无线射频识别技术在多级滑套压裂工具中的应用探讨

为了实现多级滑套压裂工具全通径、无级数限制和智能操控,研究了无线射频识别(RFID)技术驱动滑套的工作原理和施工工艺。RFID滑套由胶囊标签、天线单元、控制单元、执行单元、动作单元和连接单元等部分构成。胶囊标签携带信息码通过RFID滑套,激活控制单元接收信息码,当信息匹配时,控制单元输出控制命令,启动执行单元动作,实现滑套的打开或关闭动作。通过技术调研,掌握了RFID滑套的工作原理和施工工艺,明确了RFID滑套研制的关键技术难点,为无线射频识别技术在多级滑套压裂工具中的应用提供了技术支持。      

基于RFID技术的压裂滑套控制系统的设计

为实现压裂级数不受限制、各级压裂滑套结构一致且可以智能控制的目标,设计出了一种基于RFID(射频识别技术)的滑套控制系统。当投放的RFID标签球通过压裂管道时,经过标签球里内置天线与读写器天线耦合,将存储的数据向井下发送。读写器接收载波信号后根据不同的设置发送指令信号给电控部分。电控部分驱动空心轴电机转动,空心轴电机部分通过霍尔信号控制电机精确换向,从而实现智能调节滑套的开度和启闭。通过搭建实验台架进行实验,验证了系统的可靠性。     

RFID智能滑套设计与试验研究

为了解决传统水平井分段压裂技术操作复杂、无法达到全通径和压裂级数受限的问题,提出了基于RFID智能滑套的水平井分段压裂技术。在分析水平井分段压裂技术特点的基础上,研究了RFID智能滑套压裂管柱的结构和技术难点,开展了RFID智能滑套结构的方案优选、模拟分析、单元试验和室内样机试验。试验结果表明,RFID智能滑套在温度120 ℃、压差10～70 MPa工况下均能顺利开启至设定开度,RFID标签球能够控制RFID智能滑套窗口达到预设开度,且RFID通讯成功率良好。研究表明,RFID智能滑套水平井分段压裂技术能够降低水平井压裂施工成本,提高油气开发效率,为油气开发向智能化、低成本化和高效化方向发展提供技术支持,具有良好的应用前景。      

基于RFID技术的井下控制系统在随钻扩眼作业中的应用

针对钻井过程中复杂的井下工况,对基于RFID（射频识别）技术的井下控制系统进行了优化设计。对RFID通讯短节及井下天线结构进行了电磁性能优化,通过试验确定了最优的天线与短节外壳内壁间距,减小了金属涡流的电磁干扰,保证了系统稳定工作;根据RFID系统数据交换时间和现场钻井液流速,优化设计天线绕线长度为300 mm,保证标签随钻井液高速流过井下天线内部时被准确读取;对RFID读取控制系统进行了软硬件优化设计,增加了自适应优化模块和信号处理模块,能够根据井下电磁环境的影响,自动调节系统工作频率,使系统工作在最佳状态,标签读取成功率100%;通过优化算法、CRC校验等方式,提高了控制信号解析的正确性。在江苏淮安顺89井成功进行了下井试验,验证了整个系统的工作可靠性和稳定性。该研究为今后基于射频识别控制技术的井下工具开发具有指导意义。     

液压蓄能技术在射频识别滑套上的应用实践

常见的压裂滑套存在压裂级数受限、管柱不能实现全通径、开关工具频繁起下钻效率低等问题。鉴于此,开展了液压蓄能技术在射频识别滑套上应用的研究。分析了该技术在射频识别滑套工具上应用的关键技术点,开展了液压蓄能器结构设计、蓄能器关键参数设计、强度计算和液压驱动系统设计,并在此基础上进行了液压蓄能式压裂滑套的整体结构设计、工具试制及地面性能测试。理论计算和地面试验结果证明,液压蓄能技术可以应用于石油井下工具中,且能够收到良好的应用效果。研究结果可为射频识别滑套在现场的安全应用提供参考。     

