天然氣勘探與開發(fā)2008年3月出版智能完井技術侯培培'段永剛’ 嚴小勇' 唐勇'章竟城(1.西南石油大學石油工程學院2. 中國石袖塔里木油田公司)摘要智能完井技術作為一種新型的完井技術,對油田開采提供了- -種更智能化、更靈活的管理,正受到人們越來越多的關注,油氣界也8益認識到智能完井技術在優(yōu)化生產*效率和油氣采收率方面的巨大潛力。文章通過對智能完井系統(tǒng)的介紹,以及對智能完井技術發(fā)展歷史的回顧,結合當今智能完井系統(tǒng)在實際中的應用情況,分析了將來智能完井技術的發(fā)展趨勢和目標,以及智能完井技術在將來發(fā)展過程中所面臨的挑戰(zhàn)。關鍵詞智能完井技術智能化油氣采收率發(fā)展應用0引言集和控制網(wǎng)絡系統(tǒng)。1.2智能 完井系統(tǒng)的主要功能及其技術優(yōu)點[2]21世紀,現(xiàn)代完井技術的總體發(fā)展趨勢是從(1)根據(jù)各個層段生產指數(shù)的變化可以判段和科學化完井的成熟階段向自動化完井階段邁進,智確定節(jié)流生產段的效果。能完井技術的價值也逐漸得到體現(xiàn)。智能完井技(2)能測量和調節(jié)每個產層的關井壓力、流動術通過實現(xiàn)液流控制,使井身結構和油井的生產狀壓力和質量流量,從而更科學、更簡化地管理非均態(tài)得到積極的改進與提高,同時通過對井下數(shù)據(jù)的質油藏。采集來監(jiān)測油井的生產響應,然后將數(shù)據(jù)分析同預(3)消除了關井時橫向流動的影響,可以進行測性油藏模擬配合應用,結合控制系統(tǒng)的反饋數(shù)據(jù)每個產層地壓力升降分析;消除了多層合采混合流資料,尋求一系列積極有效的生產措施,為油井的動分析所引起的誤差,更容易進行物質平衡計算且高效生產帶來更大的價值。更加精確。(4)幫助采油工程師和過程控制工程師更有效1智能完井概述地判斷、測量和調節(jié)管理過程。(5)能在井下產層處進行控制和測量,促使操智能完井系統(tǒng)被稱作是井下永久監(jiān)測控制系作者能夠調整變化的生產剖面,從而優(yōu)化生產。統(tǒng),它是一-種能夠采集、傳輸和分析井下生產狀態(tài)、(6)能關閉或者抑制產水層段,從而改善舉升油藏狀態(tài)和整體完井管柱生產數(shù)據(jù)等資料,并且性能易于處理及排放產出水。能夠根據(jù)油井生產情況,以遠程控制的方式及時對(7)可以利用鄰層氣進行氣舉,提高枯竭層段油層進行監(jiān)測控制的完井系統(tǒng)。的產量。1.1 智能完井系統(tǒng)的組成部分"(8)通過遙控調節(jié)氣舉閥,優(yōu)化常規(guī)氣舉方法。(1)永久安裝在井下的,間隔分布于整個井筒(9)實時獲得關鍵信息,把生產測井工作量減中的井下溫度、壓力、流量、位移、時間等傳感器組。至最少。(2)能在地面遙控井下的裝置。如可遙控的井(10)有時候不需要井下作業(yè)就可以對選擇層下封隔器分隔器、可遙控的層間控制閥與井下節(jié)位按程序處理。流器控制分支井簡密封的開關裝置井下安全閥(11)可減少干擾作業(yè)次數(shù),節(jié)約操作和風險費及水下(或陸地)井口裝置等。用,中國煤化工(3)可以實時獲取井下信息的多站井下數(shù)據(jù)采1.3YHCNMHG作者簡介侯培培,女,1981 年出生,在讀碩士研究生;主要從事油氣井工程研究。地址:(610500)成都市新都區(qū)西南石油大學碩20050疑3班油氣井工程專業(yè)。電話:13518163736. E - mail:zu7526@ ein com cn●40..第31卷第1期天然氣勘探與開發(fā)(1)海下油井:減少和最大限度地消除油井的電子傳感器,結合電動滑套開關,每個滑套開關或智采油維修工作。能生產調節(jié)器都采用--種無級可調油嘴，連接到電(2)高度非均質儲層的水平延伸井:使流量控動機和井下參數(shù)測量儀上。