井下作业智能监督装置的研究与完善

杨明

中国石油大庆油田有限责任公司第三采油厂工艺研究所（黑龙江大庆 163113）

2019年以来，针对外部作业队施工质量参差不齐、重点工序无全过程监督记录等问题，开展了井下作业全过程智能监督技术的研究，实现了冲砂、刮蜡、洗井、验窜等重点工序的全过程监督。但在现场应用过程中，还存在工序监督覆盖不全面、部分数据接收不完整、复杂动作判断不准确、电子信息程度不完善等问题。因此，计划开展井下作业智能监督装置完善与推广，扩大该技术的应用范围，保证作业施工质量，提高作业监督水平。

1 装置结构及工作原理

井下智能监督装置分为井下部分和地面部分。井下部分由电池组负责供电，压力温度传感器、加速度计、电磁流量计负责不同参数的采集，无线通讯模块负责与地面进行无线数据传输，而控制电路是系统中枢，负责控制所有传感器工作及通讯数据的收发[1-3]。

在常规井下作业时，该仪器可以存储作业期间的温度、油套管压力、流量、起下过程仪器运动姿态等数据；作业结束后，监督装置起到地面，通过WIFI与笔记本电脑连接，读取存储的各种参数，并由数据处理软件解析数据，计算施工作业时间、起下次数，生成作业数据曲线及图表，据此了解作业过程[4-5]。如图1所示。

图1 井下作业智能监督系统组成框图

1.1 智能监督装置

智能监督装置结构示意图如图2所示，装置主要由2块组成，分别为电池组件（序号3）、主机（序号5）和流量组件（序号7）。其中电池组件由多支电池环形布置在电池支架上组成，电池组件右端靠台阶定位，左端靠上密封堵头（序号1）压缩O 形圈来定位。主机是整个仪器的核心部件，安装有电路板组件、两个压力传感器、一个温度传感器和天线组件，同时主机上还预留有上电和通讯接口。流量组件由两个鞍形线圈负责提供励磁信号，两个电极负责感应流量信号。流量组件通过下密封堵头（序号9）压紧。天线盖板（序号6）用于主机上天线组件的防护，通过上密封外管（序号2）和下密封外管（序号8）拧紧后固定。

图2 整机结构示意图

智能监督装置为全封闭仪器，主要材质采用17-4PH，具有高强度和耐腐蚀性的特点，天线部分采用高强度工程塑料，适应现场使用环境且不影响WIFI 信号传输，上下接头采用标准73油管扣，连接方便，使用可靠。主要技术指标见表1。

表1 主要技术指标

1.2 地面回放软件

井下监督仪的地面回放软件（图3），可以实现仪器选择、数据读取、数据回放、曲线生成，报表打印等功能[6-7]。装置起井后通过WIFI 将存储的数据发送给笔记本电脑，数据经软件处理生成起下井过程的各种参数曲线，并经进一步处理计算出起下管柱数[8]。

图3 数据回放软件界面

2 工艺可行性验证

为了验证该套工艺的可行性，进行了室内参数实验。实验现场如图4、图5、图6所示。

图4 检测整体参数实验

图5 装置压力温度标定实验

图6 装置流量标定实验

通过井下工具检测车间，对监督仪进行测压及测温实验，密闭车间内提升压力至50 MPa，温度升高至95 ℃。在实验结束后检查仪器，无破损漏点，同时检测地面软件曲线，与实验过程中参数一致，说明仪器实用性验证成功。

3 现场试验及应用情况

在大庆油田XX采油厂针对井下作业监督需求井进行系统施工，分析出该技术的应用效果及推广价值，见表2。

表2 现场应用记录

在初期现场试验之后，技术人员跟踪全过程作业，对比现场写实和回放曲线，可以侧面印证全过程施工情况，在各施工工序交叉作业时也能保证各项功能互不干扰，满电续航达30天左右。

通过在B2-D5-426 井试验中可以发现，该井作业类型为小孔径定向开窗水平钻孔，在钻孔结束后无法判定是否钻开，有可能影响后续压裂施工质量。因此该井需要监督的重点工序为验吸水。2022 年6 月22 日，在实际施工过程中，补孔后对补孔层段进行吸水验证，验吸水管柱应用两级扩张式封隔器，中间加一个节流器和监督仪，分三段验吸水，并在两级封隔器上下各放一级监督仪，证明封隔器是否密封[9]。如图7所示，油管打压套压不跟随，证明封隔器密封良好。

图7 B2-D5-426验吸水工序（封隔器上下）测试曲线

如图8、图9 所示，在两级封隔器中间的监督仪显示有明显的压力差及流量波动，说明管外有泄压区，可以证明钻孔成功。

图8 B2-D5-426验吸水工序（中间）

图9 B2-D5-426流量数据

4 结论

1）在上返井作业监督中，由于补孔后井口溢流大，监督验窜工序时无法使用“套溢法”。监督仪可以作为上返区块油井验窜、释放的重要监督手段。

2）针对目前现场监督没有起下过程中的压力、温度、深度、流量等数据，无法对施工质量进行评判。通过研制一种新型井下作业智能监督装置，主要针对作业施工中的重点工序，对起下过程中的压力、温度、管柱根数等数据进行记录，满足作业现场智能化监督需求。

3）智能监督装置可以作为重点工序监督井辅助监督手段，也可以作为外委队伍的抽查监督手段。在实现自动远传功能后，可以由作业队上传曲线至视频监督工序，由监督人员确定工序施工情况，以此作为作业费用结算的重要环节。