摘" 要：作為油田開發(fā)、油氣儲層改造的重要技術(shù)，連續(xù)管測井、射孔和壓裂酸化等工藝作業(yè)需求激增，且必須通過井下數(shù)據(jù)采集傳輸及控制信號完成井下測試及控制作業(yè)，但目前國內(nèi)外主要采用的特制電纜連續(xù)管滾筒裝置及測井滾筒作業(yè)機，存在功能單一、成本高且結(jié)構(gòu)復雜和通用差等問題。因此，基于常規(guī)連續(xù)管作業(yè)機結(jié)構(gòu)特點、通過對現(xiàn)有連續(xù)管測試及控制數(shù)據(jù)信號傳輸系統(tǒng)分析，完成多適應性連續(xù)管測控系統(tǒng)配套信號傳輸裝置研究設計，研究并設計一類通用性強且傳輸高效的多適應性連續(xù)管信號測試、采集傳輸及反饋控制系統(tǒng)配套信號傳輸裝置，省去傳統(tǒng)設備定制化加工制造及作業(yè)工藝適應性單一導致的高成本、繁雜結(jié)構(gòu)導致的作業(yè)及檢修操作的高勞動強度，對于實現(xiàn)連續(xù)管作業(yè)機智能測控一體化多功能轉(zhuǎn)型升級意義重大，同時對于未來油田開發(fā)的數(shù)字化網(wǎng)絡實時監(jiān)測系統(tǒng)創(chuàng)新極為重要。

關(guān)鍵詞：連續(xù)管；信號傳輸；測控系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集；裝置

中圖分類號：TE938" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）14-0022-04

Abstract： As an important technology for oilfield development and oil and gas reservoir transformation， the demand for coiled tubing logging， perforation and fracturing acidizing increases sharply， and downhole testing and control operations must be completed through downhole data acquisition， transmission and control signals. At present， however， the special cable coiled tubing drum device and logging drum machine used mainly at home and abroad have some problems， such as single function， high cost， complex structure， poor general purpose and so on. Therefore， based on the structural characteristics of conventional coiled tubing operation machine， through the analysis of existing coiled tubing testing and control data signal transmission system， the research and design of signal transmission device for multi-adaptive coiled tubing measurement and control system is completed. A kind of signal transmission device for multi-adaptive coiled tubing signal testing， acquisition and transmission and feedback control system with strong versatility and high transmission efficiency is studied and designed， which saves the high cost caused by the customized manufacturing of traditional equipment and the high labor intensity of operation and maintenance operation caused by complicated structure. It is of great significance for realizing the transformation and upgrading of the multi-function of intelligent measurement and control integration of coiled tubing machine， and is extremely important for the innovation of the digital network real-time monitoring system for future oilfield development.

Keywords： coiled tubing; signal transmission; measurement and control system; data acquisition; device

近年來，連續(xù)管關(guān)鍵裝備技術(shù)已廣泛應用于國內(nèi)各大油氣田開發(fā)，年作業(yè)量已達5 000井次以上[1-2]。其中，連續(xù)管測井、射孔、打撈和壓裂酸化等工藝作為油氣田開發(fā)的重要環(huán)節(jié)占比尤為突出，需要配合井下數(shù)據(jù)采集與傳輸、地面控制信號發(fā)送與執(zhí)行完成井下測試與配套工具控制。而作為井下數(shù)據(jù)測試傳輸與配套工具反饋控制的信號中樞，連續(xù)管配套信號傳輸裝置起到了保證連續(xù)管正常起下過程中數(shù)據(jù)信號有效傳輸?shù)闹匾饔?，已成為保障連續(xù)管測試及控制信號高效傳輸采集、油田開發(fā)數(shù)字化升級過程中的關(guān)鍵技術(shù)。

