Aplikace distribuovaného optického monitorovacího systému pro teplotu ropného vrtu, tlak, průtok a další řešení

Teplotní senzor s optickými vlákny, Inteligentní monitorovací systém, Výrobce distribuovaných optických vláken v Číně

Tlak ve spodním otvoru, Teplotní a další údaje o ropných a plynových vrtech jsou nezbytným podkladem pro dynamickou analýzu vývoje ropných a plynových polí a formulaci plánů úprav rozvoje. Proto, K získání relevantních dat jsou v procesu výroby ropných a plynových vrtů zapotřebí časté testovací operace. Nicméně, s prohlubováním rozvoje rafinovaných ropných a plynových polí, Přerušovaná data z jednoho bodu již nemohou účinně podporovat včasné úpravy ropných a plynových vrtů. Permanentní monitorování tlaku a technologie monitorování optických vláken mohou nepřetržitě monitorovat ropné a plynové vrty po dlouhou dobu, Získejte křivky tlaku a teploty ve spodním otvoru v reálném čase, a navádět ropné a plynové vrty tak, aby prováděly těžbu za přiměřených tlakových rozdílů v reálném čase. Prostřednictvím testování stabilních nebo nestabilních vrtů, dynamické rezervy, propustnost, faktor kůže, atd. jednoho vrtu lze vypočítat, a vícebodové řízení lze použít k testování konektivity produkčních vrstev mezi vrty.

Stálý systém monitorování tlaku ve hlubinném vrtu využívá pokročilé tlakové senzory a elektronické čipy. Po více než deseti letech aplikace na místě v ropných polích v zemích, jako je Kanada, Spojené státy americké, Irák, Írán, Rusko, Malajsie, atd., Plně prokázala svou nadřazenost v technologii testování ropných a plynových vrtů. V polovině 80. a na začátku 90. let, 12 Jednotky společně zahájily výzkum aplikace technologie optických senzorů při permanentním monitorování ropných ložisek. Aktuálně, Systémy monitorování optických vláken, jako jsou systémy pro měření teploty a tlaku a distribuované systémy pro měření teploty, dospěly a používají se pro monitorování teploty ropných vrtů, tlak, průtok, atd.

Nyní, intervalový provoz ocelového drátu se používá hlavně v Číně k měření údajů o tlaku a teplotě na dně ropných a plynových vrtů, a technologie nepřetržitého monitorování se používá jen zřídka. V tomto článku se zaměříme na shrnutí základních principů a přizpůsobivosti různých testovacích metod, poskytuje referenční informace pro výběr zkušebních metod pro ropné a plynové vrty, zejména pro klíčové metody testování ropných a plynových vrtů, jako je vysoká teplota a vysoký tlak.

Konvenční metoda intervalového testování testuje ropné a plynové vrty v konkrétních časech podle potřeb výroby. Manometr se do vrtu vloží pomocí ocelových drátů nebo kabelů, aby se během zkušební operace získaly údaje o tlaku a teplotě ve spodním otvoru. Po dokončení operace, manometr je vyzvednut z hlavy vrtu. Výhodou této metody je, že náklady na jednu testovací operaci jsou nízké, Nemůže však získat dlouhodobá kontinuální data o tlaku a teplotě. Zároveň, Používané tlakoměry jsou především drahokamové nebo křemenné elektronické tlakoměry, s rozsahem tlaku přibližně 105 MPa a teplotním rozsahem přibližně 177 °C, které již nemohou splňovat požadavky na testování vysokoteplotních a vysokotlakých vrtů.

V současné době existují tři běžně používané testovací procesy:

(1) Typ zvedání a skladování ocelovým lanem: První, naprogramovat elektronický tlakoměr a připojit jej k elektřině. Pomocí zařízení z ocelového drátu spusťte manometr do cílové vrstvy. Po dokončení testu, manometr je vyzvednut z hlavy vrtu spolu s ocelovým drátem, a údaje o tlaku a teplotě se přehrávají na zemi.

(2) Typ úložiště z ocelového drátu: Po naprogramování elektronického tlakoměru a jeho připojení k elektrické síti, Ocelovým drátem se spouští do cílové vrstvy, uvolněno z manometru, a vyzvednuty z ocelového drátu. Na konci testu, Použijte nástroje z ocelového drátu k záchraně manometru a přehrajte údaje o tlaku a teplotě na zemi.

