RFID智能可控开关工具在试油分层测试中的应用

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(1.北京精密机电控制设备研究所 北京 100076；2.中国石油集团西部钻探工程有限公司试油公司 新疆 克拉玛依 834000)

RFID智能可控开关工具在试油分层测试中的应用

王恒1，白玉新1，黄建平2，宋志同2，韩志富1，贾武强2

(1.北京精密机电控制设备研究所 北京 100076；2.中国石油集团西部钻探工程有限公司试油公司 新疆 克拉玛依 834000)

针对传统试油测试工艺在低孔低渗储层开发测试中存在污染地层和不能准确评价油层的缺点，研制了RFID智能井下可控开关工具，采用RFID射频通信技术控制井下开关工具的方法、以电动液压作为动力来源的新型直通式井下可控开关工具。该工具实现了一趟管柱进行分层测试，减少了提下油管次数，避免了压井及提下管柱对地层造成二次污染，缩短了试油周期；同时实现分层测试，准确的评价每层产能及压裂改造效果。

RFID通信；智能井下可控；开关工具；分层测试

0 引 言

随着石油勘探开发技术的不断提高，各油田勘探开发对象主要为低孔低渗储层，试油工艺主要采用大规模、分段压裂改造、排液结束后下入测试仪器获取储层参数。在压井及提下管柱过程中易对地层造成二次污染，且因为是多层合测，资料反映的是多层段综合效应[1]，不能准确评价每段产能与压裂改造效果，同时存在投入成本高、施工测试有风险等问题，此种试油工艺逐渐不能满足开发需求，而准确确定每层地层的动态参数对油藏精细分析非常重要[2-4]。目前，国内各油田结合自身储层特点，采用了射孔-压裂-排液多联作技术，但还没有一种直通式可控开关工具能满足压裂后多地层分层测试需求。

针对上述问题，研制了一种采用RFID射频通信技术控制井下开关工具的方法、以电动液压作为动力来源的新型井下可控开工工具。研制的可控开关工具在井下开关多次可控，具有全通径、同时不受层数限制的特点，配套Y441、MCHR等液压封隔器，可实现一趟管柱分层测试，减少提下管柱次数，避免了在压井及提下管柱过程中对地层造成的二次污染，实现对每个试油层段产能和压裂改造效果的准确评价，同时缩短了试油周期，提高了试油时效。

1 RFID智能井下可控开关工具简介

RFID智能井下可控开关工具采用RFID射频通信技术控制井下开关工具的方法、以电动液压作为动力来源，工具入井后，在井口投下开关对应地层工具的标签，当标签通过RFID智能可控开关工具的天线段时，工具获取标签指令信息，控制系统根据标签指令信息驱动电机泵转动，带动活塞运动，实现管内外的连通与隔绝，从而实现工具的开关。

1.1 RFID技术

RFID技术即无线射频通信技术，一种利用无线射频通信方式将读卡器与射频标签之间进行非接触双向数据传输，达到目标识别和数据交换的目的[5]。 该技术起源于二战时期，主要用于飞机舰船的识别，但由于成本较高，一致未用于民用领域。20世纪八、九十年代，随着电子技术的发展，欧洲率先将RFID 技术应用到公路收费等民用领域[6]。近年来，随着电子信息技术的迅猛发展，RFID技术在各个领域得到了广泛应用，如门禁系统、护照以及动物标签等，目前国内外公司也开始尝试将该技术应用在井下工具上，在井下工具上装有RFID读卡器和天线，当标签通过工具的天线区域时实现数据的读取[7]，如图1所示。

