6所示。

圖4 檢測整體參數(shù)實驗

圖5 裝置壓力溫度標定實驗

圖6 裝置流量標定實驗

通過井下工具檢測車間，對監(jiān)督儀進行測壓及測溫實驗，密閉車間內(nèi)提升壓力至50 MPa，溫度升高至95 ℃。在實驗結(jié)束后檢查儀器，無破損漏點，同時檢測地面軟件曲線，與實驗過程中參數(shù)一致，說明儀器實用性驗證成功。

3 現(xiàn)場試驗及應用情況

在大慶油田XX采油廠針對井下作業(yè)監(jiān)督需求井進行系統(tǒng)施工，分析出該技術的應用效果及推廣價值，見表2。

表2 現(xiàn)場應用記錄

在初期現(xiàn)場試驗之后，技術人員跟蹤全過程作業(yè)，對比現(xiàn)場寫實和回放曲線，可以側(cè)面印證全過程施工情況，在各施工工序交叉作業(yè)時也能保證各項功能互不干擾，滿電續(xù)航達30天左右。

通過在B2-D5-426 井試驗中可以發(fā)現(xiàn)，該井作業(yè)類型為小孔徑定向開窗水平鉆孔，在鉆孔結(jié)束后無法判定是否鉆開，有可能影響后續(xù)壓裂施工質(zhì)量。因此該井需要監(jiān)督的重點工序為驗吸水。2022 年6 月22 日，在實際施工過程中，補孔后對補孔層段進行吸水驗證，驗吸水管柱應用兩級擴張式封隔器，中間加一個節(jié)流器和監(jiān)督儀，分三段驗吸水，并在兩級封隔器上下各放一級監(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驗吸水工序（封隔器上下）測試曲線

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

圖8 B2-D5-426驗吸水工序（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，由于補孔后井口溢流大，監(jiān)督驗竄工序時無法使用“套溢法”。監(jiān)督儀可以作為上返區(qū)塊油井驗竄、釋放的重要監(jiān)督手段。

2）針對目前現(xiàn)場監(jiān)督?jīng)]有起下過程中的壓力、溫度、深度、流量等數(shù)據(jù)，無法對施工質(zhì)量進行評判。通過研制一種新型井下作業(yè)智能監(jiān)督裝置，主要針對作業(yè)施工中的重點工序，對起下過程中的壓力、溫度、管柱根數(shù)等數(shù)據(jù)進行記錄，滿足作業(yè)現(xiàn)場智能化監(jiān)督需求。

3）智能監(jiān)督裝置可以作為重點工序監(jiān)督井輔助監(jiān)督手段，也可以作為外委隊伍的抽查監(jiān)督手段。在實現(xiàn)自動遠傳功能后，可以由作業(yè)隊上傳曲線至視頻監(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)費用結(jié)算的重要環(huán)節(jié)。