國(guó)外井下無(wú)線傳輸技術(shù)

1、國(guó)外井下無(wú)線傳輸技術(shù)無(wú)線傳輸技術(shù)近年來(lái)在石油行業(yè)試井、完井監(jiān)測(cè)、隨鉆測(cè)井方面應(yīng)用較多。國(guó)際 上知名公司哈里伯頓、斯倫貝謝、EXPRO貝克等公司都有此項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用。主要 有兩種類型無(wú)線傳輸方式：以哈里伯頓為代表的聲波無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng) ATS和以斯倫貝謝為 代表的電磁波無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng) ENACT一哈里伯頓ATS聲波遙測(cè)系統(tǒng)1、系統(tǒng)簡(jiǎn)介該系統(tǒng)主要用于和5in外徑的DST工具連接，該系統(tǒng)最大作業(yè)深度12000ft 3650n 系統(tǒng)參數(shù)見表3-1 o表3-1 ATS聲波遙測(cè)系統(tǒng)參數(shù)表傳輸方式外徑內(nèi)徑工作壓力工作溫度采樣間隔電池壽命聲波5.25i n2.25i n15000psi165 C10s-實(shí)時(shí)1s-

2、存儲(chǔ)20天系統(tǒng)使用了模塊的概念，中繼器是系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)工具之間的系統(tǒng)通訊，增加系統(tǒng)間的通訊距離。中繼器一般相隔 1500英尺，也根據(jù)井況而變化。系統(tǒng)最多可安裝6個(gè)中繼器。多用途壓力計(jì)可以測(cè)量不同深度處的溫度和壓力，實(shí)時(shí)傳輸?shù)搅说孛?，該系統(tǒng)裝有雙藍(lán)寶石/單/雙石英壓力計(jì)，存儲(chǔ)能力達(dá)1MM數(shù)據(jù)組。無(wú)線實(shí)時(shí)聲波遙測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：平安：不需要電纜，明顯地減少了人員面臨井口高壓和潛在的H2S和有害流體帶來(lái)的健康平安傷害。作業(yè)：通過(guò)使用聲波遙測(cè)系統(tǒng)，代替環(huán)空壓力觸發(fā)井下工具，減少了套管壓力 的限制，也防止了高壓井的壓井泥漿對(duì)環(huán)空壓力控制工具的影響。質(zhì)量：在DSTM試期間，基于油藏響應(yīng)，根據(jù)井下數(shù)據(jù)，可以及

3、時(shí)地改變測(cè)試 程序，增加了 DST測(cè)試期間數(shù)據(jù)獲取的質(zhì)量，確保到達(dá)測(cè)試目標(biāo)。2、三個(gè)聲波無(wú)線遙測(cè)應(yīng)用管柱圖1某高壓井上應(yīng)用的ATS測(cè)試管柱2022年，哈里伯頓進(jìn)行了非常規(guī)測(cè)試技術(shù)試驗(yàn)，作業(yè)的目標(biāo)就是研究取代常規(guī)DST測(cè)試技術(shù)的可行性，該井用注入測(cè)試，適應(yīng)作業(yè)平安和環(huán)境限制的情況。 圖3-1是測(cè)試管柱圖，包括井下壓力計(jì)和聲波中繼器。 在測(cè)試期間，來(lái)自井下壓力計(jì)的數(shù)據(jù)用聲波實(shí) 時(shí)傳送，可以恒定控制注入?yún)?shù)，維持在破裂壓力以下。進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送，在測(cè)試期 間可以調(diào)節(jié)原程序，不需要起出工具，等待數(shù)據(jù)解釋。在作業(yè)中使用無(wú)線系統(tǒng)起到了重 要作用。因?yàn)樵跍y(cè)試期間沒有預(yù)料到產(chǎn)砂，阻礙了使用電纜系統(tǒng)下到目標(biāo)深度