(3) Typ zvedání kabelů a přímého čtení: Připojte elektronický manometr k jednožilovému kabelu, Pomocí navijáku jej pošlete do cílové vrstvy na dně studny, a dodávat energii do podzemního tlakoměru na povrchu. Zkušební data jsou přenášena zpět na povrch v reálném čase prostřednictvím kabelu, a manometr se po dokončení zkoušky zvedne.

Metoda testování skladování používá k napájení manometru baterie, zatímco metoda testování přímého odečtu používá kabely k napájení podzemního tlakoměru. Doba testování již není omezena energií baterie, ale je problém s utěsněním ústí zkušebního vrtu. Nyní, Hlavní metodou pro zkušební operace je použití metody zvedání a skladování ocelového drátu, který převádí tlak a teplotu v hloubce ropné vrstvy na základě křivky gradientu tlaku ve vrtu naměřené během procesu zvedání ocelovým drátem.

Zkušební provoz je tlakový provoz v ústí vrtu, A provoz testování vysokoteplotních a vysokotlakých vrtů vyžaduje vysoké úrovně tlaku pro zařízení pro kontrolu vrtů, jako jsou klapky proti vyfukování a stříkací trubky. Vzhledem k vysoké hmotnosti struny z ocelového drátu, vysoké požadavky jsou kladeny také na tahový výkon ocelového drátu, což představuje vysoké riziko pro zkušební provoz.

Stálý systém monitorování hlubinných vrtů (Systém PDMS) je technologie, která umisťuje elektronický manometr do držáku manometru připojeného k olejovému potrubí, a spustí jej do studny spolu s olejovým potrubím. Vysoce přesné senzory v manometru snímají tlak a teplotu v podzemí, a zpracované tlakové a teplotní signály jsou přenášeny na povrch pomocí kabelů. Systém sběru povrchových dat řídí a ukládá podzemní tlakové a teplotní signály přenášené na povrch, a zaznamenávají se údaje o tlaku a teplotě v reálném čase. PDMS může používat přímé odečítání půdy k monitorování ropných ložisek a podmínek vrtů v reálném čase, nepřetržitě, a dlouhodobé, usnadnění včasného pochopení dynamiky těžby ropných a plynových vrtů, Optimalizace systémů pro zpracování ropných a plynových vrtů a parametrů zdvihu.

Systém se skládá především ze dvou částí: podzemní a povrchové. Zemní část je tvořena zařízením pro vyvedení ústí kabelové studny, Systém sběru dat, a solární automatický napájecí systém. Podzemní část je tvořena elektronickým manometrem, opěrný válec manometru, pancéřované kabely, a kabelových chráničů.

Systém sběru zemních dat se používá k napájení podzemního tlakoměru a vydávání řídicích příkazů k němu, změnit vzorkovací interval podzemního elektronického tlakoměru, a shromažďovat a ukládat údaje o tlaku a teplotě přenášené podzemním tlakoměrem. Data jsou ukládána pomocí SD karty, s úložnou kapacitou až 15 milionů sad dat. Solární automatický napájecí systém poskytuje spolehlivé napájení systému sběru povrchových dat a podzemního tlakoměru. Vyhraďte si výstupní otvory pro kabely na věšáku trubek a vánočním stromku, Nainstalujte zařízení pro vedení kabelových šachet, a hlavní funkcí je utěsnit kabely, které procházejí hlavou vrtu. Těsnící tlak je 20 kPsi, a materiál je Inconel 718. Přijímá plné kovové těsnění, který může zajistit dlouhodobý těsnící účinek a je vhodný pro vysokotlaké a vysokoteplotní ropné a plynové vrty.

