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RFID地下油井阀门实现石油开采最大化

过去几十年,石油开采公司一直尝试应用多种技术来控制地下几千米深的油汽井里的工具;然而,由于油气井里的高压、高温和腐蚀性环境,很多技术都无法稳定工作。
现在,苏格兰公司Petrowell设计了一套系统,采用RFID技术实现了与阀门等地下油井工具的无线通讯。这套系统可以帮助石油公司进行策略性的开采,最大量地抽取地下石油和天然气,公司称。Petrowell现已对这套系统申请了专利。
这首先要归功于定向钻探技术,定向钻探使石油公司可以竖向或横向开采石油。开采商垂直向下钻探油田,接着将钻头旋转90度,在最低垂直点横向钻探。一个油井深度可到达3-4千米,而横向可达10千米。
由于目前全球缺乏大片、未开采油田,这种定向钻探具有很高的成本效益。油井的纵向延展可以将一些小面积、非相连的油田或天然气田相连起来,避免新油田的开采。换句话,定向钻探使单个油井可连接6-10个小油田,而不用从地表上钻探6-10不同的油井。
如果垂直方向上的小块油汽田被全部开采,那么公司可能无法在水平方向上最大量地抽取石油和天然气,据Petrowell设计工程师DanielPurkis称。过去5年,公司一直致力研究解决这个问题,最近开始销售地表操控的RFID地下工具。
据Purkis称,石油和天然气先从油井的底部流动-垂直区域,钻头正是在这个点上旋转90度。如果底部的石油开始耗尽,油井产生水,从而阻塞了油井底部-油井的水平区域。
“在安哥拉钻探一个油井大约需要花费7200-1.43万美元,如果新油井一个月后只涌出水,那可是个大问题”Purkis称。
通过控制油井钻管垂直和水平方向的阀门,公司可以最先开采水平方向上最远的小油田,接着再返过来进行垂直方向的开采,从而防止水堵塞石油的流动。然而,如果地表工具无法稳定地控制阀门,那么这种定时和策略性的开采效果也并不理想。
目前,市场上已推出一些控制井内工具的系统,但Purkis称开采行业认为这些系统并不稳定。液压线是地下工具控制常用的一种方法。
“这就像是汽车的制动闸”Purkis称,补充说液压线长度可能需要长达20,000英尺。液压线非常昂贵,而且易损坏。如果一个油井内需要控制6个工具,那么系统必须采用6条液压线。
另一个选择是电缆。然而,电缆也需要20,000英尺长,价格也很昂贵,Purkis称,由于电缆必须承受井里的腐蚀和高温环境,也易损坏。此外,液压线电缆需要地表控制盒和发动机,这要占用地表空间。“要知道石油钻塔的底面积可是寸士寸金”Purkis称。
而Petrowell设计的系统在地下阀门等其它工具安装RFID阅读器。开采工人将无源RFID标签放入油井向下流动的液体,标签经过阅读器时发送相关的命令。
井下玻璃密封的标签
在欧洲和北美,Petrowell和MarathonOilCo联合开展过多个测试。测试中,Petrowell在钻管阀门上安装电池供电的RFID阅读器。开采工人在井下扔入一把散乱的、玻璃密封的RFID标签,标签随着液体水平或垂直流动,并与它们经过阀门的阅读器通讯。
“通过控制阀门,系统平衡石油的流动,使我们更快地得到更多的石油”标签发送编码信息给井里特定的阀门,指令阀门保持静止不变或活动,如开或关,如编码中数字6可能代表阀门关或开,或关闭10%。
据Purkis称,系统采用冗余的设计方式,多个编有同一个指令的标签同时被扔到井里,以防有些RFID标签不可读或破裂。另外,系统还带有检测机制,如果一个标签经过阀门,那么它不可能重新经过同一个阀门,导致阀门不必要的反应。
“可能发生最坏的情况是”Purkis称,“一个游荡的标签在错误时间激活阀门,或激活一个错误的阀门。这可能导致爆炸,发生火灾”。为防止这类情况,Petrowell必须保证系统的安全性。标签被扔进井里之前必须对它编入时间和顺序。这样,经过特定时间段后,标签命令无效,阅读器只对新标签反应。标签最后遗留在井底或嵌入岩石里。
标签有两种尺寸,一种直径为4毫米,长24毫米;另一种直径为2毫米,长8毫米。标签从TI购进,经过Petrowell改良。
标签读取率由标签掉入井里的速度和湍流涡旋所决定。每个标签的平均读取率为60-79%,开采工人一般要同时放入10个相同标签,将读取率提高到100%。举个例子,运营商扔下10个含关闭某阀门5%命令的标签,从油井的出油速度可以看出阀门设置的改变。
RFID系统在油井的试运行阶段进行安装和测试,Purkis称开采商初期每天需要扔3-4次的标签来调整设置。当油井投入生产时,标签一个月只需扔一次,或按需求投放标签。
这套系统目前已经投入使用中,虽然Purkis拒绝透露除MarathonOil外其它测试公司的名称。然而,他称,近日这套系统被送往加拿大一家公司及国际石油公司SaudiAramco
此外,一家大型公司目前正考虑安装一套系统,监测油井里的热量、压力和液体流动速度。
“我们RFID应用非常独特,我们合作伙伴称它会改变将来油井的开采方式”Purkis称。

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