4、回收數(shù)據(jù)。測(cè)試樹放射性標(biāo)志短接中繼器2-0m2 7/8油管 中繼器3-577m中繼器4-1195m中繼器5-1804m中繼器6-1959mRD平安循環(huán)閥OMNI循環(huán)閥封隔器-2633m壓力傳感器-2080m選擇測(cè)試閥-2089 mRD循環(huán)閥壓力傳感器目的層-2648mELIWTRD循環(huán)閥ATS發(fā)送器選擇測(cè)試閥PVT取樣筒壓力計(jì)托筒OMNI循環(huán)閥震擊器平安短接CHAMP IV封隔器封隔器下平安接頭延時(shí)點(diǎn)火頭Van Gun延時(shí)點(diǎn)火頭排氣孔圖3-1高壓井聲波無(wú)線傳輸測(cè)試管柱圖圖 3-2 FasTest System官柱結(jié)構(gòu)(2) FasTest? SystemFasTest?快速測(cè)試系統(tǒng)圖3-2具有

5、有限的散發(fā)、零生產(chǎn)烴類流體取樣，利用了 密閉試井理論和方法，采集數(shù)據(jù)和流體樣品，做出合理的開發(fā)和評(píng)估決策。使用哈里伯 頓ATS聲波遙測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行井下監(jiān)測(cè)，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)試分析和控制。它是一個(gè)非燃 燒系統(tǒng)，解決了測(cè)試中健康平安環(huán)保問題。特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)的油藏性質(zhì)，孔隙度，表皮因子和初始油藏壓力。 FasTest 分析技術(shù)可以 從采集的瞬態(tài)壓力數(shù)據(jù)中快速容易地計(jì)算油藏性質(zhì)。三個(gè) 600 cc 取樣，到達(dá)最新取樣技術(shù)。在測(cè)試任何時(shí)間，取樣可以獨(dú)立地在地 面啟動(dòng)，可用三種控制機(jī)構(gòu)之一控制：聲波遙測(cè)、環(huán)空壓力、定時(shí)器。 不需要燃燒或處理大量的油藏流體 實(shí)時(shí)的井下數(shù)據(jù)采集和傳輸 實(shí)時(shí)的地面控制井下采樣3Smar

6、Test? 系統(tǒng)SmarTest?系統(tǒng)是最先進(jìn)的遙測(cè)作業(yè)的測(cè)試裝置，它綜合了現(xiàn)有的DST技術(shù)和當(dāng)前的DST工具和采樣工具的開展，應(yīng)用于裸眼井測(cè)試，但修改后也能應(yīng)用于套管井測(cè)試。 該系統(tǒng)比常規(guī)裸眼測(cè)試能夠低風(fēng)險(xiǎn)地采集油藏?cái)?shù)據(jù)和流體樣品如圖3-3。其中NR封隔器是非旋轉(zhuǎn)的膨脹式封隔器，管柱下壓坐封，上提解封。功能：能夠計(jì)算滲透率、表皮、產(chǎn)能指數(shù)、油藏壓力； 記錄實(shí)時(shí)的壓力和溫度、測(cè)量流體流量 一次下入，測(cè)試多層新特點(diǎn)：與以往管柱相比， 圖 3-3 管柱中多個(gè)工具采用了遙測(cè)技術(shù)， 如從上到下依次為： 遙 測(cè)循環(huán)閥、遙測(cè)測(cè)試閥、遙測(cè) FasTest 取樣筒。實(shí)現(xiàn)了無(wú)線傳輸溫度壓力等數(shù)據(jù)，同時(shí) 實(shí)現(xiàn)了無(wú)

7、線遙測(cè)開關(guān)井、循環(huán)閥、PVT取樣，開展成為一種無(wú)線遙測(cè)綜合技術(shù) SmarTest?， 是最先進(jìn)的遙測(cè)測(cè)試裝置。二斯倫貝謝EnACT無(wú)線井下油藏測(cè)試系統(tǒng)1、系統(tǒng)簡(jiǎn)介斯倫貝謝開發(fā)的EnACT無(wú)線遙測(cè)傳輸系統(tǒng)基于低頻的電磁信號(hào)， 系統(tǒng)總的設(shè)計(jì)如圖 3-4所示。在系統(tǒng)中，將無(wú)線傳輸和原有的IRDV技術(shù)相結(jié)合，形成一個(gè)綜合技術(shù)。系 統(tǒng)的通訊是雙向的， 地面-井底和井底 -地面。 遙測(cè)性能取決于地層電阻率、 完井結(jié)構(gòu)和 井筒流體?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試從HUB到地面?zhèn)鬏敺秶竭_(dá)1828.83200m安裝中繼器能夠擴(kuò)展深度范圍。對(duì)于典型的油藏測(cè)試環(huán)境，只需要一個(gè)中繼器，對(duì)于深井可能需要更多的中 繼器。在地面，系統(tǒng)有連接到

