蘇里格氣田氣井數字一體化管理技術

徐文龍 高玉龍 梁博羽 朱 迅

（中國石油長慶油田公司蘇里格氣田研究中心，陜西 西安 710018）

0 引言

隨著蘇里格氣田的快速發展，在氣田總井數快速增加的同時，低產低效井、產水氣井、間歇生產井也在逐年增加。2011年統計顯示，蘇里格氣田全年開展泡沫排水采氣井約1424口，間歇生產井數約占氣田總井數的8%以上。常規的排水采氣作業、間歇井開關井作業都需要操作人員親自到現場實施。在用工人數相對固定的情況下，產水氣井和間歇井井數的不斷增加，會增加氣井現場操作頻率和勞動強度，進而會大幅增加氣井生產管理的難度。如何用更為先進、有效的技術管理好產水氣井和間歇生產井，是蘇里格氣田快速發展所必須面對和解決的難題。

1 現有數字化管理技術存在的問題

經過近5年的氣田數字化建設，蘇里格氣田先后形成了“數據采集與無線傳輸技術”“氣井遠程控制技術”“單井電子巡井技術”“間歇井自動開關井技術”“井口自動加藥技術”等一系列數字化管理技術，在氣井生產監控、生產異常報警、異常緊急關井、低壓低產井自動開關井以及井口自動加藥等方面基本實現了自動化的操作和管理。雖然目前氣田數字化管理取得了一定成效，但仍存在以下問題：

1.1 高壓氣井無法遠程控制開井

由于中低壓地面集輸系統運行壓力的限制，目前遠程控制技術只能對高壓氣井進行遠程關井，高壓氣井的開井作業必須到井場進行人工操作。因而在氣田檢修、停產期間，大規模氣井關井后的開井工作量非常巨大。

1.2 自動加藥排水采氣無法等效于人工作業

泡沫排水采氣要求泡排藥劑與井筒積液有一定的浸泡起泡時間。泡沫排水采氣通常會在泡排劑加入井筒后，進行適當關井悶井作業。一方面讓藥劑落入井筒與積液充分混合相溶，另一方面有助于泡排劑的起發泡。由于沒有輔助關井、開井作業，現有的重力平衡滴注加藥技術、智能泵自動泵注加藥技術和自動投放固體泡排棒技術，只能在氣井生產過程中開展泡沫排水采氣藥劑的加注。在此過程中，一部分液體泡排劑會隨著氣流被攜帶進入地面管線，而沒有與井筒積液相溶，即使落入井筒，也與固體泡排棒一樣，沒有悶井起發泡時間。因此，與常規人工關井泡沫排水采氣相比，現有自動加藥泡沫排水采氣效果相對較差。

2 氣井數字一體化管理技術及應用

2.1 氣井遠程操作一體化技術

此技術主要涵蓋了大批量氣井的遠程開井、關井作業，大批量產水氣井仿人工排水采氣作業，大批量間歇氣井仿人工管理作業，從而完成除檢修維護之外的所有氣井現場操作，真正實現氣井的遠程管理（圖1和圖2）。由于蘇里格氣田采用井下節流、中低壓集輸工藝，氣井的開井作業必須保證地面集輸系統不超壓。因此，氣井遠程操作一體化的關鍵技術在于如何實現井下節流條件下氣井遠程開井作業。通過增加遠程控制系統，改造升級井口節流針閥，讓節流針閥開度可調；通過監測井口油壓與地面管線系統的壓力以及井口流量的大小，對閥門開度隨時進行調節，從而確保在開井過程中地面系統不超壓，真正實現高壓氣井的遠程自動開井作業。

圖2 遠程控制仿人工自動加藥排水采氣流程圖

2.2 氣井生產自診斷分析技術

氣井遠程操作一體化技術解決了在井場無人操作情況下的遠程作業。而氣井生產自診斷分析技術是對氣井進行“心電圖”式的體檢診斷，其前提是建立氣井生產自診斷的標準。

通過大量氣井生產樣本的采集與統計分析，建立了導致不同類型氣井生產異常的“病因”“病理”數據庫，以及對癥下藥的“處方庫”。由于氣井在不同生產階段、不同生產狀況下，會有不同的生產特征反映，因此通過對氣井長期、短期生產特征進行研究，可以建立對應的判識標準以及應對措施。例如，針對產水井、間歇生產井，通過對壓降速率、壓恢速率、產量遞減率、陡增率、壓力波動指數、產量波動指數、生產曲線特征等方面建立診斷標準，從而確定什么時刻開始進行泡排藥劑加注，什么時刻進行關井壓力恢復，氣井壓力恢復到什么值時進行開井生產。在“病因”“病理”數據庫、“處方庫”建立比較完備的情況下，便可以通過氣井生產自診斷系統對氣井進行“體檢”，直接輸出異常氣井的“病理”“病灶”，并開具對應的“處方”。最終改變技術人員對每口井動態參數逐一分析、對每一項生產制度反復試驗的工作現狀（圖3）。