井下无线射频识别系统作业环境影响因素分析

以无线射频识别(RFID)技术为控制手段与井下工具进行结合,能够很好地突破现有技术瓶颈,解决压裂级数受限等诸多问题。但在实际情况下,井下环境复杂多变,多种因素都会对射频系统的稳定性造成干扰。为解决这一问题,在完成井下RFID通信系统设计的基础上,根据井下RFID系统的结构特点和工作环境,使用Ansoft Maxwell软件建立井下电磁环境有限元仿真模型,探究了各因素对RFID系统的影响程度以及变化规律。分析结果表明,井下工具金属外壳尺寸和压裂液电导率为主要影响因素。对RFID系统进行的信号接收性能试验也验证了系统能够达到所需性能指标。研究结果对于RFID系统的现场应用具有一定的指导作用。     

射频识别技术在井下工具中的应用与发展

为促进我国射频识别技术在智能化钻完井领域的应用与发展,解决深井、超深井勘探开发中的技术瓶颈,拓宽井下工具的使用功能,调研了射频识别技术在石油工具中的应用现状。阐述了射频识别技术的工作原理与技术特点,在非常规油气藏钻完井开发中引入射频识别技术,可大幅提高井下工具的工作效率,缩短施工周期,降低施工成本。介绍了国外射频识别技术在油田钻具监测管理、钻井扩眼工具、压裂滑套工具中的典型应用。针对射频识别技术的关键性难题,展望了该技术在未来石油装备及工具中的发展趋势,对促进该技术在石油工具智能化方面的应用具有重要意义。     

基于RFID技术的压裂滑套控制系统设计

针对传统的分段压裂技术无法解决压裂级数、井筒管径受限等问题,设计了一种基于RFID技术的智能分段压裂滑套控制系统。该系统将直流无刷电机控制系统与RFID技术有机结合,将RFID标签球投放到压裂管道中,通过识别压裂管道中RFID标签球的数据来驱动直流无刷电机,达到控制滑套工件的目的。试验表明:该系统可以识别RFID标签的数据,实现对无刷直流电路的精确控制,从而完成对滑套开度和启闭的自由调节。     

海上油田电控液驱分层注采系统研究

为保障精细分层开采工艺可靠性及实现井下参数的测试,根据电控设备快速、集成化及液压设备稳定性好、扭矩大的特点,开发了一种电控液驱分层注采控制系统。详细阐述了控制系统、电控解码监测装置与液压驱动多级滑套等重要部件的工作原理、结构组成及技术特点,进行了电控液驱分层注采现场选井设计。研究结果表明：该控制系统实现了井下大于6层注采层位快速、可靠的控制及参数监测;电控解码监测装置解码响应时间由纯液控的5 min降至毫秒级,单层液控滑套的调整时间由20 min缩短至1 min以内;设计的液压驱动多级滑套采用旋转换挡形式,可以实现8个开度的精细调节,配注量最大误差为5%。研究结论可以为油藏开发决策提供技术参考。     

井下射频电磁识别影响因素研究

与井下工具常用的压差和投球控制方式相比,射频识别技术具有控制灵活、施工过程中不改变钻井液排量和钻柱内通径等优点;但在实际应用中,井下复杂工况对射频识别系统的电磁干扰很大,其稳定性得不到保证。为解决这一问题,开展了井下射频电磁识别影响因素研究。通过分析,确定井下工具金属外壳和钻井液类型是主要影响因素;根据无线射频控制系统的工作环境和结构特点,建立了电磁通讯环境的有限元仿真模型,分析了其影响程度和变化规律,并通过室内试验对其进行了验证。研究发现,井下工具金属外壳所产生涡流的影响随井下天线与工具外壳间距增大而减小;钻井液的影响随其电导率增大而增大。研究认为,设计工具时可以合理增大井下工具金属外壳内壁与井下天线的间距;而钻井液的影响可通过优化射频控制电路方式解决。      

水平井裸眼分段压裂工具设计要点分析

水平井裸眼分段压裂是水平井分段压裂改造的重要工艺之一,性能可靠的井下配套工具是实施该项工艺的关键。为此,对分段压裂工具中的悬挂封隔器、裸眼封隔器、压差滑套和投球滑套功能特点进行了分析,提出了设计时应注意的要点,以供设计者参考。另外需要注意的是,工具结构设计完成后,还要在实验室内进行严格的测试试验,检验制作的工具是否达到设计要求。只有设计者和制作者的共同努力,才能设计制作出高性能的分段压裂工具,满足现场应用需求。     

