智能完井技術(shù)在深水完井作業(yè)中應(yīng)用研究

侯旭峰（中石化華北石油工程有限公司井下作業(yè)分公司 河南 鄭州 450007）

引言

與傳統(tǒng)的完井技術(shù)相比，智能完井技術(shù)在自動化程度上有了非常突出的優(yōu)勢，其綜合了機電一體化技術(shù)、現(xiàn)代測控技術(shù)以及計算機與網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)，在采油過程中可以實時地監(jiān)測井下參數(shù)，對數(shù)據(jù)進行分析，通過控制系統(tǒng)來指導(dǎo)操作系統(tǒng)。

一、智能完井系統(tǒng)的組成

智能完井系統(tǒng)包括微電子集成控制系統(tǒng)、信息采集傳輸系統(tǒng)、電纜或者高效電池以及井下傳感器。智能完井系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

地面設(shè)備主要由微機控制中心和數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理系統(tǒng)組成，井下的智能儀器裝置與地面設(shè)備之間通過有線電纜進行連接，同時利用電纜對井下儀器裝置提供電源，維持系統(tǒng)長期正常運行[1]。各子系統(tǒng)之間通過數(shù)據(jù)接口聯(lián)系，并通過其將信息傳輸?shù)降孛妫员慵夹g(shù)人員匯總分析。之后，指令經(jīng)由信息傳輸系統(tǒng)送達井下指導(dǎo)開關(guān)套閥的開啟。井下傳感器模塊和控制模塊是智能完井系統(tǒng)的核心，可長期置于井下工作，井下傳感器檢測井下各井段流入井內(nèi)的流體特性，例如管內(nèi)外壓力、溫度、流量等，監(jiān)控油管、環(huán)空及地層的多種物理參數(shù)，通過高溫高壓智能元件信號處理及采集系統(tǒng)傳輸信號到地面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，控制模塊調(diào)控進入井眼內(nèi)的流體，溝通產(chǎn)層與采油管柱，允許流體按照最佳的壓力和流量進入。

圖1 智能完井系統(tǒng)組成

二、智能完井技術(shù)在深水作業(yè)中的應(yīng)用

由于智能完井技術(shù)可以對深水油氣田多層以及多分支的開采過程進行地面遙感遙測，達到智能操作的效果，因此，近年來在國外的深水油氣田中得到了越來越多的應(yīng)用。

1.智能完井技術(shù)在墨西哥灣深水氣井作業(yè)中的應(yīng)用

墨西哥灣新奧爾良西南部的某氣田主要應(yīng)用電動液壓的智能完井系統(tǒng)，對于接口的要求較高，此套裝置能夠隨著生產(chǎn)油管進入井下，并可以固定在油管上。智能完井系統(tǒng)可以在油氣開采中實現(xiàn)單獨動作[2]，不影響氣井的正常工作。智能完井技術(shù)在深水氣井開采中的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對儲層多方面的智能監(jiān)控，即使關(guān)閉也不會對其他儲層產(chǎn)生影響，并能夠進行壓力數(shù)據(jù)采集，從而保證了油氣開采監(jiān)測的正常運行。

2.智能完井技術(shù)在巴西深水油田作業(yè)中的應(yīng)用

作為世界上第一口多層智能、電動的完井，巴西國家石油公司在Varginha油田的VRG井通過安裝Incharge全電動、多層智能井裝置實現(xiàn)了對其兩個層面的注水速度驚醒了長距離遙控監(jiān)測和控制[3]。該裝置可以同時測壓、測溫以及控制流速。對于注水過程，技術(shù)人員可以清楚地看到壓力在不同部位的變化。作為核心部件的調(diào)節(jié)閥，其可以提供：（1）自由地實現(xiàn)對環(huán)空與油管之間的節(jié)流控制；（2）分辨率高的石英溫度和壓力傳感器；（3）探測節(jié)流閥的位置；（4）機械備件的換位能力。