而井下的動力電和數(shù)字制裝置下人到繞性油管所能下入的最深位置。信息傳輸都是通過用環(huán)氧樹脂充填的絞織雙線接頭(3)深水油井:可以減少設備和員工。提供給智能生產調節(jié)器的。為了精確控制流量,在(4)多分支井:電子設備可以精確的監(jiān)測井下選好了智能生產調節(jié)器之后,由井下電動馬達驅動不同層段的壓力,并調控每個生產層段的生產壓差,調節(jié)閥,可以使調節(jié)閥的位置開啟到任意角度,實現(xiàn)可以使油井的各分支同時采油及以最佳方式采油。井下流量的無級調節(jié)。而后面兩種水力控制的智能(5)多油層的合采井。完井系統(tǒng)依靠電子和液壓傳感器驅動井下滑套開(6)需要井底油/水分離處理的井。關,每個水力操作滑套由地面的兩條水力管道驅動,靠滑套依靠壓力響應打開或關閉,水力滑套開關則2智能完井 技術的發(fā)展歷史由地面的兩個水力管線控制。地面控制器可控制滑20世紀80年代末,智能完井技術通常只限于套,遙控操作井下開關,還可控制油嘴和水嘴。其對采油樹和油嘴附近的地面?zhèn)鞲衅鬟M行遠程監(jiān)控、中,由于光纖傳感器具有分布式測量能力,可以測量對地下安全閥進行遠程液壓控制、對采油樹閥門進被測量空間的空間分布,給出剖面信息,所以光纖傳行液壓或電動液壓控制。最初利用計算機輔助生產感器的水力系統(tǒng)能夠讓傳感器更準確地進行井下各主要在兩個方面:①對采油樹附近的油嘴進行遠程種參數(shù)的采集和監(jiān)測,并且它可單獨地采用水力滑控制,實現(xiàn)氣舉井生產優(yōu)化;②對抽油機井進行監(jiān)套實現(xiàn)分層開采,使其互不干涉。控。隨著該技術的發(fā)展、智能控制系統(tǒng)的成功運用3智能完井的實際應用以及各種永久性置入傳感器可靠性的提高,經營者開始考慮對井筒流體進行直接控制，以便獲得更大截至目前為止，Baker 0il Tools 公司、Schlum-的商業(yè)利潤,這就要求設計出.-種能提供監(jiān)測和控berger公司、Halliburton公司、Roxar公司等安裝的智制功能的高水平智能系統(tǒng)。能完井系統(tǒng)已在多個油田得以應用,這些智能完井在初期階段,智能完井井下液流控制裝置是基系統(tǒng)的生產動態(tài)均遠好于常規(guī)完井,并能大大加快于常規(guī)的電纜起下滑套閥的工作機理而設計的。這油藏的開采速度,提高油田的最終采收率。應用實種閥的構造設計具備了井下開關和變位節(jié)流功能，例如下:這些功能一般都采用液壓、電力或電動液壓激活系3.1世界第一口全 自動智能完井井統(tǒng)來完成，而后進行的新技術開發(fā)工作促成了具有2000年Baker Oil Tools公司在巴西海上Vargin-抗沖蝕功能節(jié)流裝置的問世,并且其結構可耐高的ha油田的VRG井成功安裝了世界上第-套全電子壓差,除此以外,還開發(fā)了基于常規(guī)井下安全閥技術多層智能完井系統(tǒng)。這是一-口注人井,靠衛(wèi)星傳送研究的其它裝置,以及可用于井下生產管柱開關的數(shù)據(jù),從辦公室可以遙控監(jiān)測到距離為265km的井球閥等。場。第一次實現(xiàn)了在該公司總部,由衛(wèi)星通信穿過在90年代后期, BakerHughes、Schlumberger、165m的距離,遙控監(jiān)測和控制了2個層位的注水速ABB和Roxar等幾家公司都開發(fā)了對井下進行監(jiān)控度。的智能完井技術。1997年Baker 0il Tools 和該公司選用這種裝置的理由是其簡單性和全電Schlumberger 公司聯(lián)合開發(fā)了電子智能流量控制系子設計,增加完整進人法和動力-通信-體化結構，統(tǒng),稱為“InCharge"。Baker 0il Tools 還單獨在現(xiàn)有的采油樹不需要或僅需要很小的改動。