智能完井技術(shù)

天然氣勘探與開(kāi)發(fā)2008年3月出版智能完井技術(shù)侯培培'段永剛’ 嚴小勇' 唐勇'章竟城(1.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院2. 中國石袖塔里木油田公司)摘要智能完井技術(shù)作為一種新型的完井技術(shù),對油田開(kāi)采提供了- -種更智能化、更靈活的管理,正受到人們越來(lái)越多的關(guān)注,油氣界也8益認識到智能完井技術(shù)在優(yōu)化生產(chǎn)*效率和油氣采收率方面的巨大潛力。文章通過(guò)對智能完井系統的介紹,以及對智能完井技術(shù)發(fā)展歷史的回顧,結合當今智能完井系統在實(shí)際中的應用情況,分析了將來(lái)智能完井技術(shù)的發(fā)展趨勢和目標,以及智能完井技術(shù)在將來(lái)發(fā)展過(guò)程中所面臨的挑戰。關(guān)鍵詞智能完井技術(shù)智能化油氣采收率發(fā)展應用0引言集和控制網(wǎng)絡(luò )系統。1.2智能 完井系統的主要功能及其技術(shù)優(yōu)點(diǎn)[2]21世紀,現代完井技術(shù)的總體發(fā)展趨勢是從(1)根據各個(gè)層段生產(chǎn)指數的變化可以判段和科學(xué)化完井的成熟階段向自動(dòng)化完井階段邁進(jìn),智確定節流生產(chǎn)段的效果。能完井技術(shù)的價(jià)值也逐漸得到體現。智能完井技(2)能測量和調節每個(gè)產(chǎn)層的關(guān)井壓力、流動(dòng)術(shù)通過(guò)實(shí)現液流控制,使井身結構和油井的生產(chǎn)狀壓力和質(zhì)量流量,從而更科學(xué)、更簡(jiǎn)化地管理非均態(tài)得到積極的改進(jìn)與提高,同時(shí)通過(guò)對井下數據的質(zhì)油藏。采集來(lái)監測油井的生產(chǎn)響應,然后將數據分析同預(3)消除了關(guān)井時(shí)橫向流動(dòng)的影響,可以進(jìn)行測性油藏模擬配合應用,結合控制系統的反饋數據每個(gè)產(chǎn)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(chǎn)措施,為油井的動(dòng)分析所引起的誤差,更容易進(jìn)行物質(zhì)平衡計算且高效生產(chǎn)帶來(lái)更大的價(jià)值。更加精確。(4)幫助采油工程師和過(guò)程控制工程師更有效1智能完井概述地判斷、測量和調節管理過(guò)程。(5)能在井下產(chǎn)層處進(jìn)行控制和測量,促使操智能完井系統被稱(chēng)作是井下永久監測控制系作者能夠調整變化的生產(chǎn)剖面,從而優(yōu)化生產(chǎn)。統,它是一-種能夠采集、傳輸和分析井下生產(chǎn)狀態(tài)、(6)能關(guān)閉或者抑制產(chǎn)水層段,從而改善舉升油藏狀態(tài)和整體完井管柱生產(chǎn)數據等資料,并且性能易于處理及排放產(chǎn)出水。能夠根據油井生產(chǎn)情況,以遠程控制的方式及時(shí)對(7)可以利用鄰層氣進(jìn)行氣舉,提高枯竭層段油層進(jìn)行監測控制的完井系統。的產(chǎn)量。1.1 智能完井系統的組成部分"(8)通過(guò)遙控調節氣舉閥,優(yōu)化常規氣舉方法。(1)永久安裝在井下的,間隔分布于整個(gè)井筒(9)實(shí)時(shí)獲得關(guān)鍵信息,把生產(chǎn)測井工作量減中的井下溫度、壓力、流量、位移、時(shí)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(shí)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位按程序處理。流器控制分支井簡(jiǎn)密封的開(kāi)關(guān)裝置井下安全閥(11)可減少干擾作業(yè)次數,節約操作和風(fēng)險費及水下(或陸地)井口裝置等。用,中國煤化工(3)可以實(shí)時(shí)獲取井下信息的多站井下數據采1.3YHCNMHG作者簡(jiǎn)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)成都市新都區西南石油大學(xué)碩20050疑3班油氣井工程專(zhuān)業(yè)。電話(huà):13518163736. E - mail:zu7526@ ein com cn●40..第31卷第1期天然氣勘探與開(kāi)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(dòng)滑套開(kāi)關(guān),每個(gè)滑套開(kāi)關(guān)或智采油維修工作。