RFID智能可控開關工具在試油分層測試中的應用

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(1.北京精密機電控制設備研究所 北京 100076；2.中國石油集團西部鉆探工程有限公司試油公司 新疆 克拉瑪依 834000)

RFID智能可控開關工具在試油分層測試中的應用

王恒1，白玉新1，黃建平2，宋志同2，韓志富1，賈武強2

(1.北京精密機電控制設備研究所 北京 100076；2.中國石油集團西部鉆探工程有限公司試油公司 新疆 克拉瑪依 834000)

針對傳統試油測試工藝在低孔低滲儲層開發測試中存在污染地層和不能準確評價油層的缺點，研制了RFID智能井下可控開關工具，采用RFID射頻通信技術控制井下開關工具的方法、以電動液壓作為動力來源的新型直通式井下可控開關工具。該工具實現了一趟管柱進行分層測試，減少了提下油管次數，避免了壓井及提下管柱對地層造成二次污染，縮短了試油周期；同時實現分層測試，準確的評價每層產能及壓裂改造效果。

RFID通信；智能井下可控；開關工具；分層測試

0 引 言

隨著石油勘探開發技術的不斷提高，各油田勘探開發對象主要為低孔低滲儲層，試油工藝主要采用大規模、分段壓裂改造、排液結束后下入測試儀器獲取儲層參數。在壓井及提下管柱過程中易對地層造成二次污染，且因為是多層合測，資料反映的是多層段綜合效應[1]，不能準確評價每段產能與壓裂改造效果，同時存在投入成本高、施工測試有風險等問題，此種試油工藝逐漸不能滿足開發需求，而準確確定每層地層的動態參數對油藏精細分析非常重要[2-4]。目前，國內各油田結合自身儲層特點，采用了射孔-壓裂-排液多聯作技術，但還沒有一種直通式可控開關工具能滿足壓裂后多地層分層測試需求。

針對上述問題，研制了一種采用RFID射頻通信技術控制井下開關工具的方法、以電動液壓作為動力來源的新型井下可控開工工具。研制的可控開關工具在井下開關多次可控，具有全通徑、同時不受層數限制的特點，配套Y441、MCHR等液壓封隔器，可實現一趟管柱分層測試，減少提下管柱次數，避免了在壓井及提下管柱過程中對地層造成的二次污染，實現對每個試油層段產能和壓裂改造效果的準確評價，同時縮短了試油周期，提高了試油時效。

1 RFID智能井下可控開關工具簡介

RFID智能井下可控開關工具采用RFID射頻通信技術控制井下開關工具的方法、以電動液壓作為動力來源，工具入井后，在井口投下開關對應地層工具的標簽，當標簽通過RFID智能可控開關工具的天線段時，工具獲取標簽指令信息，控制系統根據標簽指令信息驅動電機泵轉動，帶動活塞運動，實現管內外的連通與隔絕，從而實現工具的開關。

1.1 RFID技術

RFID技術即無線射頻通信技術，一種利用無線射頻通信方式將讀卡器與射頻標簽之間進行非接觸雙向數據傳輸，達到目標識別和數據交換的目的[5]。 該技術起源于二戰時期，主要用于飛機艦船的識別，但由于成本較高，一致未用于民用領域。20世紀八、九十年代，隨著電子技術的發展，歐洲率先將RFID 技術應用到公路收費等民用領域[6]。近年來，隨著電子信息技術的迅猛發展，RFID技術在各個領域得到了廣泛應用，如門禁系統、護照以及動物標簽等，目前國內外公司也開始嘗試將該技術應用在井下工具上，在井下工具上裝有RFID讀卡器和天線，當標簽通過工具的天線區域時實現數據的讀取[7]，如圖1所示。

圖1 RFID技術在井下工具中應用示意圖

目前RFID技術在井下工具上應用存在如下難點：

1)高溫讀卡器電路設計；

2)井下復雜環境對RFID通信影響；

3)RFID信號的快速識別。

RFID技術應用到井下工具上的好處：

1)實現地面指令無線下傳；

2)智能控制；

3)信息自動化采集管理；

4)提供工作效率；

5)簡化施工步驟和操作流程；

6)節約人力、物力和財力，達到將本增效的目的。

1.2 工具組成

RFID智能井下可控開關工具由天線短節、液壓控制短節和油缸短節組成，同時配備地面測控箱和標簽，如圖2所示。地面測控箱用于測試開關工具、參數燒寫、標簽信息讀寫等；標簽作為指令信息的載體，用于投入井下實現指令信息下傳。