此完井Baker自己的CM滑套的基礎上研制了一個水力操裝置可 以在實時監(jiān)測井底、油管和環(huán)形空間內的壓作系統(tǒng),稱為“InForce"。這兩種系統(tǒng)于1999 年和力、溫度和流量等參數(shù)變化的同時控制流動。利用2000年在巴西的Roncador油田和挪威的Snohe油裝在航"中國煤化工下文丘里流量計田得到了現(xiàn)場應用。并通TJH主測。將水注入到目前有三種智能完井系統(tǒng):全電子智能元件系1個層CN M.H G到上游和下游的統(tǒng)、光纖傳感器的水力系統(tǒng)和具有電子永久性井下壓力變化以及水注人到每個層位的直接影響。新裝參數(shù)測量儀的水力系統(tǒng)。全電子智能完井系統(tǒng)采用置的心臟是調節(jié)閥部件,它具有兩個高分辨率的石.41●天然氣勘探與開發(fā)2008年3月出版英傳感器(壓力傳感器、溫度傳感器)和-個%"雙饋會穿過防護外殼,這部分在使用中不足夠耐磨,被認通管,該裝置可以提供:①從環(huán)空到油管進行無限變?yōu)槭窍到y(tǒng)中的一個薄弱環(huán)節(jié),是很容易被發(fā)現(xiàn)的?；墓?jié)流控制;②節(jié)流閥位置的直接探測;③機械備成套設備采用的是4%"的完井管柱而不是鉆柱，目件的換位能力[5]。的是為了更好更全面地模擬最終完井作業(yè)的管柱。3.2 智能完井在深水氣井開采中的設計應用61智能完井系統(tǒng)與ES - PCP組件安裝在一起使TotalFrina Elf Aconcagua氣田位于墨西哥灣新奧用帶防護的ES- PCP能夠進行人工舉升,并且液爾良市西南約140英里,Marathon石油公司的Cam-壓控制滑套為主井眼提供了可選擇性的隔斷,這種den Hils區(qū)塊與其毗鄰,它們和BP plc King's Peak防護將會降低從ES - PCP到液壓控制滑套之間的氣田生產的氣體都輸送到Canyon Expres集輸和處震動,其結果顯示ES - PCP組件的最小震動少于理系統(tǒng),從3個氣田的海底氣井中生產的天然氣,通1GHz,而使得實際的油產量達到75m'/d,高于預期過長約55英里的雙管線流程輸送到中心處理平臺。的70m'/d。.生產層是一系列高滲透疏松砂巖,大多數(shù)下伏底水。4智能完井面臨的挑戰(zhàn)通常,氣井生產見水后含水上升得很快。開采地下多層的天然氣而不采出地層水,且不需修井作業(yè)是現(xiàn)在已投人應用的智能完井系統(tǒng)采用了監(jiān)測與完井設計的關鍵。流量控制設備之間的閉環(huán)鏈接技術,通過將油藏狀該井應用的智能完井裝置是一套電動液壓系態(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)統(tǒng),該系統(tǒng)對接口的要求要高于單- -電控或液控裝進行對比分析,然后來改進與完善智能完井系統(tǒng),這置。智能完井系統(tǒng)隨生產油管下人井中,液壓/電力就意味著現(xiàn)有的智能完井系統(tǒng)尚存在下列三種生產線用卡子固定于油管上?？刂剖芟薜募夹g難題需要解決:智能完井系統(tǒng)包括一個封隔器座封組件、可回(1)在智能完井的人工舉升油井中,為了優(yōu)化收的生產封隔器、內有三個傳感器的中心管和兩個油井的生產狀態(tài),需要采用優(yōu)良的實時控制技術。電纜傳輸層間控制閥。當氣井生產過程中發(fā)生單層若在油井生產狀態(tài)時輸入?yún)?shù)(如氣舉注氣量、電水淹時,智能完井系統(tǒng)可以單獨關閉該層而不影響潛泵泵抽排量和地面油嘴的設定),則要求油井在氣井的正常生產。層間控制閥是水下控制系統(tǒng)控制幾分鐘內有所響應。的液動閥，由采油樹上的水下控制功能模塊來實(2)在油井優(yōu)化開采方面,總體的控制系統(tǒng)需現(xiàn)。