8、井口的電纜，離井口大約300ft，連接著地面?zhèn)魉秃徒邮蘸? 地面這兩點(diǎn)能夠傳送和接收信號(hào)。系統(tǒng)參數(shù)見表3-2。該無(wú)線系統(tǒng)可以和無(wú)線激發(fā)點(diǎn)火頭一起使用，可用于多層選擇射孔。I鉆桿大容量取樣器壓力計(jì)托筒鉆桿RD TST ValveATS中繼器震擊器鉆桿VR Safety Joint鉆鋌上NR封隔器遙測(cè)循環(huán)閥Drain ValvePig CatcherPig Launcher壓力計(jì)托筒IPO循環(huán)閥Drill CcllsrsATS發(fā)送器遙測(cè)測(cè)試閥FasTest取樣筒1Drill CollarsFasTest取樣筒2BlankOff Shoe JointJunk Chamber Access Valve

9、Junk Chamber Drain ValveATS大孔徑接收器Perforated Anchor PipeUpper Sub Equalizing Tube7-in. Internal Flush TubingDump Chamber w/AirLower Sub Equalizing TubeInternal Gauge Carrier下NR封隔器封隔器IRDV測(cè)試閥和循環(huán)閥HUB 含壓力計(jì)4個(gè)地面采集 和傳輸g 1 11/16-in 中繼器和絕緣接頭圖3-4 EnACT無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)圖圖343 BSmarTest?系統(tǒng)管柱圖D J) fi2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn)EnACT系統(tǒng)由地面采集和傳輸

10、單元、井下單元組成。井下單元包含：HUB智能遙測(cè)雙閥IRDV、中繼器等組成。與前述的哈里伯頓的 SmarTest?系統(tǒng)相同之處是：都采 用了無(wú)線遙測(cè)測(cè)試閥來(lái)開關(guān)井。不同之處是：前者采用聲波遙測(cè)，遙測(cè)測(cè)試閥連接于發(fā) 送器下部；后者采用電磁波遙測(cè)，同時(shí)也能用環(huán)空壓力脈沖或定時(shí)器控制測(cè)試閥開關(guān)； 測(cè)試閥連接于發(fā)送器HUB上部；EnACT可以和無(wú)線激發(fā)點(diǎn)火頭一起使用，用于多層 選擇射孔。1 HUBHUB是井下無(wú)線系統(tǒng)的核心，相當(dāng)于前面的發(fā)送器。它包含了 4個(gè)壓力和溫度計(jì)和 必須的無(wú)線傳輸和接收的電路。安裝在HUB內(nèi)的每個(gè)壓力計(jì)都有獨(dú)立的電池和電路， 用 于處理和記錄數(shù)據(jù)。該設(shè)計(jì)保證了任何無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)出

11、現(xiàn)故障時(shí)采集數(shù)據(jù)的平安。表3-2 EnACT主要指標(biāo)表參數(shù)系統(tǒng)單元HUB中繼器最大外壓MPa90103工作溫度C150150最大外徑mri13342.8內(nèi)徑mri57測(cè)量壓力計(jì)個(gè)41單級(jí)傳輸距離m61030486103048最大數(shù)目662智能遙測(cè)雙閥IRDV智能遙測(cè)雙閥IRDV是快速動(dòng)作、獨(dú)立控制、全通徑屢次循環(huán)雙閥?？康兔芏鹊?環(huán)空壓力脈沖獨(dú)立或依次控制測(cè)試閥球閥、和循環(huán)閥滑套型。在探井和完井中使用了數(shù)千次，經(jīng)歷了從輕型的鹽水到重型的泥漿系統(tǒng)。IRDV對(duì)其它工具作業(yè)的壓力波動(dòng)、通常的作業(yè)過(guò)程、水力壓裂是不敏感的。將IRDV連接于HUB±部，可將IRDV的開關(guān)狀態(tài)反應(yīng)閥到地面，可無(wú)線