然而，目前國內(nèi)外利用連續(xù)管進行井下測試、配套工具控制及信號反饋作業(yè)，主要采用特制帶電纜的連續(xù)管滾筒裝置或定制特殊連續(xù)管測井滾筒作業(yè)機2種方式，存在作業(yè)功能單一、加工制造成本高且結(jié)構(gòu)復雜、與其他常規(guī)連續(xù)管作業(yè)機無法通用、施工工藝適應性不足和滾筒整體尺寸較大影響道路運輸?shù)葐栴}[3-5]。因此，本文面對未來油田開發(fā)向高效智能化轉(zhuǎn)型的發(fā)展需求，研究并設計了一類通用性強且傳輸高效的多適應性連續(xù)管信號測試、采集傳輸及反饋控制系統(tǒng)配套信號傳輸裝置，省去了傳統(tǒng)設備定制化加工制造及作業(yè)工藝適應性單一導致的高成本、繁雜結(jié)構(gòu)導致的作業(yè)及檢修操作的高勞動強度，實現(xiàn)了連續(xù)管裝備配套作業(yè)降本增效，對于保障連續(xù)管測試及控制信號高效傳輸采集、油田開發(fā)數(shù)字化升級意義重大。對于實現(xiàn)連續(xù)管作業(yè)機智能測控一體化多功能轉(zhuǎn)型升級意義重大，同時對于未來油田開發(fā)的數(shù)字化網(wǎng)絡實時監(jiān)測系統(tǒng)創(chuàng)新極為重要。

1" 連續(xù)管測控技術(shù)

連續(xù)管測控技術(shù)最早始于20世紀60年代，是將測試、控制電纜置于連續(xù)管內(nèi)并且利用連續(xù)管配合各類工具接頭，從而將用于測試、作業(yè)的電纜及作業(yè)工具輸送至井下，完成多種井下測量、數(shù)據(jù)采集及其他開發(fā)作業(yè)[6-8]。但當時受限于連續(xù)管自身加工性能、管材缺陷及工作環(huán)境對配套工具測試電纜要求較高等方面原因此項技術(shù)應用發(fā)展緩慢，直至近30年來隨著連續(xù)管自身管材加工質(zhì)量、配套裝備、工具及測控電纜性能的顯著提升，連續(xù)管測控技術(shù)才逐步重新被業(yè)內(nèi)重視，并在近年來得到快速發(fā)展、全面應用。

連續(xù)管測控技術(shù)作業(yè)工藝與關(guān)鍵裝備主要需結(jié)合連續(xù)管作業(yè)技術(shù)，將連續(xù)管作業(yè)機關(guān)鍵裝備及配套工具應用于油田井下參數(shù)測試、作業(yè)控制領(lǐng)域，其工作原理主要是在地面將井下測試電纜預先穿入連續(xù)管內(nèi)，并利用配套作業(yè)工具對應連接接頭，在連續(xù)管末端進行井下作業(yè)及測試儀器工具串的連接。通過利用連續(xù)管測控配套地面裝備系統(tǒng)，依靠連續(xù)管自身優(yōu)越的韌性與剛度可實現(xiàn)帶壓作業(yè)、無需接單根連續(xù)起下和水平段延伸距離長等優(yōu)勢，能夠帶著測控電纜、儀器工具串高效送入各類直井、水平井、大斜度井的目的層位完成井下數(shù)據(jù)測試及其他作業(yè)。作為油田開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，連續(xù)管測井、射孔、打撈和壓裂酸化等工藝均需要配合井下數(shù)據(jù)采集與傳輸、地面控制信號發(fā)送與執(zhí)行完成井下測試與配套工具控制。

根據(jù)連續(xù)管測試及控制領(lǐng)域作業(yè)工藝類型不同，主要現(xiàn)場應用可分為以下幾大類。①生產(chǎn)井測試：當油氣井下入套管后開發(fā)期間進行的井下地層參數(shù)測試及監(jiān)測作業(yè)，用于評估井下油氣儲量等，目前多用于大斜度井或水平井；②裸眼井測試：當油氣井鉆至設計層位井深后對地層井筒參數(shù)進行的測試作業(yè)，用于評價地層構(gòu)造及組分從而探明油氣儲量，當前主要用于直井作業(yè)；③地質(zhì)參數(shù)測試：應用于井下地震測試技術(shù)，主要用于井下震源測定、地震波頻率掃描等。連續(xù)管測控技術(shù)作業(yè)應用范圍廣泛、具有許多潛在功能有待進一步開發(fā)。

