智能完井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景

曲美靜

【摘 要】智能完井技術(shù)是能對(duì)油井產(chǎn)量、儲(chǔ)層參數(shù)、完井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸和分析，從而對(duì)儲(chǔ)層特性和油井動(dòng)態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的集成技術(shù)。智能完井技術(shù)是近年來(lái)國(guó)際石油開采技術(shù)中最值得關(guān)注的一項(xiàng)高新技術(shù)，正在得到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注，它具有巨大的經(jīng)濟(jì)潛力和社會(huì)效益本文介紹了智能完井技術(shù)的發(fā)展歷史技術(shù)現(xiàn)狀、技術(shù)優(yōu)點(diǎn)以及面臨的挑戰(zhàn)。

【關(guān)鍵詞】智能;完井技術(shù);應(yīng)用現(xiàn)狀

1.概述

智能完井系統(tǒng)被稱作是井下永久監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)它是一種能夠采集、傳輸和分析井下生產(chǎn)狀態(tài)、油藏狀態(tài)和整體完井管柱生產(chǎn)數(shù)據(jù)等資料，并且能夠根據(jù)油井生產(chǎn)情況，以遠(yuǎn)程控制的方式及時(shí)對(duì)油層進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制的完井系統(tǒng)通過(guò)在油氣生產(chǎn)井或注入井中安裝的各種傳感器如溫度、壓力流量等，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集井下生產(chǎn)的各種數(shù)據(jù)。地面的中央控制系統(tǒng)對(duì)采集到的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、分析和歸納，判斷井下生產(chǎn)的各種情況，并通過(guò)數(shù)據(jù)模擬和油藏模擬得出最佳的開采方案或注人方案，進(jìn)一步從地面驅(qū)動(dòng)安裝在井下的流量控制裝置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)井下生產(chǎn)或注人進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)管理的目的智能完井技術(shù)通過(guò)實(shí)現(xiàn)液流控制，使井身結(jié)構(gòu)和油井的生產(chǎn)狀態(tài)得到積極的改進(jìn)與提高，同時(shí)通過(guò)對(duì)井下數(shù)據(jù)的采集來(lái)監(jiān)測(cè)油井的生產(chǎn)響應(yīng)，然后將數(shù)據(jù)分析同預(yù)測(cè)性油藏模擬配合應(yīng)用，結(jié)合控制系統(tǒng)的反饋數(shù)據(jù)資料，尋求一系列積極有效的生產(chǎn)措施，為油井的高效生產(chǎn)帶來(lái)更大的價(jià)值。

2.智能完井技術(shù)的發(fā)展歷史

20世紀(jì)80年代末，智能完井技術(shù)通常只限于對(duì)采油樹和油嘴附近的地面?zhèn)鞲衅鬟M(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、對(duì)地下安全閥進(jìn)行遠(yuǎn)程液壓控制、對(duì)采油樹閥門進(jìn)行液壓或電動(dòng)液壓控制。最初利用計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)主要在兩個(gè)方面：對(duì)采油樹附近的油嘴進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)氣舉井生產(chǎn)優(yōu)化;對(duì)抽油機(jī)井進(jìn)行監(jiān)控隨著該技術(shù)的發(fā)展、智能控制系統(tǒng)的成功運(yùn)用以及各種永久性置入傳感器可靠性的提高，經(jīng)營(yíng)者開始考慮對(duì)井筒流體進(jìn)行直接控制，以便獲得更大的商業(yè)利潤(rùn)，這就要求設(shè)計(jì)出一種能提供監(jiān)測(cè)和控制功能的高水平智能系統(tǒng)在初期階段，智能完井井下液流控制裝置是基于常規(guī)的電纜起下滑套閥的工作機(jī)理而設(shè)計(jì)的這種閥的構(gòu)造設(shè)計(jì)具備了井下開關(guān)和變位節(jié)流功能這些功能一般都采用液壓、電力或電動(dòng)液壓激活系統(tǒng)來(lái)完成，而后進(jìn)行的新技術(shù)開發(fā)工作促成了具有抗沖蝕功能節(jié)流裝置的問世，并且其結(jié)構(gòu)可耐高的壓差，除此以外，還開發(fā)了基于常規(guī)井下安全閥技術(shù)研究的其它裝置，以及可用于井下生產(chǎn)管柱開關(guān)的球閥等。