Kabel je přenosový kanál pro napájení a data, s pevnými měděnými dráty uvnitř, vnitřní izolační vrstva a izolační výplňová vrstva uprostřed, a kovová obalová vrstva na vnější vrstvě. Materiál ocelové trubky je Incoloy 825 (Slitina s vysokým obsahem niklu), s maximálním pracovním tlakem 25 kPsi, maximální pracovní teplota 200 °C, pevnost v tahu 1000 kg, a specifikace jádrového drátu 18 AWG. Má dobrou odolnost proti stlačení, odřenina, a koroze, a je vhodný pro dlouhodobé používání v podzemí. Chrániče kabelů se používají k připojení kabelů k olejovým trubkám a poskytují ochranu kabelů na potrubních spojkách. Existují možnosti pro lehké chrániče lisovacího typu a odolné kabelové chrániče z lité oceli. Těžké chrániče kabelů se obvykle používají na spodním konci řetězce olejového potrubí a ve speciálních konstrukcích vrtů. Odolávají opotřebení a odolávají velkým vnějším nárazovým silám, chrání kabel před úplným poškozením drsným podzemním prostředím; Lehké chrániče kabelů se obvykle používají v horní části řetězce olejového potrubí, který dokáže nejen upevnit kabel, ale také odolat obvyklé síle nárazu do hlubinného otvoru.

Elektronický tlakoměr je základní součástí systému PDMS v podzemí, Použití vysoce přesných křemenných snímačů tlaku a teploty s vysokým rozlišením. Výrobní design obvodu je založen na nejnovější technologii hybridních obvodů a je zabalen pomocí technologie vakuového svařování. Utěsnění mezi elektronickým snímačem tlakoměru a vnějším válcem obvodu se provádí pomocí technologie svařování iontovým paprskem. Vnější materiál válce je vyroben z ultra silné antikorozní slitiny na bázi niklu Inconel 718, s maximálním vnějším průměrem 0.875 palců a maximálním jmenovitým tlakem 25000 Psí. Může pracovat nepřetržitě déle než 10 let při vysokých teplotách 200 °C/392 °F, a může pracovat po dlouhou dobu v drsných podmínkách, jako je vysoká teplota a vysoký tlak.

Opěrný válec manometru zajišťuje montážní polohu a mechanickou ochranu manometru. Těsnění mezi manometrem a opěrným válcem je kovové těsnění. Tlak uvnitř vnějšího pláště opěrného válce lze sledovat nebo lze snímat a monitorovat tlak uvnitř olejového potrubí otvorem pro přenos tlaku. Na jednom opěrném válci lze také současně instalovat dva manometry.

Stálý systém monitorování hlubinných vrtů může nepřetržitě sledovat tlak a teplotu ve spodním vrtu ropných a plynových vrtů po dlouhou dobu. Používá se pro dynamickou analýzu produkce ropných a plynových vrtů, analýza testování vrtů, numerické simulace ložisek ropy a zemního plynu, optimalizace pracovních parametrů umělého zvedání, prevence tvorby písku produkce, a další výzkumné otázky. Jeho hlavní charakteristiky jsou: (1) má dlouhodobou stabilitu v provozu. Solární napájecí systém může zajistit nepřetržitý a spolehlivý provoz systému; Přijetí designu integrovaných obvodů v ultra velkém měřítku, Má silné seismické a protiinterferenční schopnosti; Je přijata nejnovější technologie tlakových senzorů a obvodová technologie, a doba nepřetržitého sledování může dosáhnout více než 10 roky, s vysokou pracovní stabilitou a spolehlivostí.

(2) Vhodné pro monitorování vysokoteplotních a vysokotlakých vrtů. Maximální úroveň tlaku elektronického manometru může dosáhnout 25 kPsi, a může pracovat nepřetržitě déle než 10 let při vysokých teplotách 200 °C/392 °F. Může být použit pro monitorování drsných podmínek studní, jako je vysoká teplota, vysokotlaký, a vysokou korozivitu.

(3) Nepřetržité monitorování vícevrstvého tlaku v reálném čase. Permanentní podzemní monitorovací systém může dosáhnout nejen jednovrstvého monitorování tlaku, ale také dosáhnout simultánního monitorování dat z jednoho vrtu a vícevrstvých podzemních dat v reálném čase. Navíc, Je možné zvolit sledování tlaku uvnitř pláště mimo nosnou trubku nebo tlaku uvnitř olejového potrubí uvnitř nosné trubky.