2" 連續(xù)管測控作業(yè)工藝

連續(xù)管測控全流程作業(yè)系統(tǒng)主要由井下工具測試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)信號傳輸系統(tǒng)和地面數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)3部分組成[9-12]。其中，井下工具測試系統(tǒng)包含配置有各類井下參數(shù)測試儀器、針對各種巖層信息敏感的測量儀器，當該系統(tǒng)進行井下測試作業(yè)時，首先通過測試線纜將各類儀器送入被測井指定井深層位處，然后通過不斷調(diào)節(jié)其深度、方位探測不同井下層位的地質(zhì)信息及井筒參數(shù)。在地面數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的集中監(jiān)測及操控下，井下工具測試系統(tǒng)會根據(jù)地面數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)提供的不同指令，將探測到的地層井筒參數(shù)實時反饋給測試數(shù)據(jù)信號傳輸系統(tǒng)，然后測試數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)會對接收到的數(shù)據(jù)信號進行調(diào)制解調(diào)譯碼處理，之后傳輸至地面數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，同時測試數(shù)據(jù)處理模塊也將各類控制指令通過數(shù)據(jù)信號傳輸系統(tǒng)發(fā)送至井下工具測試系統(tǒng)。最終，地面數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)會將反饋收集到的數(shù)據(jù)信號進行分析整理并繪制轉(zhuǎn)換為井下測試參數(shù)信息圖表，同時將采集的井下測試數(shù)據(jù)分類記錄存儲，最后整理完成后交由井下數(shù)據(jù)分析中心對測試參數(shù)完成數(shù)據(jù)分析并得到相應的井下地層解釋。連續(xù)管測控作業(yè)系統(tǒng)中，作為井下數(shù)據(jù)測試傳輸與配套工具反饋控制的信號中樞，數(shù)據(jù)信號傳輸系統(tǒng)起到了保證連續(xù)管正常起下過程中井下測試數(shù)據(jù)信號與地面控制信號有效傳輸?shù)闹匾饔?，是全流程作業(yè)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

油田現(xiàn)場進行連續(xù)管測控工藝作業(yè)流程主要分以下步驟。

1）完成連續(xù)管測控作業(yè)配套裝備、工具串和入井介質(zhì)等工藝匹配現(xiàn)場準備工作，將連續(xù)管作業(yè)設備對正作業(yè)井口、完成連續(xù)管與地面信號采集等設備安裝，如圖1所示。

2）連續(xù)管測試工具串入井前，下入常規(guī)光連續(xù)管進行井筒通井測試，評估測試井的下深，確保井筒通暢，完成井筒準備工作。

3）安裝測試井井口防噴裝置，然后下放帶有測試線纜的連續(xù)管，并且下入過程中通過連續(xù)泵入金屬減阻劑、滑溜水等試劑力求在連續(xù)管下入過程中增加其最大下深。

4）當帶有測試工具串、信號傳輸線纜的連續(xù)管下至作業(yè)設計深度或確認無法繼續(xù)下放深度之后，即可開始進行連續(xù)管測試作業(yè)；同時，地面數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)可根據(jù)測試效果實時發(fā)送指令調(diào)整井下測試儀器方位及角度，并且還可以通過在連續(xù)管內(nèi)泵入清水控制工具鉆進、射孔等常規(guī)輔助作業(yè)。

5）在連續(xù)管測控系統(tǒng)完成各地層井下參數(shù)測試及其他作業(yè)計劃后，將連續(xù)管上提至井口，途中還可進行實時點測，當連續(xù)管上提至井口后即可拆卸地面設備，檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量。

3" 連續(xù)管測控配套信號傳輸裝置

目前，連續(xù)管測控全流程作業(yè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信號傳輸系統(tǒng)作為井下測試信號及工具控制指令傳輸?shù)男盘栂到y(tǒng)中樞，起到了保障連續(xù)管起下過程中井下測試數(shù)據(jù)參數(shù)與地面控制信號正確高效傳輸?shù)闹匾饔?，是全流程作業(yè)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，因此保證其信號高效傳輸?shù)目煽啃?、?jīng)濟性和通用性對于油田開發(fā)作業(yè)極其重要。

