无线监测可以节省每次修井作业的时间

天然气井的修井作业将产量从几年延长到几十年。修井作业不仅可以扩大和提高总产量，还提供了维修和升级的机会。修井作业需要公司人员、外部承包商和设备供应商之间的协调，通常必须在恶劣的冬季环境下进行(图1)。

Gulfport Energy在俄亥俄州东部有330口天然气井，每口井都已经或将进行修井作业。一口典型的井在没有辅助的情况下可以运行18个月到5年;随后进行修井作业，增加柱塞举升辅助，使产量再延长15 ~ 30年。

每次修井作业都需要断开和重新连接5个压力仪表。如果一切顺利，这个过程通常需要4到6个小时，但由于断开和重新连接有线仪器的问题，通常需要更长时间。自从从有线仪器升级到无线仪器后，修井时间变得更加可预测，现场的仪器和电气(I&E)技术所需时间从5小时减少到15分钟。

计划一个修井

每口井长度为16000至24000英尺(包括垂直和水平距离)。石蜡堆积会对油井作业造成严重破坏，因此在压井时阀门必须正常工作。修井和安装柱塞举升辅助工具的时间过长会导致水在垂直段积聚，从而产生压力。必须手动将压力释放到大气中“卸井”，这是一个潜在的危险操作，必须密切监测，并记录相关数据。

油藏工程师监测每口井的过程数据，包括水和气的流速以及油管和套管压力。根据这些数据，当产量开始显著下降时，就可以决定修井。

在气井的早期阶段，产量和速度通常足够高，以防止井筒内液体堆积。任何存在的液体都被带到表面，夹带在气流中。高湍流和高流速的气体很容易抬升液体，井以稳定的流速生产。

随着油井的老化，储层压力下降，流速和速度也随之下降。气举特性发生变化，液体开始聚集在生产油管壁上。液体仍然向上流动并流出井，但随着时间的推移，效率会下降。

随着气体速率和速度的持续下降，向上移动的油管壁上的液体开始失速，限制了气体的流动。当足够多的液体积聚时，液体“鼻涕虫”就形成了。

在这一生产阶段，储层仍然在液段塞下形成足够的气体压力，以克服静水压力，迫使液段塞回到油管上。气体膨胀，一部分携带液体，一部分穿过液体。这会将大量液体带出井筒，但会阻碍气体流动，导致流速变慢。这些段塞会对下游设备造成很大的压力。

最终，由于不再有足够的气体压力将液体输送出去，流速下降到临界值以下，气体生产受阻，导致油井死亡。为了清理井筒并维持生产，需要采取更直接的措施，如Gulfport Energy公司使用的柱塞举升辅助方法。

柱塞举升系统不排放甲烷，不使用消耗品，需要最小的电力。该设备由位于井口的柱塞头组件(也称为注油器)组成。本地PLC在适当的时间保持和释放柱塞。需要各种阀门，以及一些压力和温度仪器，以及压差(DP)流量计。

动作很简单。一个柱塞的尺寸接近但小于井管的直径，它下降到井底，落在缓冲弹簧上。然后在顶部关闭油井，让压力积聚。当压力足够高时，井就会打开，压力可以推动柱塞沿油管向上，将液体提升到油管上方，释放气体流动，从而恢复生产。柱塞在弹出时被捕获，并被保留，直到水柱最终改变，整个循环重复。在一些井中，清理周期可能每小时进行几次。

柱塞举升系统是在修井作业期间安装的，但在断开和重新连接仪器时经常会出现问题。

修井问题

每次修井作业都需要断开和重新连接5个压力仪表。这些仪器测量以下压力参数，每个参数取决于井况和位置:

• 油管压力，130- 1000psi
• 套管压力130- 1200 psi
• 表面套管压力1- 600psi
• 中级套管，1- 2800 psi
• 流水线压力，1- 1000 psi。

使用传统的有线仪器，一个作业小组每天可以修井两口井，由Gulfport Energy的生产领班或主管和承包商的I&E技术人员组成的6到8人的工作小组。这假设一切都按计划进行，没有不可预见的问题，但事实往往并非如此。

承包商的I&E技术人员需要在修井作业前拔掉熔断器、断开电线并拆除电缆，并在修井作业后将这些工作反向进行。他们通常花5个小时在现场，只做15分钟的工作，错误和损坏通常不会被注意到。因此，修井作业预算中的4 - 6小时可能会变成一整天甚至更多的时间，因为承包商会在现场，并全程收费。

由于导管内的电线被夹紧或断裂，仪器电缆的损坏是很常见的(图2)。这通常在井恢复工作之前都不会被注意到，通常需要将井重新下线进行维修。这增加了修井作业的风险，增加了作业所需的时间和资金。

需要一个更好的解决方案来消除有线仪器的重新安装问题，理想情况下是消除布线。

升级到无线

在评估了各种无线仪器解决方案后，Gulfport能源公司实施了一项无线此前使用有线仪器的经验表明，该仪器在可靠性和性能方面表现良好，唯一的问题是修井期间的布线问题。所有新井都安装了无线仪器，并对许多现有井进行了改造。

每个无线仪器与一个装有天线的网关通信(图4)无线HART网状网络，保证可靠通信。网关通过硬连线的以太网Modbus TCP/IP数据链路与本地PLC连接。

PLC通过蜂窝网络与中央控制室通信，创建监控和数据采集(SCADA)系统。该系统允许对每口井进行远程监控和控制，这一点非常关键，因为所有的井都是无人操作的，可以在两次现场访问之间运行数月。

有了无线，PLC和每个仪器之间不再有熔断器、导管或电线。这样就不需要在修井前后进行电气布线工作。该仪器只停留在井口设备上，修井作业不再需要合同I&E技术人员。唯一的维护就是更换电池，电池寿命超过5年。

节省成本使Gulfport能源公司取消了I&E承包商，并雇佣了两名全职I&E技术人员来改善运营。更重要的是，减少了井场潜在危险条件的暴露。

总结

由于无线压力和温度仪器的成功，Gulfport能源公司现在正在使用无线HART仪器用于监测水和凝结水罐液位(图5)。

Gulfport Energy还使用离散的无线发射器将现场安装的远程E-stop按钮的激活与PLC通信。这使得现场工作人员可以在较远的距离关闭油井，如果发生问题，这是至关重要的，因为危险随着井的靠近而增加。

使用无线仪器测量油管、生产套管、中间套管和地面套管压力，以及其他诊断测量，通过SCADA系统远程监测情况。研发测试是另一个非常适合无线仪器的应用程序，因为它们易于在临时设置中安装。

修井就像一个小规模的周转。它可以快速和廉价，但断开和重新连接仪器线路是昂贵和有风险的。通过在新旧井上升级到无线仪器，Gulfport Energy节省了时间，降低了成本，减少了工人接触危险的机会。