1400m煤層氣井自存儲(chǔ)光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)與可行性研究

摘要

針對(duì)國(guó)內(nèi)1400 m中深層煤層氣井套管破損、內(nèi)壁腐蝕、壓裂裂縫發(fā)育、井下落物、氣液兩相流復(fù)雜，常規(guī)電纜式井下電視深度失真、線(xiàn)纜纏繞、細(xì)口徑井無(wú)法下入等工程痛點(diǎn)，本文確定井下自存儲(chǔ)高清探頭+1600 m鋼絲作業(yè)絞車(chē)+地面深度編碼器成套可視化探測(cè)方案。從探頭外徑、下入深度、井下耐溫、承壓安全余量、測(cè)深方式五大維度開(kāi)展可行性論證?，F(xiàn)有油氣井自存儲(chǔ)探頭外徑44.45 mm，適配50 mm煤層氣監(jiān)測(cè)井；市場(chǎng)成熟1500 m級(jí)井下電視，1400 m井深處于成熟工程應(yīng)用區(qū)間；井下最高工況溫度70 ℃，對(duì)內(nèi)置電池、照明模組、存儲(chǔ)芯片開(kāi)展高溫工況校核；1400 m清水靜壓13.7 MPa，疊加井液密度、井口壓力、沖擊載荷，確定探頭額定耐壓不低于25 MPa；針對(duì)煤層氣井氣液兩相、井液密度波動(dòng)造成壓力測(cè)深失真問(wèn)題，采用地面計(jì)量輪深度編碼器為主、壓力深度為輔的測(cè)深模式。系統(tǒng)硬件包含自存儲(chǔ)耐壓光學(xué)探頭、溫?壓力采集模塊、1600 m鋼絲下放絞車(chē)、機(jī)械扶正打撈組件、后期數(shù)據(jù)處理軟件。本文明確系統(tǒng)架構(gòu)、硬件指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)化施工工藝，為中深層煤層氣井井筒隱患排查、壓裂效果檢測(cè)、修井作業(yè)提供成套可視化技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：煤層氣井；1400 m深井；自存儲(chǔ)光學(xué)探頭；鋼絲作業(yè)絞車(chē)；深度編碼器；井下可視化；25 MPa耐壓；氣液兩相流；井筒檢測(cè)；系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

引言

隨著我國(guó)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)逐步向1000–1500 m中深層地層推進(jìn)，1400 m煤層氣井已經(jīng)成為主力開(kāi)發(fā)井段。煤層氣排采過(guò)程長(zhǎng)期存在氣水兩相產(chǎn)出、井筒結(jié)垢、煤粉沉積、套管腐蝕變形、水力壓裂后裂縫延展、篩管破損脫落等問(wèn)題。傳統(tǒng)電纜傳輸式井下電視依靠鎧裝電纜下放，在煤層氣井復(fù)雜工況下短板突出：鎧裝電纜易被腐蝕性地層水腐蝕、井下容易纏繞井壁、漏電風(fēng)險(xiǎn)高；氣液兩相環(huán)境下依靠探頭壓力傳感器換算深度誤差極大；多數(shù)電纜探頭外徑偏大，無(wú)法下入50 mm細(xì)口徑監(jiān)測(cè)井。

為解決以上難題，自存儲(chǔ)式井下光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)憑借內(nèi)置存儲(chǔ)、鋼絲下放、獨(dú)立供電、無(wú)井下傳輸線(xiàn)纜的優(yōu)勢(shì)，適配煤層氣復(fù)雜井筒環(huán)境。本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工況，完成整套系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，從尺寸、深度、耐溫、耐壓、測(cè)深方式開(kāi)展可行性分析，搭建硬件組成、機(jī)械保障、數(shù)據(jù)處理一體化成套設(shè)備，形成可落地的井下可視化檢測(cè)技術(shù)體系。

1 煤層氣1400 m井井下工況分析

1400 m煤層氣井地層壓力、溫度、流體環(huán)境復(fù)雜。清水條件下液柱靜壓約13.7 MPa，實(shí)際井內(nèi)含有煤層氣、地層水、煤粉，井液密度高于清水，疊加井口回壓、探頭下放沖擊載荷，瞬時(shí)承壓大幅提升，因此探頭耐壓必須預(yù)留安全余量，額定耐壓≥25 MPa。

井下最高工作溫度70 ℃，屬于常規(guī)中深層井溫度，不會(huì)達(dá)到超高溫范疇，但內(nèi)置鋰電池、LED照明、存儲(chǔ)主板、CMOS成像芯片在70 ℃長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作下，容易出現(xiàn)續(xù)航衰減、亮度下降、數(shù)據(jù)丟包，所有電子元器件必須經(jīng)過(guò)高溫工況校核。

井筒內(nèi)部為氣液兩相混合流體，氣泡含量高、井液密度實(shí)時(shí)波動(dòng)，壓力?深度換算模型不穩(wěn)定，單純依靠探頭內(nèi)置壓力計(jì)算井深，會(huì)出現(xiàn)幾十米深度偏差，無(wú)法精準(zhǔn)定位套管裂紋、裂縫、堵塞位置，因此必須采用地面深度編碼器直接計(jì)量鋼絲下入深度。