圖2 RFID智能井下開關工具組成

天線短節為井下工具的天線段，用于工具上讀卡器與標簽間的射頻通信，實現標簽數據的讀取和識別；液壓控制短節用于工具開關控制，控制驅動系統根據標簽的指令信息控制驅動電機泵轉動，從而帶動活塞運動，實現工具開啟和關閉，即管內外連通和隔絕；油缸短節作為工具開關的執行機構，由油缸殼體和活塞兩部分組成，活塞與油缸相對運動，實現活塞上噴射孔與油缸殼體上噴射孔的連通或隔絕，從而實現工具開關。

2 工作原理及技術參數

RFID智能井下可控開關工具在井下工作時，工具自帶高溫電池為液壓控制系統提供電源，當井口投下對應編號工具的標簽通過工具天線區域時，工具中讀卡器將讀取得到標簽攜帶的指令信息，控制驅動系統根據讀卡器讀取得到的標簽指令信息控制電機泵轉動，電機泵泵出高壓液壓油驅動活塞的運動，從而實現工具的開啟或關閉。

主要技術參數：

1)工具內徑：40 mm；外徑：110 mm；

2)環境溫度：不大于150℃；

3)壓裂介質最大壓力(環境壓力)：70 MPa；

4)下井前待機時間：5 a；

5)下井后動作次數：不小于50次(開-關-開)；

6)壓裂介質正常工作流量：2～4 m3/min;

7)投標時壓裂介質流量：不大于2 m3/min；

9)下井后天線待機時間：100 d。

技術特點：

1)全通徑設計；

2)具有定時喚醒、壓力波喚醒、標簽開關等功能；

3)具備井下管內外壓力、溫度采集存儲功能；

4)在井下可實現無限次開啟和關閉(在電池電量允許范圍內)；

5)不受層數限制，一趟管柱對多地層的分層測試；

6)結構布局緊湊，各功能單元采用模塊化設計，便于組裝測試和維修；

7)具有開關到位檢測功能；

8)具備開度大小控制功能；

9)工具開關到位后具備位置自鎖功能；

10)設置三個噴砂孔，噴射孔進行滲氮和碳化鎢耐沖蝕處理，增加硬度和耐磨性。

3 現場應用

RFID智能井下可控開關工具實現井下開關多次可控，內通徑40 mm，設置三個噴砂孔，對噴射孔進行了耐沖蝕處理，滿足分層測試需求；以與Y441封隔器組合為例，對于已進行壓裂井主要試油分層測試程序為：下入分層測試管柱結構；經校深配調整短節，投標簽關閉所有可控開關閥后，泵車油管內打壓，當壓力達到10、15、20、25、30 MPa時，分別穩壓3 min，坐封封隔器。通過投標簽或入井前的程序設定選擇性開關各個井下可控開關工具，實行退液求產或分段測試。以獲取各層段的產能、地層參數、管外竄通情況及對各層段的壓裂改造效果進行評價。

以新疆克拉瑪依油田XXX井為例，該井共射開兩段(2 598.0～2 602.0 m和2 654.0～2 658.0 m)，進行分層壓裂改造后自噴+油管抽汲排采，下入RFID智能井下可控開關工具進行分層測試，驗證兩層層之間的連通性情況和各層段的供液能力。管柱結構自下而上為盲堵+油管1根+RFID智能可控開關工具(2號)+調整短節+2號Y441封隔器+調整短節+ RFID智能可控開關工具(1號)+調整短節+1號Y441封隔器(頂封)+調整短節+較深短節+油管掛。現場測試應用及測試管柱結構簡易圖如圖3 所示。

