李中牵头的“海上油气井在线监控关键技术研究”近日通过验收,成果获得专家组高度肯定。1000多个日夜的鏖战终于有了阶段性成果。
(资料图片)
从无到有,李中团队系统构建海上油井高精度、高密度、多维度一体化监测和控制理论体系,提出自主的测量、传输、控制一体化解决方案,打通海上智慧油田的“信息大动脉”。
回首3年多的攻关路,6月13日,李中在接受科技日报记者采访时感慨:“创新就是解决一个又一个问题,不断‘升级打怪’的过程。”
找到给油井“号脉”的良方
打造一个智慧油井,是在一线工作27年的海洋石油开发“老兵”李中的夙愿。
“来到中海油研究总院后,我在党建调研中详细摸了摸底,发现我们团队在数字化、智能化方面的基础很好,就下定决心去做这件事。”李中回忆。
这也确实是一件不得不做的事。
如今,油气开发的“甜点”越来越少,剩下的多是“残渣”,如何千方百计提质增效,实现精细化管理,尽可能将这些“残渣”吃干净,是摆在油气开发者面前的课题。
“对于我们这样一个石油资源贫乏的国家来说,更是如此。”李中说。
万事开头难。
智能化的基础是数据。海上智慧油田的建设,需要丰富的井下监测数据作为支撑,获取井下数据的技术开发成为研究团队的第一道难关。
众所周知,海上油气田开发最大的痛点是作业成本太高,“我们不可能像陆上油田开发那样,频繁测井测试作业,太费钱了。”李中说。
如何充分利用现有的井筒条件,获取尽可能多的油气藏数据?井下监测就像是一位老中医给油藏和井筒“号脉”,脉要想号得准,监测工具的精度和可靠性是关键。
“最开始我们采用的是单点电子式温度压力计,但它们的可靠性在高温高压下迅速降低,往往不到一年就坏了,而且无法实现多点监测。”中海油研究总院钻井工程师李梦博说。
研究团队将视线转移到光纤监测技术。光纤技术确实可实现多点分布式监测,但对于海上油田井下监测来说,它的精度又过低。
该怎么办?
从基层油田一路走来的李中有股死磕到底的韧劲儿。此前,他就是靠着这股劲,带领团队攻克多项关键核心技术,叩开了南海油气宝藏的大门。
光纤监测在国内桥梁隧道已有较多应用,为什么在油井中应用得不太好?带着这个问题,李中和团队走遍了大江南北。
向专家请教光纤传感的机理、到光纤制棒企业了解光纤拉丝制备的工艺、赴光缆成缆厂家调研光缆制缆的工序、去南海西江油田了解国外公司井下监测控制产品的使用情况……最终,研究团队提出飞秒阵列光纤光栅监测的思路,这在油井监测领域是首次。
历时一年半,研究团队拿出可行性方案,立项顺利通过。
给光纤穿上“防护服”
方案确定后,研究团队迅速搭建了井下油气水环境和高温高压条件的测试装置。
“初期的测试结果给了我们当头一棒。”李中说,按照常规的光纤裸纤测试,无法适应井下高温环境,几个小时后损耗迅速达到饱和,根本无法在油井中长期使用。
油井光纤通常有光纤涂层和光缆结构的保护,仅对裸纤测试无法准确模拟光缆在井下环境工作的实际情况,需要给光纤穿上“防护服”后再进行测试。
“必须迅速调整方案,国外和陆上的经验都可以借鉴,但我们还是要走出适合中国海上油田的自主创新之路。”李中说。
他鼓励团队开拓思路,大胆设想。
他将党建和研发相结合,在党建调研的时候,以党的先进性为切口,让各个支部“亮家底”,谈想法,调动整个团队的积极性。
在集思广益后,研究团队开始了新一轮的分析、测试、改进,挑选各种纤芯、涂层、缆皮材料,分析不同的光栅指标对传感的影响。
在上千组实验和测试后,他们终于找到适合井下特殊环境的光纤“防护服”,完成了海上油井高精度、高密度通感一体的光纤监测系统方案和工程样机,实现了高精度分布式温度、压力、声波监测,建立了油井光缆可靠性的评价体系和评价标准,填补了海上油井监测的空白。
目前,这套监测系统已在山西临兴气田应用,为油田的生产作业优化提供大量的数据支撑。
遥控井下“水龙头”
数据有了,如何根据数据控制现场作业?
“井下智能滑套是一个关键部件。”中海油研究总院完井工程师盛磊祥说,智能滑套可在不动管柱的条件下实现远程控制,是构建海上智慧油田闭环的最后一个环节。
石油和水相伴相生。在一个油层中,水的黏度低于油的黏度,流动速度快,一旦井筒见水,那么开采出来的大部分就是水。此前遇到这种情况时,通常需要停产检修,把水的出口堵死,才能保证采油作业继续顺利进行。
而智能滑套相当于一个“水龙头”。一旦它监测到油层某个位置见水或有见水的趋势,就可以拧转这个位置的“水龙头”,让其减小水的流出,促进油层其他位置原油的流动。但其难点在于如何简单可靠地控制智能滑套。
“我们考虑过电力控制的方案,但电子元器件在高温高压条件下可靠性会迅速降低,现阶段电控不适合用于井下的永久监控,但是常规液控方案对于多层控制需要下入多条液控管线,也不利于现场作业。”李中提出,还是把研究方向定在可靠性更高的液压控制,“可以考虑用1条液压管线,实现井下多储层的注采在线智能调控。”
一条液压管线实现井下多层控制,这又是一个没有人尝试过的方案,集成了液压的可靠性优势和更为简单的管柱结构。
经过数次方案优化,最终的智能滑套产品在陆上成功进行入井测试。目前,智能滑套已用于中海油多个油田,削减了用钻井船修井导致的高昂作业费用,为生产动态优化和油藏精细化管理提供支撑。
没有停歇,李中立刻带领团队开展二期的项目筹备和方案制定。“项目的验收只是万里长征的第一步,我们要不断总结完善,加大推广应用力度,让海上智慧油田的‘信息大动脉’更畅通,给出海洋油气开发增储上产的良方。”
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