12、遙測(cè)控制閥 的開關(guān)。同時(shí)保存了 IRD V原有的功能，能夠通過(guò)常規(guī)的壓力脈沖控制。3中繼器中繼器的無(wú)線遙測(cè)性能同 HUB然而，僅有一個(gè)通向環(huán)空的壓力測(cè)量裝置。如果需 要測(cè)量其它管壓，可以下入一個(gè) HUB乍為一個(gè)中繼器。3、斯倫貝謝無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)在測(cè)試優(yōu)化上的應(yīng)用無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)在沙特阿拉伯應(yīng)用了 3 口井、6井次，見表3-3。每次作業(yè)數(shù)據(jù)都 在地面成功地接收。顯示系統(tǒng)InterACT 如圖3-5所示。表3-3斯倫貝謝無(wú)線傳輸系統(tǒng)在沙特阿拉伯測(cè)試應(yīng)用統(tǒng)計(jì)表圖3-5井場(chǎng)無(wú)線井下-地面數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)4$ RealTmneAfflElspSfrdiirrie-. h井名井A井B井C測(cè)試編號(hào)121212時(shí)間d5

13、64787深度m308024261929188932002875井底溫度C86.168.390.092.292.787.7取大油壓MPa75.868.958.665.582.747.5HUB平均套壓MPa31.726.822.321.335.035.1圖3-6無(wú)線傳輸?shù)木讐毫?shù)據(jù)和記錄的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)是一致的在測(cè)試中，使用無(wú)線系統(tǒng)獲得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示在圖3-6中，被存儲(chǔ)數(shù)據(jù)組覆蓋。實(shí)時(shí)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)都來(lái)自裝在一個(gè) HUB中的同一個(gè)壓力計(jì)，圖3-6證實(shí)了實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)和存 儲(chǔ)數(shù)據(jù)是一致的。無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)傳輸?shù)娜直媛蕯?shù)據(jù)和壓力計(jì)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)都是預(yù)期的結(jié) 果。1井下操作的核實(shí)-核實(shí)測(cè)試閥的開關(guān)傳輸?shù)降孛娴膲毫?shù)據(jù)可

14、以用來(lái)驗(yàn)證核實(shí)井下工具的操作。在沙特阿拉伯現(xiàn)場(chǎng)的 測(cè)試主要在低滲透率區(qū)域，工作的主要難點(diǎn)是，核實(shí)射孔和測(cè)試閥的操作。在這些井中 可能很難或不可能從地面壓力數(shù)據(jù)核實(shí)正確的工具操作。井底數(shù)據(jù)不僅可以用來(lái)核實(shí)閥的操作，還能確信完全的壓力保持，如圖 3-7所示。通過(guò)直接核實(shí)測(cè)試閥的正確操作， 就可以消除一些疑問或如果有一些問題， 就直接采取一些補(bǔ)救措施。這個(gè)過(guò)程不僅節(jié)省 了時(shí)間，還確保了數(shù)據(jù)的可靠性。但是它確保了潛在的風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)如使用電纜 例如下入 通井規(guī)的作業(yè)就不進(jìn)行了。節(jié)約了時(shí)間，簡(jiǎn)化了作業(yè)。另外，傳輸井下數(shù)據(jù)，無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)能夠提供測(cè)試閥的一個(gè)反應(yīng)狀態(tài)。g B)DH>DffnhDle Prea