RFID在井下工具中的应用

为了提高油气井长期有效性和作业效率、降低油气井的建井成本,近年来RFID技术在石油领域的应用取得了一定进展。在调研国内外文献的基础上,阐述了RFID技术的原理和基本特点,对其在压裂工具、钻井扩眼工具以及其他井下工具中应用的可行性进行了分析,指出了RFID在井下工具中应用的关键技术。分析结果表明,RFID井下工具比力学或机械式工具具有更大的优势,RFID在井下工具中成功应用的关键是电子元件和电池在高温高压条件下良好的工作状态,开发耐高温高压的电子元件将对RFID的应用和其他通信技术带来革命性改变。     

可开关压裂滑套关键技术研究与应用

针对常规投球多级滑套存在的后续储层改造困难的难题,研制了一种新型分段压裂工具——可开关压裂滑套。相比常规压裂滑套,可开关压裂滑套可在井下进行多次开关。在压裂后期,根据储层改造需要,下入开关工具并对可开关压裂滑套进行开关作业,满足后期储层二次改造作业需求。研制了用于水平井裸眼分段压裂作业的可开关压裂滑套及配套开关工具。开展了工具耐冲蚀技术、反复过孔高压密封技术、滑套锁紧限位技术、开关工具定压节流启动技术、开关显示技术等关键技术研究。通过模拟试验,证明可开关压裂滑套的性能达到设计要求。现场应用20多井次,取得了良好的效果。     

新型压裂滑套水力喷射器的研制及应用

压裂滑套水力喷射器是实现不动管柱水力喷射分段压裂的关键工具。为解决油气田现场使用的压裂滑套水力喷射器存在滑套开启压力不稳定、显示不明显、无锁紧机构及喷嘴不能反洗等难题,研制了新型压裂滑套水力喷射器。该压裂滑套水力喷射器具有以下结构特点:①采用剪钉内置的方式,剪切压力稳定,滑套开启压力显示明显; ②采用开口环式锁紧结构,可实现滑套打开后逆向锁紧; ③喷嘴组件采用分体式焊接结构,解决了压裂反洗时喷嘴脱落问题。现场应用结果表明,该滑套水力喷射器结构合理,操作简单,可满足多段压裂施工的要求。     

多功能KSL—100滑套式井下水力开关

油田常用的井下开关控制工具只有开启或关闭一种功能 ,若要实现关闭 -开启 -关闭过程 ,必须重新起下管柱 ,因此施工时作业时间长 ,效率低。鉴于此 ,吐哈石油勘探开发指挥部钻采工艺研究院研制出多功能KSL— 10 0滑套式井下水力开关 ,采取液压控制 ,通过连接部分、控制部分和滑套关闭总成三者的有机结合 ,在井下一趟管柱即能成功实现关闭 -开启 -关闭过程。应用工艺和现场应用情况表明 ,KSL— 10 0滑套式水力开关适用于机械卡封、找堵水一趟管柱和选层酸化等多种作业 ,能简化管柱结构 ,降低作业难度和作业成本 ,提高作业效率。已在现场近5种工艺措施中成功应用 30余井次     

准噶尔盆地火成岩钻井提速难点与技术对策

针对准噶尔盆地火成岩地层钻井现状、地层特点以及钻井技术难点,开展了气体钻井、欠平衡/控压钻井、复合钻井、自动垂直钻井、井下减振增压破岩工具以及随钻封堵钻井液等多项提速技术适应性分析。分析结果表明,欠平衡/控压钻井技术通过精确控制井眼环空的钻井液柱压力剖面,能减少钻进过程中的岩屑压持效应以及起下钻期间环空循环压耗消失的影响,有利于火成岩地层的井壁稳定并提高机械钻速;气体钻井是解决火成岩地层机械钻速慢、井漏情况复杂的首选技术。建议针对不同火成岩区块开展井壁失稳机理研究,并尝试高效钻头配合井下减振增压破岩工具以提高火成岩地层机械钻速,进一步探索有效解决火成岩地层钻井提速难点的技术手段。     

压裂滑套不限级设计方式研究现状与展望

通过对国内外压裂滑套不限级设计方式的调查研究,重点论述了依靠井下开关工具组合、机械结构限位计数以及智能电控系统触发3种方式实现压裂滑套不限级设计的基本原理与研究进展。从利用齿槽结构、键槽结构等特征结构在压裂滑套轴向或周向上的尺寸变化、数量变化以及尺寸和数量组合编码3个方面对压裂滑套的不限级设计方式进行了展望。