三、智能完井技術(shù)存在的技術(shù)難點

井底傳感器及測量技術(shù)、信息雙向傳輸技術(shù)、接口技術(shù)以及井底機械的控制技術(shù)是智能完井技術(shù)需要解決的三大技術(shù)難點，其中惡劣的工作環(huán)境是需要克服的最大的難點[4]。油嘴、封口以及控制線都很容易受惡劣環(huán)境的影響而發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，同時，設(shè)備之間的相互干擾也是惡劣的環(huán)境造成的。設(shè)備的許多器件長時間在高溫高壓的環(huán)境下工作，也會出現(xiàn)一定程度的破損。上述這些情況都很難避免地造成智能完井系統(tǒng)出現(xiàn)非正常工作，影響其功能的正常發(fā)揮。

1.突破關(guān)鍵技術(shù)

就我國目前的傳感器、信號通信系統(tǒng)以及電子元件的質(zhì)量而言，其很難在高溫、高壓以及腐蝕性強的環(huán)境中長時間可靠、穩(wěn)定地運行[5]。但是，我國的某些單項技術(shù)目前是比較成熟的，我們應(yīng)當(dāng)充分調(diào)研，取長補短，集中優(yōu)勢力量，實現(xiàn)技術(shù)集成，最終在關(guān)鍵技術(shù)方面達到突破。

2.保障儀器封裝的可靠性

認(rèn)真做好井下儀器的封裝，防治因石蠟以及砂石進入堵塞或者儀表功能失效的事故發(fā)生。密封器件容易受高溫環(huán)境的影響發(fā)生老化，甚至變形，最終造成泄漏。

3.智能儀器能適應(yīng)井底惡劣環(huán)境

深水井底的環(huán)境是非常復(fù)雜的，除了高溫、高壓之外，還存在砂石、腐蝕性強的成分，這就要求井底儀器必須具有耐高溫、耐高壓及抗腐蝕的能力[6]。同時，對于移動的設(shè)備還應(yīng)該具有一定的抗磨損能力。

4.采用行之有效的微機械系統(tǒng)

由于井底空間的限制，在井眼小空間內(nèi)安置電子儀器、傳感器及各種執(zhí)行元件，并且安全固定電纜、封裝接口，必須采用微機械系統(tǒng)。

結(jié)論

國外大量的應(yīng)用實例表明，智能井系統(tǒng)能夠解決油氣井生產(chǎn)過程中存在的很多難題，設(shè)備性能可靠，而且經(jīng)濟回報豐厚。然而，在我國完井技術(shù)還比較落后、自動化程度不高、作業(yè)周期長、成本高、效率低，完井所采用的儀器設(shè)備也存在著諸多缺陷，與國外當(dāng)前智能完井技術(shù)的發(fā)展水平相比有著相當(dāng)大的差距。

[1]AADE.Cementing in Deep Water[J].Deepwater Industry Group Meeting.Houston.USA,2003：10-21.

[2]劉均榮，姚軍，張凱.智能井技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].油氣地質(zhì)與采收率.2007，(06)：12-34.

[3]何雅麗，許碧瓊，唐大鵬，等.鉆井遠程技術(shù)支持監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].石油地質(zhì)與工程.2007，(05)：12-15.

[4]劉明炎,吉雙文.地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在魚骨狀多分支水平井施工中的應(yīng)用[J].石油地質(zhì)與工程.2007，(05)：56-58.

[5]AJAYIA Y,KONOPCZYNSKIM.Application of intelligent completations to optimize water flood processon a mature North Sea field:a case study［J］.SPE101935.2006 ：34-36.

[6]Mohammed A Abduldayem ，M uhammad Shafiq，Zulfiqar A.Baluch.Intelligent Completions Technology Offers Solutions to Optimize Production and Improve Recovery in Quad-Lateral Wells in a Mature Field[J].SPE110960. 2007：36-39.