图1 RFID技术在井下工具中应用示意图

目前RFID技术在井下工具上应用存在如下难点：

1)高温读卡器电路设计；

2)井下复杂环境对RFID通信影响；

3)RFID信号的快速识别。

RFID技术应用到井下工具上的好处：

1)实现地面指令无线下传；

2)智能控制；

3)信息自动化采集管理；

4)提供工作效率；

5)简化施工步骤和操作流程；

6)节约人力、物力和财力，达到将本增效的目的。

1.2 工具组成

RFID智能井下可控开关工具由天线短节、液压控制短节和油缸短节组成，同时配备地面测控箱和标签，如图2所示。地面测控箱用于测试开关工具、参数烧写、标签信息读写等；标签作为指令信息的载体，用于投入井下实现指令信息下传。

图2 RFID智能井下开关工具组成

天线短节为井下工具的天线段，用于工具上读卡器与标签间的射频通信，实现标签数据的读取和识别；液压控制短节用于工具开关控制，控制驱动系统根据标签的指令信息控制驱动电机泵转动，从而带动活塞运动，实现工具开启和关闭，即管内外连通和隔绝；油缸短节作为工具开关的执行机构，由油缸壳体和活塞两部分组成，活塞与油缸相对运动，实现活塞上喷射孔与油缸壳体上喷射孔的连通或隔绝，从而实现工具开关。

2 工作原理及技术参数

RFID智能井下可控开关工具在井下工作时，工具自带高温电池为液压控制系统提供电源，当井口投下对应编号工具的标签通过工具天线区域时，工具中读卡器将读取得到标签携带的指令信息，控制驱动系统根据读卡器读取得到的标签指令信息控制电机泵转动，电机泵泵出高压液压油驱动活塞的运动，从而实现工具的开启或关闭。

主要技术参数：

1)工具内径：40 mm；外径：110 mm；

2)环境温度：不大于150℃；

3)压裂介质最大压力(环境压力)：70 MPa；

4)下井前待机时间：5 a；

5)下井后动作次数：不小于50次(开-关-开)；

6)压裂介质正常工作流量：2～4 m3/min;

7)投标时压裂介质流量：不大于2 m3/min；

9)下井后天线待机时间：100 d。

技术特点：

1)全通径设计；

2)具有定时唤醒、压力波唤醒、标签开关等功能；

3)具备井下管内外压力、温度采集存储功能；

4)在井下可实现无限次开启和关闭(在电池电量允许范围内)；

5)不受层数限制，一趟管柱对多地层的分层测试；

6)结构布局紧凑，各功能单元采用模块化设计，便于组装测试和维修；

7)具有开关到位检测功能；

8)具备开度大小控制功能；

9)工具开关到位后具备位置自锁功能；

10)设置三个喷砂孔，喷射孔进行渗氮和碳化钨耐冲蚀处理，增加硬度和耐磨性。

3 现场应用

RFID智能井下可控开关工具实现井下开关多次可控，内通径40 mm，设置三个喷砂孔，对喷射孔进行了耐冲蚀处理，满足分层测试需求；以与Y441封隔器组合为例，对于已进行压裂井主要试油分层测试程序为：下入分层测试管柱结构；经校深配调整短节，投标签关闭所有可控开关阀后，泵车油管内打压，当压力达到10、15、20、25、30 MPa时，分别稳压3 min，坐封封隔器。通过投标签或入井前的程序设定选择性开关各个井下可控开关工具，实行退液求产或分段测试。以获取各层段的产能、地层参数、管外窜通情况及对各层段的压裂改造效果进行评价。

以新疆克拉玛依油田XXX井为例，该井共射开两段(2 598.0～2 602.0 m和2 654.0～2 658.0 m)，进行分层压裂改造后自喷+油管抽汲排采，下入RFID智能井下可控开关工具进行分层测试，验证两层层之间的连通性情况和各层段的供液能力。管柱结构自下而上为盲堵+油管1根+RFID智能可控开关工具(2号)+调整短节+2号Y441封隔器+调整短节+ RFID智能可控开关工具(1号)+调整短节+1号Y441封隔器(顶封)+调整短节+较深短节+油管挂。现场测试应用及测试管柱结构简易图如图3 所示。