要根據(jù)油田現(xiàn)有生產設施情況來優(yōu)化油田的開采。該智能完井系統(tǒng)有三個永久式井下壓力/溫度油田對這種生產參數(shù)的監(jiān)測有著直接的關系,但是.傳感器,可以監(jiān)測上部、下部多層合采數(shù)據(jù),傳感器控制時間并非恒定不變,因為油田對工藝控制輸人下到層間控制閥以下,這樣才能從關閉層中采集壓參數(shù)的響應在數(shù)小時或數(shù)天內便可測試到。力恢復數(shù)據(jù),而不影響其他層的正常生產。(3)在油藏優(yōu)化管理方面,油田的控制輸入?yún)?.3用分支井與智能完井結合開發(fā)重油油田'”數(shù)受油藏模擬軟件輸出參數(shù)的影響,而模擬軟件的分支井提供2個以上的井眼,而智能完井則提有效性則需采用智能完井系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)通過歷史供良好的油井開發(fā)控制與管理,二者為提高油田采擬合予以確認。油藏優(yōu)化要求傳感器輸出與控制指收率及改善管理效率創(chuàng)造了條件。以Mukahaina令之間不存在關聯(lián)關系,其目的是要顧及油藏的非重油油田為實例,該油田是阿曼地區(qū)南部第三大油均質性,使控制功能同油藏的響應情況相匹配,但是田,發(fā)現(xiàn)于1975年,油田開發(fā)的技術難題在于重油、油藏的響應可能會在數(shù)月或幾年才能測試到。當傳疏松砂巖以及潛在的早期水最后會進人有高開發(fā)價感器能夠提供準確、詳細的油藏特性數(shù)據(jù)資料并且值的儲層。Bake Hughes公司鉆了一口3分支的分見到了響應時,為井下生產控制而進行的油藏模擬支井,3個分支井眼均下了177.8 mm套管,并安所獲得的參數(shù)將不能準確并及時的指導井下作業(yè)。裝了智能完井系統(tǒng),當某-井眼遇到砂堵后,可以隨中國煤化寧的應用領域將繼意打開或關閉相關的井眼。續(xù)得TH產效率的同時,環(huán)在運行智能完井系統(tǒng)和抽吸系統(tǒng)之前,必須確境帶CNM HG條件比較惡劣的.保一個真空的封隔器及泵防護外殼偏移主井眼的距地區(qū),應用井底流量控制時的主要挑戰(zhàn)是在生產中離為5%"。在安裝時,雙重密封控制線的一小部分會出現(xiàn)的大量巖屑。即使在最好的情況下,面對通●42●第31卷第1期天然氣勘探與開發(fā)常的完井設備,出砂都將會引起設備的損壞,還有潛井下開關閥組去調節(jié)和控制井下液體的流入特征和在的安全隱患。智能完井設備也面臨同樣的挑戰(zhàn),流出特征。惡劣的環(huán)境會造成油嘴部分、封口表面、控制線部分(2)智能完井技術將應用于海上油井、深水油的腐蝕和設備運轉時的相互千擾，同時在井底的高井、多分支井、水平延伸井、直井、遠距離操作的油溫高壓環(huán)境條件下,設備的許多元器件長時間使用井、水平延伸油井等多種形式的油井,它可在油井開后也將會出現(xiàn)不同程度的損壞，這些因素都會造成采期內大量減少必要的修井次數(shù),并可使生產者在智能完井系統(tǒng)不能正常工作,進而失去它的功能,就遠離井場的地方對井下系統(tǒng)進行監(jiān)測和遙控。長遠來看,這些因素對智能完井系統(tǒng)的開發(fā)應用都(3)智能完井上的傳感器能夠監(jiān)測各油層油具有很重要的影響0。量、氣量、水量,并能修正油井工作制度。當生產中出現(xiàn)水或氣的錐進時,可以通過調整油層流量(即5智 能完井的發(fā)展趨勢關閉產水層或產氣層,控制注水或注氣等)來延緩未來幾年,智能型完井技術重點仍將放在通過水或氣的錐進,從而實現(xiàn)加速生產,提高油田最終采連續(xù)模擬、測量和控制井下所發(fā)生的情況來優(yōu)化產收率。量上。