智能化油氣田發(fā)展現(xiàn)狀及前景綜述

孫萌 婁煥偉 劉浩宇 羅曉矗 李抒佳

（長江大學石油工程學院，湖北 武漢 430100）

一、智能化油氣田

智能化油氣田是指降低人力勞動，對油氣田實行數(shù)字化控制，加強油氣采用過程安全，通過不斷優(yōu)化方式，在油氣開發(fā)和管理過程中，追求最大限度的產量、采收率和效益。智能油氣田實施的主要環(huán)節(jié)包括：實時監(jiān)測，模型建立，決策和實施三個環(huán)節(jié)。其中，實時監(jiān)測是其核心，后兩個環(huán)節(jié)均以此為基礎進行。

與傳統(tǒng)油氣井相比,智能井不但能減少層間干擾性對井口的影響,提高油氣開采儲量,還能夠適用于更復雜及更深的油氣井。通過遠程監(jiān)測系統(tǒng)掌握井內作業(yè)情況,采集并向外提供實時的井內數(shù)據(jù)。同時也能夠緩解產能建設與人員緊缺之間的矛盾,以智能機器代替從事部分危險性人力勞動從而增強油氣開發(fā)過程的安全性。

二、國內外研究現(xiàn)狀

（一）國外研究現(xiàn)狀

1990 年末，美國 meridian 氣田在200 口氣井采集和生產的天然氣遠程監(jiān)測系統(tǒng)中使用了微波通訊技術，進行了數(shù)據(jù)交流。1999 年，液壓型-In Force 智能井問世，該智能井通過單條電纜向井下的石英傳感器輸送電力和控制信息，并采用專有的液壓控制線對井下流量閥進行遠程控制，該技術現(xiàn)已商業(yè)化；2000 年，全電動-In Charge 智能井進入市場；光學液壓式智能井采用光纖壓力溫度感應器進行井下數(shù)據(jù)監(jiān)測；斯倫貝謝公司的RCM 系統(tǒng)結合了井下監(jiān)控和地下控制系統(tǒng)，使得操作人員能夠實時連續(xù)地制定油藏管理決策或生產決策［2］。

目前，國外已形成了一套十分成熟穩(wěn)定的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，其將該系統(tǒng)分為三層，以小型機或微機為主的監(jiān)控中心、以 PLC 或智能 RTU 為主的站控系統(tǒng)以及以 PLC或設備配套的專用控制器為主的就地控制系統(tǒng)。

近幾年，為了能夠使這種決策管理模式更加科學和可靠，國外的一家石油公司已經(jīng)開始積極研發(fā)一種光纜油氣監(jiān)測技術，它通過一種集成式的光纜測量傳感器對油氣井和井的油藏情況進行實時在線監(jiān)測，同時對石油溫度、壓力、應力、聲波和空氣流量等多個技術方面的測量數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行在線動態(tài)實時監(jiān)測。

（二）國內研究現(xiàn)狀

遼河油田在實時采用地層監(jiān)測技術聯(lián)合開發(fā)了油井連續(xù)連續(xù)壓力監(jiān)測系統(tǒng)，合理地完善了在高溫、高壓條件下的目標產層封堵設備的難度；西南油氣田研發(fā)了一種永久地下監(jiān)測氣井工藝系統(tǒng)，可實時、連續(xù)地提供目標產層流體的流量、壓力和溫度等參數(shù)信息，以實現(xiàn)目標產層流體的實時連續(xù)監(jiān)測。2004 年，華北油田實現(xiàn)了集群自動化遠程監(jiān)控，其技術已躋身國內領先水平；2010 年，柴達木盆地昆北油田對井口進行了實時監(jiān)測和自動收集數(shù)據(jù)。2011 年，大慶油田的第三代智能井技術成功地應用到了實踐中，但其所使用的單向流量控制閥還存在著諸多的不足。2013 年，勝利油田自主開發(fā)了達到國際領先水平的自動化測量系統(tǒng)，實現(xiàn)采油平臺無人值守的目標。2019 年，大慶油田成功使用智能修井機器人，可代替80%作業(yè)工的勞動力，極大地減少了工人的安全風險。2020年8月新疆瑪湖油田實現(xiàn)遠程計量及數(shù)據(jù)自動傳輸,緩解了該油田日益突出的產能建設與人員緊缺之間的矛盾,不僅提高了工作效率,還降低了人員成本,標志著瑪湖智能油田建設進入新階段。

對比國內外智能油氣田的研究情況可以看出，我國的智能油氣田技術起步晚，沒有一個完備的技術系統(tǒng)，目前國內智能油氣田與國外的技術差距很大，相關的技術在國內存在著許多缺陷，還沒有真正的智能井,但近年來我國奮起直追,頻繁突破,雖然與國外仍有不小差距,但達到國際水平也只是時間問題。

三、研究發(fā)展方向及前景

從早期的一種智能工業(yè)油氣田建設概念的提出，到目前獲得全球多家石油企業(yè)、研究開發(fā)機構和知名大學的廣泛認可，以及企業(yè)參與到的智能工業(yè)油氣田建設工程，智能工業(yè)油氣田的未來發(fā)展將一定會更加廣闊，可謂一片光明。就目前而言,國內外智能化油氣田的研發(fā)與使用情況和油氣田開發(fā)的實際需求仍有很大差距,這中間還有很多難題需要我們去克服。

未來，我國的油氣田智能化建設將大致從以下幾方面展開：一是，通過國內外的行業(yè)標準研究，開展智能建設標準的研究，然后建立油氣生產智能化設計標準系統(tǒng)。第二，引入物聯(lián)網(wǎng)技術，建立信息化專業(yè)項目，建成油氣田生產物聯(lián)網(wǎng)。三是加強國際合作，吸收海內外的先進技術及建設經(jīng)驗，提高國內外技術及產品國產化，培育具有自主知識產權和高素質的技術隊伍。