然而，傳統(tǒng)利用連續(xù)管進行井下測試、配套工具控制以及信號反饋作業(yè)主要采用特制帶電纜的連續(xù)管滾筒裝置與定制特殊連續(xù)管測井滾筒作業(yè)機2種方式[13-15]。其中，采用特制帶電纜的連續(xù)管滾筒的方式，需要在滾筒內(nèi)部支撐架固定連接管道一端與內(nèi)部注入有電纜的連續(xù)管連接、另一端與旋轉(zhuǎn)密封裝置連接，使電纜在管道內(nèi)連通并通過旋轉(zhuǎn)密封裝置引出。該方式必須采用特制帶電纜的專用連續(xù)管滾筒設備，其作業(yè)功能單一只能用于傳輸電纜信號、作業(yè)工藝適應性較差、整體尺寸較大且結(jié)構(gòu)復雜加工制造成本高、配套連接裝置繁雜、施工操作及檢修作業(yè)繁瑣。另一種采用定制特殊連續(xù)管測井滾筒作業(yè)機的方式，其測井滾筒采用馬達、減速器帶動滾筒軸端鏈輪的驅(qū)力形式，滾筒軸一端支撐旋轉(zhuǎn)接頭并通過內(nèi)部管匯、電纜密封頭連接內(nèi)部注入有電纜的連續(xù)管，滾筒軸另一端支撐軸承及電纜滑環(huán)，使電纜在滾筒體支撐架內(nèi)分別連通電纜密封頭與電纜滑環(huán)并通過滑環(huán)引出電纜。該方式則必須利用特殊連續(xù)管測井滾筒作業(yè)機，其作業(yè)功能單一只能用于傳輸電纜信號、整體尺寸較大且結(jié)構(gòu)及配套設備復雜、與其他常規(guī)連續(xù)管作業(yè)機無法通用、加工制造及作業(yè)成本高。因此，以上現(xiàn)存技術(shù)不足導致相關(guān)作業(yè)施工工序繁雜、配套設備結(jié)構(gòu)復雜且成本高昂，嚴重制約了連續(xù)管裝備作業(yè)效率及工藝適應性。

現(xiàn)有常規(guī)連續(xù)管滾筒裝備的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，針對現(xiàn)有連續(xù)管測控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信號傳輸系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀及現(xiàn)存不足，通過多年來對于連續(xù)管關(guān)鍵裝備技術(shù)的研究設計與應用實踐，充分結(jié)合油田現(xiàn)場作業(yè)需求與行業(yè)發(fā)展趨勢，對現(xiàn)有連續(xù)管測試及控制數(shù)據(jù)信號傳輸系統(tǒng)進行分析，創(chuàng)新性研究設計了一種多適應性連續(xù)管測控系統(tǒng)配套信號傳輸裝置，其結(jié)構(gòu)安裝示意圖如圖3所示，實現(xiàn)了與連續(xù)管滾筒、旋轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)的通用化適應，可在現(xiàn)有常規(guī)連續(xù)管滾筒上直接配套安裝、拆裝簡單方便，既能保證連續(xù)管內(nèi)循環(huán)流體常規(guī)作業(yè)，又能實現(xiàn)連續(xù)管井下測試儀器、配套工具信號數(shù)據(jù)傳輸，還可通過外接光電信號轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)光、電信號傳輸與轉(zhuǎn)換。完全解決了傳統(tǒng)連續(xù)管信號傳輸依靠特制帶電纜的連續(xù)管滾筒裝置或定制特殊連續(xù)管測井滾筒作業(yè)機方式存在的作業(yè)功能單一、施工工藝適應性不足、與其他常規(guī)連續(xù)管作業(yè)機無法通用和滾筒整體尺寸較大影響道路運輸?shù)葐栴}，省去了傳統(tǒng)設備定制化加工制造及作業(yè)工藝適應性單一導致的高成本、繁雜結(jié)構(gòu)導致的作業(yè)及檢修操作的高勞動強度，實現(xiàn)了連續(xù)管裝備配套作業(yè)降本增效。通過發(fā)明多適應性連續(xù)管測控系統(tǒng)配套信號傳輸裝置拓展了連續(xù)管技術(shù)應用范圍和領(lǐng)域，為連續(xù)管井下測試儀器、配套工具數(shù)據(jù)信號傳輸采集系統(tǒng)提供一種經(jīng)濟高效的關(guān)鍵裝備。

4" 結(jié)束語

研究并設計的這類通用性強且傳輸高效的多適應性連續(xù)管信號測試、采集傳輸及反饋控制系統(tǒng)配套信號傳輸裝置，省去了傳統(tǒng)設備定制化加工制造及作業(yè)工藝適應性單一導致的高成本、繁雜結(jié)構(gòu)導致的作業(yè)及檢修操作的高勞動強度，實現(xiàn)了連續(xù)管裝備配套作業(yè)降本增效，對于保障連續(xù)管測試及控制信號高效傳輸采集、油田開發(fā)數(shù)字化升級與實現(xiàn)連續(xù)管作業(yè)機智能測控一體化多功能轉(zhuǎn)型升級意義重大，同時對于未來油田開發(fā)的數(shù)字化網(wǎng)絡實時監(jiān)測系統(tǒng)創(chuàng)新極為重要。