15、-sure Wefl Head Pre4-&ureDowiholeshuEdn attester井下關(guān)井后無(wú)線傳輸核實(shí)了測(cè)試閥已關(guān)閉井下關(guān)井后井口壓力無(wú)變化 1 r 106:00:00茁航的DB 帥炯強(qiáng):00:聞10:00:001L:軌貫Time圖3-7在測(cè)試閥關(guān)井的瞬間地面和實(shí)時(shí)井下壓力數(shù)據(jù)2監(jiān)測(cè)氮?dú)馀e升一優(yōu)化氣舉在氮?dú)馀e升作業(yè)中，通常很難精確地測(cè)量井的產(chǎn)能。地面流動(dòng)和壓力測(cè)量一般都是 不規(guī)那么的，這一過(guò)程可能是反復(fù)的，消耗時(shí)間的，有很大的優(yōu)化的時(shí)機(jī)。圖3-8表示了在氮?dú)馀e升過(guò)程中實(shí)時(shí)采集的地面壓力和井底壓力。而氮?dú)庾⑷胨俣群瓦B續(xù)油管深度沒有顯示出來(lái)，很清楚該區(qū)域的產(chǎn)能有限，是由于氣

16、舉沒有提供足夠的油藏流動(dòng)，而產(chǎn)生了壓力下降。井底壓力倔 Berthale Riessure « Well Ftc-ssureN2 Irfting 5000ft圖3-8 在井A-測(cè)試1上連續(xù)油管氮?dú)馀e升中井底壓力和地面壓力N2 lifbng© 10000ft井口壓力3意外事件的管理-核實(shí)射孔實(shí)時(shí)的井下數(shù)據(jù)特別有價(jià)值的應(yīng)用就是在突發(fā)事件發(fā)生的時(shí)候，要求一個(gè)細(xì)致的系統(tǒng)的解決問題的方法，正確地識(shí)別問題，采取補(bǔ)救措施。借助實(shí)時(shí)的井下數(shù)據(jù)，這個(gè)過(guò) 程就可以明顯地簡(jiǎn)化，井 A-測(cè)試2就是一個(gè)例子。.電 nEl!A£dI:II "I *304Z44&50515S

17、ElpMdtimei, h圖3-9射孔作業(yè)前井 A-測(cè)試2的井口壓力在液墊置換、封隔器坐封后，用無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)了壓力。在井里下入鋼絲，進(jìn)行投棒點(diǎn)火前，井口壓力出現(xiàn)了下降。然而無(wú)線系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，井下壓力卻增加了，如 圖3-9所示。這說(shuō)明了射孔前井口和油藏間已經(jīng)連通。通過(guò)井口壓力測(cè)量，作出流動(dòng)決 策，確定是否孔眼連通。說(shuō)明無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)迅速識(shí)別和核實(shí)了壓力增加是由于油藏效應(yīng) 引起的。當(dāng)用其它的方法證明同樣的信息時(shí)，將會(huì)花費(fèi)更多的時(shí)間。三EXPRO5線遙測(cè)系統(tǒng)及在生產(chǎn)完井上的應(yīng)用EXPRO公司2005年將其電磁遙測(cè)系統(tǒng)CATS應(yīng)用于生產(chǎn)完井中，使用完井或油 管作為電磁傳輸路徑如圖3-10。不需要永久

18、電纜、電纜夾子和電纜穿越井口和封隔 器。電磁系統(tǒng)按規(guī)定的間隔傳輸數(shù)據(jù)，能夠有效地管理油藏。代替電纜作永久監(jiān)測(cè)。系 統(tǒng)電池供電，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量主要取決于工具的下入深度，但是完井、地層電阻率和地面 設(shè)備也都有一定的影響。系統(tǒng)已經(jīng)從 10000ft將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛?，不需要任何中繼器。電路貼近油管1：詁I信號(hào)井口信號(hào)拾取遙測(cè)信號(hào)拾取完井工作筒壓力傳感器packCaTS工具電磁耦合從工具到油管電池生產(chǎn)油管ProductionTub-ing生產(chǎn)封隔器PackorCauinQ套管*公©電磁波沿完井及套管傳播X.-E.yi.腳g旳才.pwfkagfltmg w gnpipcgjnand圖3-10 EXPRO公司CaTS系統(tǒng)生產(chǎn)完井應(yīng)用示意圖參考文獻(xiàn)1胡長(zhǎng)翠，“井下測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸技術(shù)探討，?鉆采工藝?2022年第1期2. Josmar Haddad, Alejandro Salguero, and Carrie Jaimes, Halliburton，“ Application ofTelemetry Tech no logy in High-Pressure Wells to Improve Data Accuracy in Drill-Stem Te