監(jiān)測(cè)井內(nèi)徑多為50 mm，所以探頭外徑控制為44.45 mm，預(yù)留間隙，保證探頭居中下放，不卡堵井筒。

2 系統(tǒng)整體可行性論證

2.1 尺寸可行性

現(xiàn)有成熟油氣井自存儲(chǔ)高清探頭外徑44.45 mm，小于50 mm監(jiān)測(cè)井內(nèi)徑，配合彈簧式扶正器居中定位，探頭可以順利下入、起出井筒，不存在尺寸卡堵問(wèn)題，小型化硬件技術(shù)已經(jīng)成熟。

2.2 深度可行性

國(guó)內(nèi)商用井下電視系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)1500 m深度探測(cè)，1400 m井深小于設(shè)備成熟下入極限，鋼絲抗拉強(qiáng)度、絞車(chē)承載能力、線(xiàn)纜耐磨性能均可滿(mǎn)足工程需求。

2.3 溫度可行性

70 ℃屬于常規(guī)井下溫度，不屬于超高溫深井；只需選用工業(yè)級(jí)耐高溫鋰電池、耐高溫LED光源、寬溫存儲(chǔ)芯片，完成連續(xù)高溫老化測(cè)試，即可穩(wěn)定工作。

2.4 耐壓可行性

1400 m靜水壓力13.7 MPa，綜合所有載荷后，設(shè)定額定耐壓25 MPa，安全余量充足，能夠抵御沖擊壓力、高壓地層水壓力，避免探頭進(jìn)水損壞。

2.5 測(cè)深方式可行性

地面計(jì)量輪深度編碼器依靠光電脈沖實(shí)時(shí)記錄鋼絲下放長(zhǎng)度，不受井內(nèi)流體、氣泡、密度影響，測(cè)深精度穩(wěn)定；內(nèi)置壓力深度僅作為輔助校驗(yàn)，解決氣液兩相井深度失真難題。

3 成套系統(tǒng)硬件組成

3.1 自存儲(chǔ)耐壓光學(xué)探頭

內(nèi)置高清CMOS攝像模組、環(huán)形LED照明、大容量耐高溫電池、高速存儲(chǔ)模塊、狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元；外殼采用高強(qiáng)度耐壓材質(zhì)，密封結(jié)構(gòu)耐高壓防水；外徑44.45 mm，適配細(xì)口徑井筒。

3.2 溫度壓力集成模塊

與探頭時(shí)鐘同步，全程記錄井下實(shí)時(shí)溫度、壓力、設(shè)備工作狀態(tài)，后期和視頻畫(huà)面時(shí)間軸一一對(duì)應(yīng)。

3.3 下放?測(cè)深系統(tǒng)

1600 m高強(qiáng)度承重鋼絲、電動(dòng)作業(yè)絞車(chē)、井口導(dǎo)向滑輪、計(jì)量輪、光電深度編碼器；絞車(chē)具備調(diào)速、過(guò)載保護(hù)、緊急制動(dòng)功能。

3.4 機(jī)械保障組件

打撈頸、保險(xiǎn)弱點(diǎn)、彈簧扶正器、流線(xiàn)型導(dǎo)向頭；扶正器保證探頭居中；保險(xiǎn)弱點(diǎn)設(shè)定安全拉力，遇卡可控拉斷；打撈頸適配標(biāo)準(zhǔn)打撈工具。

3.5 地面數(shù)據(jù)處理軟件

實(shí)現(xiàn)視頻下載、時(shí)間同步校準(zhǔn)、深度字幕疊加、溫壓曲線(xiàn)繪制、井筒缺陷標(biāo)記、自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告。

4 現(xiàn)場(chǎng)施工工藝流程

施工前期先通井，清理井筒煤粉、結(jié)垢、落物；組裝探頭，調(diào)試攝像、照明、存儲(chǔ)、溫壓模塊；連接鋼絲、扶正器、導(dǎo)向頭；絞車(chē)勻速下放探頭，編碼器實(shí)時(shí)記錄深度；到達(dá)目標(biāo)井段連續(xù)拍攝成像；勻速起出探頭；地面下載視頻、溫壓數(shù)據(jù)；軟件深度校準(zhǔn)、缺陷定位、出具檢測(cè)報(bào)告。

5 結(jié)論

1400 m煤層氣井自存儲(chǔ)光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)技術(shù)成熟、工況適配性強(qiáng)。44.45 mm探頭適配細(xì)口徑監(jiān)測(cè)井，25 MPa耐壓滿(mǎn)足高壓安全余量，地面編碼器解決氣液兩相深度失真；整套設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)井下線(xiàn)纜故障風(fēng)險(xiǎn)，適合煤層氣井壓裂檢測(cè)、套管完整性排查、井筒堵塞治理、井下落物探查，具備工程推廣價(jià)值。

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設(shè)備類(lèi)關(guān)鍵詞

井下電視成像、井下光學(xué)成像、分層測(cè)溫線(xiàn)纜、深井測(cè)溫系統(tǒng)、雙目測(cè)井成像、自存儲(chǔ)式井下探頭、地下水監(jiān)測(cè)設(shè)備、井下成像探頭、耐高溫測(cè)井線(xiàn)纜

技術(shù)工藝關(guān)鍵詞

精準(zhǔn)測(cè)井、井下可視化探測(cè)、井筒檢測(cè)、分層溫度監(jiān)測(cè)、地?zé)峋淳?、井筒缺陷排查、地?zé)岷畬佣ㄎ弧⑸罹蛪禾綔y(cè)、井下立體成像

行業(yè)應(yīng)用關(guān)鍵詞

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