在90年代后期，BakerHughes，SchlumbergerABB和Roxar等幾家公司都開發(fā)了對(duì)井下進(jìn)行監(jiān)控的智能完井技術(shù)。1997年BakerOilTools和Schlumberger公司聯(lián)合開發(fā)了電子智能流量控制系統(tǒng)BakerOilTools還單獨(dú)在自己的CM滑套的基礎(chǔ)上研制了一個(gè)水力操作系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)于1999年和2000年在巴西的Roncador油田和挪威的Snohe油田得到了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

3.智能完井技術(shù)的現(xiàn)狀

目前有三種智能完井系統(tǒng)：全電子智能元件系統(tǒng)光纖傳感器的水力系統(tǒng)和具有電子永久性井下參數(shù)測(cè)量?jī)x的水力系統(tǒng)。全電子智能完井系統(tǒng)采用電子傳感器，結(jié)合電動(dòng)滑套開關(guān)，每個(gè)滑套開關(guān)或智能生產(chǎn)調(diào)節(jié)器都采用一種無(wú)級(jí)可調(diào)油嘴，連接到電動(dòng)機(jī)和井下參數(shù)測(cè)量?jī)x上。而井下的動(dòng)力電和數(shù)字信息傳輸都是通過(guò)用環(huán)氧樹脂充填的絞織雙線接頭提供給智能生產(chǎn)調(diào)節(jié)器的。為了精確控制流量，在選好了智能生產(chǎn)調(diào)節(jié)器之后，由井下電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥，可以使調(diào)節(jié)閥的位置開啟到任意角度，實(shí)現(xiàn)井下流量的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。而后面兩種水力控制的智能完井系統(tǒng)依靠電子和液壓傳感器驅(qū)動(dòng)井下滑套開關(guān)，每個(gè)水力操作滑套由地面的兩條水力管道驅(qū)動(dòng)，靠滑套依靠壓力響應(yīng)打開或關(guān)閉，水力滑套開關(guān)則由地面的兩個(gè)水力管線控制。地面控制器可控制滑套，遙控操作井下開關(guān)，還可控制油嘴和水嘴其中，由于光纖傳感器具有分布式測(cè)量能力，可以測(cè)量被測(cè)量空間的空間分布，給出剖面信息，所以光纖傳感器的水力系統(tǒng)能夠讓傳感器更準(zhǔn)確地進(jìn)行井下各種參數(shù)的采集和監(jiān)測(cè)，并且它可單獨(dú)地采用水力滑套實(shí)現(xiàn)分層開采，使其互不干涉。

4.智能完井系統(tǒng)的主要功能及其技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

（1）根據(jù)各個(gè)層段生產(chǎn)指數(shù)的變化可以判段和確定節(jié)流生產(chǎn)段的效果。

（2）能測(cè)量和調(diào)節(jié)每個(gè)產(chǎn)層的關(guān)壓力、流動(dòng)壓力和質(zhì)量流量，從而更科學(xué)、更簡(jiǎn)化地管理非均質(zhì)油藏

（3）消除了關(guān)井時(shí)橫向流動(dòng)的影響，可以進(jìn)行每個(gè)產(chǎn)層地壓力升降分析消除了多層合采混合流動(dòng)分析所引起的誤差，更容易進(jìn)行物質(zhì)平衡計(jì)算且更加精確。