需要更好的管理數(shù)據(jù)以便了解什么信息最有(4)智能完井系統(tǒng)將改變油、氣生產方式,這一價值和如何對油藏管理作出更迅速的反應,實際上，新的采油工藝技術通過高水平的油藏管理、高質量現(xiàn)在幾乎所有的智能型完井裝置都是采用液壓技術的油氣生產控制,以及有效實時地獲得生產層段的制造的。采用液壓技術開啟和關閉控制閥和油嘴,井下資料,為今后繼續(xù)降低油氣生產成本提供更多只需要- -條小直徑電纜進行操作。光纖在井下作業(yè)的機會。中的應用正在推廣。北海和美國墨西哥灣正在成功參考文獻地布置光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng),以期在優(yōu)化采油方面獲得有益的結果。同時提供液壓和電動智能型完井裝1張紹槐.鉆井、完井技術發(fā)展趨勢-第十五屆世界石油置的供應商也正在研究光纖- -電動和光纖- -液壓探大會信息[J].圖書與石油科技信息, 1998 ,12(1):45 -測裝置。50.最終優(yōu)化油藏或油井需要智能完井系統(tǒng),智能2肖述琴. 智能完井綜合系統(tǒng)[J].西安石油大學學報(自然科學版) ,2004,19(2) :37 -40.完井系統(tǒng)的使用會為我們帶來跨井通信。將來油藏3 M. Konopczynski, w. Moore, J. Hailstone. ESPs and Inelli-優(yōu)化的技術還會包括探測井眼以外進入油藏的技gent Completions[ A]. SPE00077656 ,2002.術,如利用傳感器監(jiān)測和測量進人油藏的水,而且智4杜燦煜. 控制海下油、氣生產的多分支井智能完井技術能完井系統(tǒng)以后不僅僅是應用于深水復雜的油井，[J].國外油田工程,1998,14(3):17 -19.同時也可以普遍應用于淺水或陸上油井[9,10]。5 Sehechter R S. World's Firt all - etrice , Mulizone ,Intel-智能完井系統(tǒng)的中遠期研制開發(fā)目標如下川:ligent Well[J]. World oil,2001 ,222 (12) :53 -54.(1)從油藏管理出發(fā)避免頻繁的修井作業(yè)(這6王敏. 深水氣井的防砂和智能完井系統(tǒng)設計與施工[J].也是智能完井目前的主要目標)。國外油田工程,2003 ,19(11) :25 -26.(2)動用一口油井中的多層或整個油藏。Pascal Rump, Ronjoy Bairagj， John Fraser, KlausMueller. Mulilatrelntelligent Well Improve Development(3)實現(xiàn)油井的自身優(yōu)化生產和自動化生產與0i1 Field - A Case History[ A]. SPE 0087207 ,2004.工藝控制。8 W. Moore, M. Konopezynski, V. Jackson Nielsen Imple-(4)對優(yōu)化生產系統(tǒng)進行優(yōu)化設計,而并非只mentation of Itelligent well Completions Within a Sand對基本的生產單元進行優(yōu)化設計,如井下/海底生產Control Environnent[ A]. SPE 00202 ,2002.設備同地面設備與基本設施實現(xiàn)良好的匹配。9 ChenevertM E What Lies A bhead[J]. Hant's E &P ,2001,(5)可靠性大于95% ,安裝后的有效工作壽命74(3):13-15.為10年。.中國煤化工5油鉆采工藝2001,6結束語TYHCN MH Gmpeiom[A].SrE(1)智能完井系統(tǒng)將用于實時監(jiān)測油井井筒內00080993 ,2003.的諸多參數(shù),如壓力、溫度以及流量,并且能夠控制(收稿日期2007-12-27編輯 景岷冒).43.