Technologie permanentního monitorování optických vláken Technologie snímání optických vláken je nový typ technologie snímání, která využívá světelné vlny jako nosiče a optická vlákna jako médium pro vnímání a přenos externích měřených signálů. Technologie permanentního monitorování tlaku / teploty optických vláken má spustit senzor optických vláken do studny spolu s dokončovacím řetězcem. Laser v hlavě vrtu vysílá laser, a optický signál se dostává do senzoru hlubinné díry přes optická vlákna. Senzor moduluje informace o teplotě a tlaku na spektru odrazu. Detektor na hlavě vrtu přijímá spektrum odražené zpět od senzoru a získává údaje o teplotě a tlaku analýzou interferenčního spektra. Permanentní monitorování optických vláken může dosáhnout v reálném čase, dlouhodobý, a stabilní monitorování údajů o tlaku a teplotě ve vrtech na dně v ropných a plynových vrtech. Prostřednictvím regionálního a vícevrtného monitorování dat, Může poskytnout základ pro formulaci plánů rozvoje ropných a plynových polí.

Mezi běžně používané optické vláknové senzory v podzemí patří distribuované optické vláknové teplotní senzory (DTS) a snímače tlaku z optických vláken (PT). Základem měření DTS je vliv teploty na koeficient rozptylu světla. Detekcí informace o rušení vnějšího rozložení teploty na vlákně, Informace o teplotě jsou získávány pro dosažení distribuovaného měření teploty. Technickým základem měření je technologie Ramanova rozptylu vláken. Laser vysílá světelné pulzy podél optického vlákna, které jsou rozděleny na dva paprsky pomocí rozdělovače. Dva filtry s různými středovými vlnovými délkami jsou připojeny níže, aby odfiltrovaly Stokesovo světlo a anti Stokesovo světlo, které jsou fotodetektory převáděny na elektrické signály a odesílány do jednotky pro sběr a zpracování dat. Po detekci a zpracování, Hodnota teploty je nakonec vyvedena.

Na základě principu konstantní rychlosti světla, lze měřit přesnou hloubku odražených světelných signálů z optických vláken

Většina optických tlakových senzorů používá tlakoměry založené na principu interferometru Fabry Perot. Dutina tvořená dvěma koncovými plochami vláken se v optice nazývá Fabry Perotova dutina, zkráceně jako Fabryho Perotova dutina. Když laser vstoupí do Faberovy dutiny z jednoho konce vlákna, část světelné energie se odráží na koncové ploše vlákna na tomto konci; Zbývající optická energie se dále šíří vpřed, se pak odráží od druhé koncové plochy vlákna a vstupuje do první části vlákna v opačném směru. Dvakrát odražený laser vytváří interferenci na povrchu detektoru, a interferenční spektrum je jednoznačně určeno délkou Fabryho dutiny, což je sinusovka ve frekvenční oblasti. Měřením periody a fáze sinusové vlny, délku dutiny lze přesně určit. Vnější tlak P stlačí Faberovu dutinu, způsobující, že se délka dutiny Faberovy dutiny vytvořené mezi dvěma koncovými plochami vláken mění se změnou vnějšího tlaku. Proto, měřením délky Faberovy dutiny, lze odvodit vnější tlak P.

Složení permanentního systému monitorování tlaku/teploty z optických vláken

Zemní část zahrnuje především podzemní optické kabely a modulátory, zatímco podzemní část obsahuje především vláknové optické senzory, Podporuje senzory, Optické kabely, a kabelových chráničů. Pozemní spektrální demodulátor vysílá laserovou vlnovou délku skenovacího laseru 1510-1590 nm. Laser je signálním vláknem přenášen do podzemí snímače tlaku v dutině F-P a teplotního senzoru FBG, a poté se laser odráží od dutiny FP a FBG za vzniku odrazového spektra. Reflexní spektrum přenáší informace o tlaku a teplotě v blízkosti senzoru zpět do demodulátoru po stejném vlákně, a demodulátor vyšle spektrální signál do počítače. Počítač vypočítává hodnoty tlaku a teploty v podzemí podle demodulačního programu, a displejů, ukládá nebo vzdáleně odesílá v reálném čase podle požadovaného databázového formátu.