應用多適應性連續(xù)管測控系統(tǒng)配套信號傳輸裝置，與現(xiàn)有連續(xù)管滾筒、旋轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)適應性好，可在現(xiàn)有常規(guī)連續(xù)管滾筒上直接配套安裝，拆裝簡單方便；使用過程中既能保證連續(xù)管內(nèi)循環(huán)流體常規(guī)作業(yè)，又能實現(xiàn)連續(xù)管井下測試儀器、配套工具信號數(shù)據(jù)傳輸；可完全適應連續(xù)管井下測試信號、配套工具控制及動力信號高效傳輸，并且可通過外接光電信號轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)光、電信號傳輸與轉(zhuǎn)換；運行過程可實現(xiàn)多通道信號間信號屏蔽、阻抗匹配及外界噪聲、電磁干擾屏蔽；與滾筒旋轉(zhuǎn)軸對中性好，運行過程平穩(wěn)并且可實現(xiàn)戶外防水、防腐蝕作業(yè)。與國內(nèi)外同類型傳統(tǒng)技術(shù)對比，利用多適應性連續(xù)管測控系統(tǒng)配套信號傳輸裝置，省去了繁雜的作業(yè)施工工序及高成本的配套設備，極大拓展了現(xiàn)有常規(guī)連續(xù)管作業(yè)機功能適應性及作業(yè)工藝匹配性，將加速推動連續(xù)管裝備在井下測試、配套工具控制及信號采集反饋等油田開發(fā)通信領(lǐng)域的自動化升級，對于實現(xiàn)連續(xù)管作業(yè)機智能測控一體化多功能轉(zhuǎn)型升級意義重大，同時對于未來油田開發(fā)的數(shù)字化網(wǎng)絡實時監(jiān)測系統(tǒng)創(chuàng)新極為重要。

參考文獻：

[1] 殷卓成，馬青，段文益，等.連續(xù)管倒管器優(yōu)化設計[J].石油礦場機械，2021，50（2）：69-73.

[2] 周志宏，殷卓成.垂直井中連續(xù)管的縱向振動分析[J].石油機械，2019，47（3）：124-128.

[3] 殷卓成.連續(xù)管速度管柱滾筒控制系統(tǒng)研究[J].科學技術(shù)創(chuàng)新，2018（34）：62-63.

[4] 賀會群.連續(xù)管鉆井技術(shù)與裝備[J].石油機械，2009，37（7）：1-6，94.

[5] 殷卓成.滾筒與注入頭間連續(xù)油管張力的動態(tài)分析[D].荊州：長江大學，2019.

[6] 周志宏，呂漲，殷卓成，等.水平管中殘余變形管柱的摩擦力實驗[J].力學與實踐，2018，40（3）：289-293.

[7] 彭雄文，鄭廣，余禮，等.一種下連續(xù)油管速度管柱滾筒的設計[J].內(nèi)江科技，2018，39（4）：45-46，57.

[8] 柳慶仁，于東兵，楊高，等.新型一體化連續(xù)管作業(yè)機輔車研制及應用[J].石油礦場機械，2022，51（2）：72-76.

[9] 胡強法，朱峰，呂維平，等.中國石油連續(xù)管作業(yè)技術(shù)進展及發(fā)展建議[J].石油科技論壇，2022，41（3）：77-85.

[10] 徐連會.淺談新型連續(xù)管作業(yè)車的研制[J].中國設備工程，2021（21）：145-146.

[11] 馬青，段文益，曹泉，等.LG360/60T連續(xù)管作業(yè)機測井改造及應用[J].機械工程師，2018（10）：127-129.

[12] 段文益，馬青，孟繁強，等.連續(xù)管作業(yè)機自動控制系統(tǒng)研究[J].石油機械，2017，45（9）：42-47.

[13] 吳大飛，王姝彧，全奎林，等.一體化連續(xù)管作業(yè)機在薩北油田的應用[J].機械工程師，2017（4）：152-153.

[14] 楊志敏，劉鑫，潘年明，等.LG450/50-6500車載式連續(xù)管作業(yè)機[J].石油機械，2016，44（9）：87-89，93.

[15] 張富強，劉菲，楊志敏，等.車裝式大容量連續(xù)管作業(yè)機的研制[J].石油機械，2015，43（9）：98-101.