趙昕迪,任國輝,聶靖雯

(中國石油集團測井有限公司西南分公司,重慶401120)

0 引 言

水平井水力泵送射孔技術(shù)一直是非常規(guī)油氣資源開發(fā)的主要技術(shù)手段[1]。以往的水平井水力泵送射孔過程中存在井下狀態(tài)不明確、操作人員信息交流效率低、基地與作業(yè)現(xiàn)場信息交流不暢等問題。本文介紹的基于.Net技術(shù)的水平井泵送數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng),能使水平井水力泵送射孔在直觀的參考數(shù)據(jù)下施工[2]。該系統(tǒng)將施工過程中反映在地面儀器和電腦中的數(shù)據(jù)以圖形化的方式展現(xiàn),有效提升了施工效率與安全性,形成以作業(yè)小隊、數(shù)據(jù)共享服務(wù)器為核心的水平井?dāng)?shù)據(jù)可視化網(wǎng)絡(luò),使水平井水力泵送射孔施工作業(yè)更加安全、可靠、高效[3]。

1 系統(tǒng)概述

水平井泵送數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)由部署在測井絞車上的泵送輔助軟件、車載4G VPN網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、客戶端組成。泵送輔助軟件能夠?qū)⑸淇讓游?、槍型、彈型、零長、跟蹤距、井斜、狗腿度、張力、絞車速度、槍串速度等射孔作業(yè)數(shù)據(jù),在施工過程中通過4G網(wǎng)絡(luò)連接中石油VPN并實時回傳至數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心將得到的射孔作業(yè)數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗和篩選,分別發(fā)送至數(shù)據(jù)庫和在線用戶。發(fā)送至數(shù)據(jù)庫的射孔作業(yè)數(shù)據(jù)將會被分類、分時存儲,為分析現(xiàn)場作業(yè)情況提供數(shù)據(jù)源。跨平臺數(shù)據(jù)共享通過互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)(Internet Information Services,IIS)對所有在線用戶進行數(shù)據(jù)推送[4],最終達到作業(yè)現(xiàn)場—基地—遠程用戶數(shù)據(jù)延遲小于200 ms的實時數(shù)據(jù)共享。

1.1 泵送輔助軟件

泵送輔助軟件主要用于水平井水力泵送射孔施工期間的數(shù)據(jù)可視化。通過自動定位射孔層位、自動跟蹤射孔槍串、實時模擬壓裂車泵注排量、關(guān)鍵節(jié)點語音提示、數(shù)字儀表顯示射孔槍串運動狀態(tài)實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場的數(shù)字化無障礙溝通。施工人員可通過平衡電纜下放速度與射孔槍串運動速度控制單根套管接箍伸長量和電纜總余量,以確保泵送過程中的射孔槍串安全性(見圖1)。

圖1 泵送輔助軟件界面

1.2 數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心是一個服務(wù)集群,包含數(shù)據(jù)處理服務(wù)、數(shù)據(jù)推送服務(wù)、FTP(File Transfer Protocol)服務(wù)、IIS、跨平臺數(shù)據(jù)推送引擎。數(shù)據(jù)中心的主要作用是處理射孔作業(yè)現(xiàn)場實時發(fā)送的施工數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù),可根據(jù)在線用戶的指令對實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進行跨平臺推送。

數(shù)據(jù)中心的承載形式為一個Asp.Net的內(nèi)網(wǎng)站點[5],網(wǎng)站提供了施工概況、施工詳情、施工進度、匯總歸檔、作業(yè)隊詳情、作業(yè)隊狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)連接、輸出設(shè)置等功能模塊。為技術(shù)人員和決策人員提供與現(xiàn)場作業(yè)毫秒級延遲的實時狀態(tài)和參數(shù)(見圖2)。

圖2 現(xiàn)場實時作業(yè)數(shù)據(jù)Web界面

在曲線對比與分析模塊中可根據(jù)需要回放某井某段某時間點的詳細施工數(shù)據(jù),即該次施工的狀態(tài)曲線、施工井段、零長、跟蹤距、電纜速度、槍串速度、電纜余量、井眼軌跡等。回放發(fā)現(xiàn)異常時,還可添加正常完成的射孔段曲線進行對比。

1.3 跨平臺數(shù)據(jù)共享

跨平臺數(shù)據(jù)共享依托中國石油VPN網(wǎng)絡(luò)完成開發(fā),用戶不受網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和地域的限制,通過SSL VPN連接訪問數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心的共享功能支持臺式計算機、筆記本計算機、平板電腦、安卓手機、蘋果手機?？缙脚_數(shù)據(jù)共享的核心為數(shù)據(jù)推送引擎和WebSocket協(xié)議。