Pozemní řídicí jednotka se skládá z demodulátoru a přenosného počítače, a software, který odpovídá demodulátoru, je zabudován do počítače. Demodulátor je zařízení, které interpretuje spektrální signál odražený zpět snímačem teploty a tlaku ve vrtu do viditelné hodnoty teploty a tlaku pro uživatele. Může postupně demodulovat tlakové a teplotní signály 16 kanálové senzory, a zobrazovat a ukládat aktuální teplotu a tlak. Zakopané optické kabely se používají hlavně k přenosu optických signálů z ústí vrtu do zařízení, a jsou obvykle konstruovány zakopaným způsobem. Pancéřové optické kabely poskytují kanál pro přenos signálu mezi senzory a zemními demodulátory. Materiál vnějšího pancíře je 316L nebo Inconel825, a střední kovová vrstva odolná vůči vodíku může zpozdit ztrátu vodíku přibližně o 140 krát, výrazně prodlužuje životnost optických kabelů za vysokých teplot. Životnost optických kabelů může dosáhnout více než 10 roky.

Senzory s optickými vlákny jsou základními součástmi trvalého systému monitorování tlaku/teploty z optických vláken v podzemí, s maximálním pracovním tlakem 15 kPsi a maximální pracovní teplotou 300 °C.

Mezi výhody technologie permanentního monitorování optických vláken patří především:

(1) Senzor je malých rozměrů, lehký, s velmi malým počtem součástí a bez pohyblivých částí. Optický senzor má životnost více než 15 roky.

(2) Optická vlákna jsou jak senzorem, tak médiem pro přenos signálu, bez podzemních elektronických zařízení, odolný vůči silnému elektromagnetickému rušení, a vysoce spolehlivé.

(3) Celá křemenná struktura, stabilní chemické vlastnosti, laserová technologie mikrozpracování, Spolehlivý výkon.

(4) Pancéřovaný optický kabel je vyroben z materiálu ze slitiny 316L nebo Inconel825, který je odolný vůči korozi H2S/CO2.

(5) Existuje více měřicích bodů, které lze zapojit do série nebo paralelně a sledovat tlak a teplotu více vrstev v jedné jamce. A 1/4 “Optický kabel v jedné jamce může poskytnout až 12 Signály tlaku a teploty, a lze připojit sadu zařízení na ústí vrtu 16 snímače teploty a tlaku současně.

(6) Lze použít pro vysokoteplotní/vysokotlaké studny: vydrží 300 °Vysoká teplota, 15000Tlak PSI, a vibrace a rázy generované prouděním vzduchu s vysokým výkonem.

Provoz s ocelovým drátem je vhodný pro testování svislých vrtů a vrtů s malým sklonem. Jeho výhodou je, že náklady na jednu operaci jsou nízké, Následné náklady se ale zvyšují s počtem operací. Může být použit pro dočasné monitorování nízkoteplotních a nízkotlakých běžných vývojových vrtů. Permanentní monitorování tlaku a monitorování optických vláken jsou vhodné pro vertikální i horizontální vrty, s vysokou počáteční investicí, ale bez následných provozních nákladů. Klastrové/plošinové vrty mohou sdílet povrchové vybavení, výrazné snížení celkových nákladů. Lze je použít pro nepřetržité monitorování vysokých teplot v reálném čase, vysokotlaké nebo klíčové vrty.

(1) Technologie nepřetržitého monitorování poskytuje silnou datovou podporu pro propracované řízení ropných a plynových vrtů, což pomáhá včas optimalizovat pracovní systém ropných a plynových vrtů, zamezit tvorbě písku v nádržích, a potlačí rychlé proudění okrajových a spodních vod.

(2) Technologie permanentního monitorování tlaku a technologie monitorování optických vláken mohou účinně vyřešit problém dynamického monitorování vysokoteplotních a vysokotlakých vrtů, a může snížit nehodovost při zkušebních operacích a zároveň poskytovat dynamická data o ropných a plynových vrtech.

(3) Zohlednění technických a ekonomických faktorů, Doporučuje se provádět dlouhodobý kontinuální monitoring klíčových vrtů. Pro vysokotlaké vrty by měla být použita technologie trvalého monitorování tlaku, a technologie monitorování optických vláken by měla být použita pro vysokoteplotní vrty.