圖3 分層測試現場應用及管柱結構圖

2016年11月17號14:30管柱入井，其中1開關工具入井前處于關閉狀態，2號開關工具入井前處于打開狀態,后繼作業順序如下并見表1。

1)11月17日23:00投標簽打開1號開關工具；

2)11月18號12:00管柱下至到位，進行校深作業，確定1號開關工具位于井下第一層位2 589 m處，2號開關工具位于井下第二層位2 606 m；

3)11月18號16:20投標簽關閉1號、2號開關工具；

4)11月18號17:20進行井口加壓以及正打壓座封封隔器1和封隔器2；

5)關井至11月21號；

6)11月21號17:40井口投入打開2號開關工具標簽；

7)11月22、23號進行第二層位抽汲作業，抽深1 250 m，抽出4.93 m3；

8)11月23號16:50分井口投入關閉2號開關工具標簽，17:50投下打開1號工具標簽；

9)11月24、25號進行第一層位抽汲作業，抽深1 420 m，抽出2.82 m3，噴出大量天然氣；

表1 地面投標簽時間

10)11月25號16:55分井口投入關閉1號開關工具標簽；

11)11月28號8:00井口投入打開1號、2號開關工具標簽；

12)11月29號12:10開始進行封隔器解封上提管柱作業。

其中在井口投標簽開關1號、2號工具時間見表1。

2016年12月1號工具提至地面，經測試兩套智能可控開關工具功能正常，性能完好，讀取工具存儲數據進一步分析。

1號、2號RFID智能井下可控開關工具在井下開關時序如圖4所示，其中紅色實線表示2號智能開關工具在井下開關時序；黑色實線表示1號智能開關工具在井下開關時序。

圖4 2套智能開關工具在井下開關時序

兩套RFID智能井下可控開關工具記錄井下對應地層壓力以及溫度如圖5、6所示。

應用結果分析：

根據智能開關工具記錄壓力溫度數據、抽汲、取樣分析可知：

該井第一層位抽深1 420 m，抽出2.82 m3，噴出大量天然氣；第二層位抽汲作業，抽深1 250 m，抽出4.93m3；

油樣全分析：密度0.807 6 g/cm3，含蠟8.28%，凝固點12℃，50℃粘度2.63 mPa·s；

根據所取試油資料綜合分析，本層定名為“含油水層”；

同時根據圖7中1號、2號工具對應地層壓力曲線可知，在2016年11月21號18:45 2號開關工具打開時，1號、2號工具處對應環空壓力均有開井反應；11月22號對2號開關工具所處層位進行抽汲，1號開關工具層位有反應；11月24對1號開關工具所處層位進行抽汲，2號開關工具層位有反應，上述現象說明該井兩個層位存在連通的現象。

圖7 1號、2號智能開關工具對應地層井下壓力曲線

4 結束語

RFID智能井下可控開關工具在試油分層測試中的應用，實現了一趟管柱進行多地層的分層測試，減少了提下油管次數，避免了壓井及提下管柱對地層造成二次污染，縮短了試油周期；同時通過直通型可控開關工具的多次開關，實現分段測試，使測試資料能夠準確的評價每段產能及壓裂改造效果，是對試油測試工藝的挑戰，具有良好的應用前景和巨大的社會經濟效益。

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ApplicationofRFIDIntelligentControllableSwitchingToolinOilSeparateLayerTest

WANGHeng1,BAIYuxin1,HUANGJianping2,SONGZhitong2,HANZhifu1,JIAWuqiang2

(1.BeijingResearchInstituteofPreciseMechanicalandElectronicControlEquipment,Beijing100076,China;2.WellTestingCompany，WesternDrillingEngineeringCo.Ltd.,CNPC，Karamay，Xinjiang834000，China)

Considering the disadvantages of the formation pollution made by the traditional well test process without the accurate evaluation in low porosity and low-permeable reservoir of exploration, the RFID intelligent down-hole controllable switching tool was developed, which used the radio frequency communication technology assisted with the electro-hydraulic actuator to form a renovated model of straight-type controllable switch. The switch tool realized the stratification test with one-pipe string technology, which reduced the total amount oil tubing, prevented the second formation contaminant made by well killing and down-hole string, and shortened oil test period. Moreover, it has achieved stratification test with precise assessment of energy-production per layer and the effect of fracturing reformation.

RFID communication; intelligent down-hole controllable; switching tool; separate layer testing

王 恒，男，1985年生，2011年畢業于北京航空航天大學儀器與科學專業，碩士研究生，現在從事井下石油儀器研發。E-mail：hwang9@126.com

TE353

A

2096-0077(2017)05-0074-05

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.05.019

2017-03-01編輯韓德林)