英公司研制光纖傳感系統(tǒng)實時顯示“井涌”動態(tài)

英國達(dá)納石油公司（Dana Petroleum）日前宣布，公司研發(fā)可實時顯示鉆井與完井過程中的“井涌（氣涌）”動態(tài)光纖傳感系統(tǒng)。

在鉆井和完井過程中，“井涌”與“井噴”是兩個關(guān)系油氣井安全的重要事件。在鉆井現(xiàn)場，作業(yè)者盡可能早期檢測并“量化”描述氣體井涌過程，這對于完成“井控”目標(biāo)和防止井噴及保障油氣井安全至關(guān)重要。

達(dá)納石油公司研發(fā)人員利用分布式聲學(xué)傳感技術(shù)（DAS,Distributed Acoustic Sensor），和分布式溫度傳感技術(shù)（DTS,Distributed Temperature Sensor），可以實時“播報”井眼內(nèi)多相流變化，現(xiàn)場作業(yè)人員可及時識別和驗證這些傳感技術(shù)中的變化特征（指紋），并告知現(xiàn)場鉆井司鉆及其他工作人員。

為及時、清晰地獲得井底“井涌”動態(tài)過程，考慮到石油鉆井流體力學(xué)和氣體動力學(xué)的復(fù)雜性，公司專家明確提出利用大學(xué)或科研機(jī)構(gòu)的全尺寸石油設(shè)備進(jìn)行試驗與分析。專家表示，只有這樣巨額資金投入與真實尺寸鉆井設(shè)備環(huán)境的再造，才可能正確描述與再現(xiàn)鉆井與完井過程中的井涌與井噴事件。

目前世界上只有美國路易斯安那州立大學(xué)具備全尺寸鉆井與完井井筒與環(huán)境實驗室，所以達(dá)納石油公司專家決定項目實驗在美國大學(xué)進(jìn)行。

項目人員利用路易斯安那州立大學(xué)的“ PERTT（石油工程研究與技術(shù)轉(zhuǎn)讓）實驗室”完成相關(guān)試驗。這所大學(xué)實驗室為此專門進(jìn)行設(shè)備與設(shè)施改造，重新安裝直徑為9-5/8英寸與深度為5200英尺（1450米）的井筒環(huán)境。科研人員還安裝分布式光纖（DAS和DTS）和4個永久壓力溫度計，實時感測和可視化井下井涌動態(tài)。他們進(jìn)行了幾項實驗，包括通過化學(xué)注入管線注入氮氣井涌，以及在停滯和循環(huán)水中向下壓入2-7/8英寸的管道。

研發(fā)人員研究了實驗室5200英尺深度井眼流量、井涌大小和背壓變化。這些研究包括關(guān)井期間的氣體運移規(guī)律。研發(fā)人員還逐一分析井下采集DTS和DAS數(shù)據(jù)，以及沿井眼的4個不同深度處的表壓和溫度。專家還進(jìn)行井下深層數(shù)據(jù)與鉆機(jī)的地面現(xiàn)場紀(jì)錄數(shù)據(jù)合并，并以此創(chuàng)建完整的實驗室報告圖片。

達(dá)納石油公司稱，研發(fā)人員使用此方法可以深入進(jìn)行鉆完井中的井涌機(jī)理觀測與研究。

一是科研人員通過傳感器，可以立即看到（聽到）進(jìn)入井筒的氣涌，當(dāng)氣涌上升到地面時，可以實時追蹤氣涌前沿，從而可以檢測到氣涌，改進(jìn)對氣涌大小的估計，并易于計算氣涌上升速度。二是科研人員發(fā)現(xiàn)井筒中所包含的氣體軸向分布是可見的，并提供了事件持續(xù)時間預(yù)測。三是科研人員發(fā)現(xiàn)通過可壓縮性動力學(xué)，可以實現(xiàn)DAS可視化，從而闡明氣泡和“段塞”尺寸，以及動力學(xué)過程細(xì)節(jié)，并且得出井筒內(nèi)離散氣體完全循環(huán)溢出井筒時間。

達(dá)納石油公司專家認(rèn)為，其在實驗過程堅持采集“全頻率”數(shù)據(jù)，不作任何濾波的做法，提高了井筒內(nèi)氣泡尺寸真實性與增強(qiáng)了動力學(xué)數(shù)據(jù)的保真度。這些初步成果為鉆井同行進(jìn)一步深入研究，包括使用井下傳感器進(jìn)行實時立管氣體動態(tài)檢測與描述提供了有益的借鑒。