图3 分层测试现场应用及管柱结构图

2016年11月17号14:30管柱入井，其中1开关工具入井前处于关闭状态，2号开关工具入井前处于打开状态,后继作业顺序如下并见表1。

1)11月17日23:00投标签打开1号开关工具；

2)11月18号12:00管柱下至到位，进行校深作业，确定1号开关工具位于井下第一层位2 589 m处，2号开关工具位于井下第二层位2 606 m；

3)11月18号16:20投标签关闭1号、2号开关工具；

4)11月18号17:20进行井口加压以及正打压座封封隔器1和封隔器2；

5)关井至11月21号；

6)11月21号17:40井口投入打开2号开关工具标签；

7)11月22、23号进行第二层位抽汲作业，抽深1 250 m，抽出4.93 m3；

8)11月23号16:50分井口投入关闭2号开关工具标签，17:50投下打开1号工具标签；

9)11月24、25号进行第一层位抽汲作业，抽深1 420 m，抽出2.82 m3，喷出大量天然气；

表1 地面投标签时间

10)11月25号16:55分井口投入关闭1号开关工具标签；

11)11月28号8:00井口投入打开1号、2号开关工具标签；

12)11月29号12:10开始进行封隔器解封上提管柱作业。

其中在井口投标签开关1号、2号工具时间见表1。

2016年12月1号工具提至地面，经测试两套智能可控开关工具功能正常，性能完好，读取工具存储数据进一步分析。

1号、2号RFID智能井下可控开关工具在井下开关时序如图4所示，其中红色实线表示2号智能开关工具在井下开关时序；黑色实线表示1号智能开关工具在井下开关时序。

图4 2套智能开关工具在井下开关时序

两套RFID智能井下可控开关工具记录井下对应地层压力以及温度如图5、6所示。

应用结果分析：

根据智能开关工具记录压力温度数据、抽汲、取样分析可知：

该井第一层位抽深1 420 m，抽出2.82 m3，喷出大量天然气；第二层位抽汲作业，抽深1 250 m，抽出4.93m3；

油样全分析：密度0.807 6 g/cm3，含蜡8.28%，凝固点12℃，50℃粘度2.63 mPa·s；

根据所取试油资料综合分析，本层定名为“含油水层”；

同时根据图7中1号、2号工具对应地层压力曲线可知，在2016年11月21号18:45 2号开关工具打开时，1号、2号工具处对应环空压力均有开井反应；11月22号对2号开关工具所处层位进行抽汲，1号开关工具层位有反应；11月24对1号开关工具所处层位进行抽汲，2号开关工具层位有反应，上述现象说明该井两个层位存在连通的现象。

图7 1号、2号智能开关工具对应地层井下压力曲线

4 结束语

RFID智能井下可控开关工具在试油分层测试中的应用，实现了一趟管柱进行多地层的分层测试，减少了提下油管次数，避免了压井及提下管柱对地层造成二次污染，缩短了试油周期；同时通过直通型可控开关工具的多次开关，实现分段测试，使测试资料能够准确的评价每段产能及压裂改造效果，是对试油测试工艺的挑战，具有良好的应用前景和巨大的社会经济效益。

[1] 付亚荣. 分层采油多级封隔器坐封模型[J]. 石油机械，2016， 44(10)： 90-92.

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[5] 光新军，王敏生，叶海超，等. RFID 在井下工具中的应用[J]. 石油机械，2013，41(5)：25-28.

[6] 周晓光，王晓华.射频识别( RFID) 技术原理与应用实例[M]. 北京:人民邮电出版社，2006.

[7] IAIN A, WEATHERFORD. Radio Frequency Identification (RFID) Leads the Way in the Quest for Intervention Free Upper Completion Installation[J]. SPE 166182. Society of Petroleum Engineers, 2013:1-9.

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年毕业于北京航空航天大学仪器与科学专业，硕士研究生，现在从事井下石油仪器研发。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编辑韩德林)