氣井生產自診斷分析技術的應用，有助于推進數字化排水采氣技術。通過氣井生產自診斷分析技術開展產水氣井排查，建立針對不同產水特征氣井的“處方庫”，通過氣井遠程操作一體化管理技術，開展自動化的排水采氣作業。

圖3 井筒積液自診斷分析流程示意圖

2.3 氣井生產綜合管理系統

在氣井生產自診斷分析技術的基礎上，集成氣井生產狀況診斷數據庫，建立類似股票綜合信息系統的氣井生產綜合管理系統。該系統具有如下功能：

1）查詢單井、區塊、全氣田生產K線的變化情況。判斷氣田新井投產、老井遞減、間歇井、產水氣井以及氣田停產檢修的情況。該系統既可以宏觀地判斷氣田、區塊的生產管理情況，又可以單獨查看具體氣井的生產運行情況。

2）通過集成F.A.S.T.RTA、WellTest等動態分析和氣藏工程軟件，以及采氣工程軟件相應的模塊，對氣井生產動態特征進行分析；將氣井的壓降速率、壓恢速率、產量遞減率、陡增率、壓力波動指數、產量波動指數、生產曲線特征等參數標注在對應的生產K線附近，通過對氣井長期、短期分時生產特征的分析，對氣井未來的生產情況進行預測。

3）在氣井生產動態特征精細化分析和未來生產情況預測的基礎上，進行氣井最優化生產措施方案設計。技術人員在綜合分析判斷的基礎上，確定最終的實施方案，并通過氣井生產控制系統下達措施指令，實現氣井的遠程管理。

2.4 實施保障

1）井場供電系統保障。氣井遠程操作一體化技術的實現，使得氣井遠程自動開井、關井、自動加注泡排棒、自動間歇生產管理的耗電量大幅增加，因此必須有足夠的電力供應才能夠真正實現氣井的遠程操作一體化管理。在沒有工業供電的情況下，現有的太陽能、風能供電系統，由于受陰雨天氣、冬季低溫環境的影響，供電的可持續性和穩定性受到影響。管道發電技術是在天然氣集輸管道上增加渦輪發電機組，利用天然氣壓力能和流動的動能進行發電，通過直流轉換器進行交流電和直流電的轉換，從而滿足單井數字化系統用電的需求。其不受氣候和環境溫度的影響，只與氣井的天然氣產能有關，因而具有一定的連續性。此外，利用管道發電技術，可以為水平井開展電潛泵排水采氣、螺桿泵排水采氣提供動力電能的支持，從而解決水平井開展排水采氣的難題。

2）無線遠程傳輸技術保障。目前，蘇里格氣田采用了數傳電臺、無線網橋、McWiLL、WiMax等無線傳輸技術。由于不同的無線傳輸技術在傳輸速率、傳輸穩定性上有一定的差異，以及受工況環境的影響，氣井在遠程控制方面還存在不穩定的情況。因此，采用什么樣的無線傳輸技術更能夠滿足氣田數字化建設的需要，還需要進一步進行試驗評價。但無論采取什么技術，都必須保證無線傳輸的高速性和高穩定性，才能確保氣井真正實現遠程控制管理。

3）單井在線計量技術保障。由于蘇里格氣田采用“井口計量、井間串接、濕氣輸送”的工藝技術，單井產水量無法精確計量。對于產水氣井而言，沒有準確的產水量資料，就無法計算氣井的水氣比，氣井生產動態特征的分析就無法精細化、動態化，排水采氣作業措施的制訂，也就無針對性和可操作性。因此，需制定盲目感性的排水采氣作業措施，并不斷隨著氣井生產動態的變化反復試驗和調整。氣井產水量和產氣量如果不能實時準確地在線計量，氣井生產自診斷分析技術就沒有可靠的動態數據作支撐，氣井生產動態特征的微弱變化就無法精確“把脈”，也就無法制訂針對性較強的“藥方”，氣井遠程控制自動加藥排水采氣作業也就無法精細化地實施。

3 結束語

隨著3G、4G通訊技術、云計算業務以及機械自動化的不斷發展，氣田數字化技術逐步向更加智能、更加簡捷的無人化管理方向發展。具有現場無人化作業、生產異常判識與操作指令下達智能化特征的氣井數字一體化管理技術，在得到井場供電系統、無線遠程傳輸技術以及單井在線計量技術保障的條件下，將會成為蘇里格氣田未來數字化管理的發展方向。