2 功能詳解

2.1 實時作業(yè)數(shù)據(jù)顯示

實時作業(yè)數(shù)據(jù)來源于作業(yè)隊在泵送輔助軟件啟動后所收集到的水平井泵送數(shù)據(jù)。當(dāng)作業(yè)隊在客戶端上線之后,泵送輔助軟件將正在施工的射孔井段的射孔層位深度、橋塞坐封深度、槍串結(jié)構(gòu)、橋塞射孔零長、點火跟蹤距、全井筒井斜等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以JSON(JavaScript對象簡譜,一種輕量級的數(shù)據(jù)交換格式)數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送至數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心在循環(huán)檢索時,偵測到新增數(shù)據(jù)后,根據(jù)井號、段號進行存儲地址分配與數(shù)據(jù)推送準(zhǔn)備,同時開啟當(dāng)前井的數(shù)據(jù)共享請求偵測。當(dāng)檢測到用戶請求(查看當(dāng)前井的實時數(shù)據(jù))時,即向用戶推送數(shù)據(jù)。無論是否有用戶查看某井的實時數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)中心均會對數(shù)據(jù)庫推送數(shù)的據(jù)進行持久存儲,以便用戶進行施工過程回放和曲線分析。

2.2 曲線對比分析

水平井泵送可視化系統(tǒng)可通過曲線對比分析功能對當(dāng)前或歷史泵送過程進行對比評價。在曲線回放模式中(見圖3),在頁面上會顯示井眼軌跡、井深及與之對應(yīng)的電纜速度、槍串速度、電纜余量[6]。

圖3 作業(yè)曲線對比

當(dāng)用戶發(fā)現(xiàn)當(dāng)前作業(yè)過程存在異常時,可通過添加對比曲線來進行綜合評判。在添加對比井段曲線后,頁面顯示的曲線數(shù)量較多,用戶可通過頁面上隱藏曲線功能暫時對部分不需要的曲線進行隱藏以幫助用戶更專注地分析異常數(shù)據(jù)[7]。如圖3所示,W202HX-5井第5段分簇射孔作業(yè)中泵送至3 150 m時發(fā)現(xiàn)槍串速度異常降低,同時電纜余量異常升高,此時可以通過調(diào)取第4段的作業(yè)過程參數(shù)與第5段參數(shù)進行對比分析。在異常處進行槍串速度、電纜余量等單項參數(shù)對比分析可以幫助技術(shù)專家更全面地了解現(xiàn)場作業(yè)情況[8-9]。

通過單項曲線的對比能夠快速定位發(fā)生異常的井深、井斜,并確定當(dāng)時槍串的運動狀態(tài)。結(jié)合微地震、地質(zhì)及壓裂數(shù)據(jù)對施工異常進行詳細的作業(yè)情況分析,進而給出下步施工建議與措施,保障安全、高效地完成每一段分簇射孔作業(yè)。

3 現(xiàn)場應(yīng)用及效果

水平井泵送數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)已在西南油氣田、青海油田、塔里木油田、涪陵頁巖氣田等國內(nèi)非常規(guī)天然油氣藏進行大規(guī)模應(yīng)用,累計完成1 200余口井的橋射聯(lián)作施工作業(yè),解決了水平井泵送施工中數(shù)據(jù)無法傳輸、無法為基層管理者和生產(chǎn)組織者提供第一手資料的問題。水平井泵送數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)幫助水平井泵送射孔在多資料參考下進行施工,有效地提高了數(shù)據(jù)的共享性、時效性,增強了施工的安全性。

據(jù)作業(yè)現(xiàn)場統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,水平井泵送數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)現(xiàn)場推廣應(yīng)用后,軟件運行成功率達98.31%。在標(biāo)準(zhǔn)化的施工作業(yè)流程、技術(shù)專家現(xiàn)場支撐、軟件輔助等多方因素共同作用下,川南頁巖氣區(qū)塊施工復(fù)雜率下降55.6%、單井作業(yè)時效平均提高23.6%,單段施工時效提升20.8%,事故復(fù)雜率由2.33%降低至1.05%。通過全過程的數(shù)字化操作單井可減少2名作業(yè)人員,單段可節(jié)省37 min的資料編寫時間。技術(shù)專家通過使用可視化輔助軟件并結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)經(jīng)驗,在WY23-1HF井中完成了長達1 000 m的套管變形段的橋射聯(lián)作泵送施工,解決了復(fù)雜套管變形井泵送射孔槍串時運動狀態(tài)不易控制的難題。

4 結(jié)論與建議

(1)利用軟件工程技術(shù)開發(fā)了水平井泵送可視化軟件,實現(xiàn)了現(xiàn)場作業(yè)數(shù)據(jù)實時傳輸、曲線對比分析、匯總歸檔、曲線數(shù)據(jù)回放等功能,目的是將水平井泵送進行信息化、互聯(lián)化,以提升非常規(guī)油氣資源開發(fā)中射孔工程的信息化程度。

(2)該軟件可將井下射孔槍串運動速度、電纜運行速度、井眼軌跡、射孔基礎(chǔ)參數(shù)等實時數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)進行遠程可視化共享,在遭遇突發(fā)情況時,可得到專家的實時技術(shù)支持,提升現(xiàn)場施工的安全性和高效性。

(3)水平井泵送數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)已在西南油氣田、青海油田、塔里木油田、涪陵頁巖氣田等國內(nèi)非常規(guī)天然油氣藏進行應(yīng)用,在水平井泵送過程控制中,產(chǎn)生了顯著的輔助作業(yè)效果并提升了射孔作業(yè)的信息化水平,為我國勘探開發(fā)非常規(guī)油氣藏提供了可靠技術(shù)支持。