（4）幫助采油工程師和過(guò)程控制工程師更有效地判斷、測(cè)量和調(diào)節(jié)管理過(guò)程。

（5）能在下產(chǎn)層處進(jìn)行控制和測(cè)量，促使操作者能夠調(diào)整變化的生產(chǎn)剖面，從而優(yōu)化生產(chǎn)。

（6）能關(guān)閉或者抑制產(chǎn)水層段，從而改善舉升性能、易于處理及排放產(chǎn)出水。

（7）可以利用鄰層氣進(jìn)行氣舉，提高枯竭層段的產(chǎn)量。

（8）通過(guò)遙控調(diào)節(jié)氣舉閥，優(yōu)化常規(guī)氣舉方法。

（9）實(shí)時(shí)獲得關(guān)鍵信息，把生產(chǎn)測(cè)井工作量減至最少。

（10）有時(shí)候不需要井下作業(yè)就可以對(duì)選擇層位按程序處理。

（11）可減少干擾作業(yè)次數(shù)，節(jié)約操作和風(fēng)險(xiǎn)費(fèi)用，直接提高安全性

5.智能完井面臨的挑戰(zhàn)

現(xiàn)在已投入應(yīng)用的智能完井系統(tǒng)采用了監(jiān)測(cè)與流量控制設(shè)備之間的閉環(huán)鏈接技術(shù)，通過(guò)將油藏狀態(tài)傳感器得到的數(shù)據(jù)，同油藏模擬分析得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，然后來(lái)改進(jìn)與完善智能完井系統(tǒng)，這就意味著現(xiàn)有的智能完井系統(tǒng)尚存在下列三種生產(chǎn)控制受限的技術(shù)難題需要解決：

（1）在智能完井的人工舉升油井中，為了優(yōu)化油井的生產(chǎn)狀態(tài)，需要采用優(yōu)良的實(shí)時(shí)控制技術(shù)若在油井生產(chǎn)狀態(tài)時(shí)輸入?yún)?shù)（如氣舉注氣量、電潛泵泵抽排量和地面油嘴的設(shè)定），則要求油井在幾分鐘內(nèi)有所響應(yīng)。

（2）在油井優(yōu)化開采方面，總體的控制系統(tǒng)需要根據(jù)油田現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施情況來(lái)優(yōu)化油田的開采。油田對(duì)這種生產(chǎn)參數(shù)的監(jiān)測(cè)有著直接的關(guān)系，但是控制時(shí)間并非恒定不變，因?yàn)橛吞飳?duì)工藝控制輸入?yún)?shù)的響應(yīng)在數(shù)小時(shí)或數(shù)天內(nèi)便可測(cè)試到。

（3）在油藏優(yōu)化管理方面，油田的控制輸入?yún)?shù)受油藏模擬軟件輸出參數(shù)的影響，而模擬軟件的有效性則需采用智能完井系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)通過(guò)歷史擬合予以確認(rèn)油藏優(yōu)化要求傳感器輸出與控制指令之間不存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，其目的是要顧及油藏的非均質(zhì)性，使控制功能同油藏的響應(yīng)情況相匹配，但是油藏的響應(yīng)可能會(huì)在數(shù)月或幾年才能測(cè)試到，當(dāng)傳感器能夠提供準(zhǔn)確、詳細(xì)的油藏特性數(shù)據(jù)資料并且見到了響應(yīng)時(shí)，為井下生產(chǎn)控制而進(jìn)行的油藏模擬所獲得的參數(shù)將不能準(zhǔn)確并及時(shí)的指導(dǎo)井下作業(yè)。

6.結(jié)束語(yǔ)

未來(lái)幾年，智能型完井技術(shù)重點(diǎn)仍將放在通過(guò)連續(xù)模擬測(cè)量和控制井下所發(fā)生的情況來(lái)優(yōu)化產(chǎn)量上，需要更好的管理數(shù)據(jù)以便了解什么信息最有價(jià)值和如何對(duì)油藏管理作出更迅速的反應(yīng)最終優(yōu)化油藏或油井需要智能完系統(tǒng)，智能完井系統(tǒng)的使用會(huì)為我們帶來(lái)跨通信，將來(lái)油藏優(yōu)化的技術(shù)還會(huì)包括探測(cè)并眼以外進(jìn)入油藏的技術(shù)，如利用傳感器監(jiān)測(cè)和測(cè)量進(jìn)入油藏的水，而智能完井系統(tǒng)以后不僅僅是應(yīng)用于深水復(fù)雜的油井，同時(shí)也可以普遍應(yīng)用于淺水或陸上油井。

參考文獻(xiàn)：

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