能生產(chǎn)調節器都采用--種無(wú)級可調油嘴，連接到電(2)高度非均質(zhì)儲層的水平延伸井:使流量控動(dòng)機和井下參數測量?jì)x上。而井下的動(dòng)力電和數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(guò)用環(huán)氧樹(shù)脂充填的絞織雙線(xiàn)接頭(3)深水油井:可以減少設備和員工。提供給智能生產(chǎn)調節器的。為了精確控制流量,在(4)多分支井:電子設備可以精確的監測井下選好了智能生產(chǎn)調節器之后,由井下電動(dòng)馬達驅動(dòng)不同層段的壓力,并調控每個(gè)生產(chǎn)層段的生產(chǎn)壓差,調節閥,可以使調節閥的位置開(kāi)啟到任意角度,實(shí)現可以使油井的各分支同時(shí)采油及以最佳方式采油。井下流量的無(wú)級調節。而后面兩種水力控制的智能(5)多油層的合采井。完井系統依靠電子和液壓傳感器驅動(dòng)井下滑套開(kāi)(6)需要井底油/水分離處理的井。關(guān),每個(gè)水力操作滑套由地面的兩條水力管道驅動(dòng),靠滑套依靠壓力響應打開(kāi)或關(guān)閉,水力滑套開(kāi)關(guān)則2智能完井 技術(shù)的發(fā)展歷史由地面的兩個(gè)水力管線(xiàn)控制。地面控制器可控制滑20世紀80年代末,智能完井技術(shù)通常只限于套,遙控操作井下開(kāi)關(guān),還可控制油嘴和水嘴。其對采油樹(shù)和油嘴附近的地面傳感器進(jìn)行遠程監控、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(jìn)行遠程液壓控制、對采油樹(shù)閥門(mén)進(jìn)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(dòng)液壓控制。最初利用計算機輔助生產(chǎn)感器的水力系統能夠讓傳感器更準確地進(jìn)行井下各主要在兩個(gè)方面:①對采油樹(shù)附近的油嘴進(jìn)行遠程種參數的采集和監測,并且它可單獨地采用水力滑控制,實(shí)現氣舉井生產(chǎn)優(yōu)化;②對抽油機井進(jìn)行監套實(shí)現分層開(kāi)采,使其互不干涉?？?。隨著(zhù)該技術(shù)的發(fā)展、智能控制系統的成功運用3智能完井的實(shí)際應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(kāi)始考慮對井筒流體進(jìn)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。能完井系統已在多個(gè)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的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)均遠好于常規完井,并能大大加快于常規的電纜起下滑套閥的工作機理而設計的。這油藏的開(kāi)采速度,提高油田的最終采收率。應用實(shí)種閥的構造設計具備了井下開(kāi)關(guān)和變位節流功能，例如下:這些功能一般都采用液壓、電力或電動(dòng)液壓激活系3.1世界第一口全 自動(dòng)智能完井井統來(lái)完成，而后進(jìn)行的新技術(shù)開(kāi)發(fā)工作促成了具有2000年Baker Oil Tools公司在巴西海上Vargin-抗沖蝕功能節流裝置的問(wèn)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(kāi)發(fā)了基于常規井下安全閥技術(shù)多層智能完井系統。這是一-口注人井,靠衛星傳送研究的其它裝置,以及可用于井下生產(chǎn)管柱開(kāi)關(guān)的數據,從辦公室可以遙控監測到距離為265km的井球閥等。場(chǎng)。第一次實(shí)現了在該公司總部,由衛星通信穿過(guò)在90年代后期, BakerHughes、Schlumberger、165m的距離,遙控監測和控制了2個(gè)層位的注水速ABB和Roxar等幾家公司都開(kāi)發(fā)了對井下進(jìn)行監控度。的智能完井技術(shù)。1997年Baker 0il Tools 和該公司選用這種裝置的理由是其簡(jiǎn)單性和全電Schlumberger 公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)了電子智能流量控制系子設計,增加完整進(jìn)人法和動(dòng)力-通信-體化結構，統,稱(chēng)為“InCharge"。Baker 0il Tools 還單獨在現有的采油樹(shù)不需要或僅需要很小的改動(dòng)。此完井Baker自己的CM滑套的基礎上研制了一個(gè)水力操裝置可 以在實(shí)時(shí)監測井底、油管和環(huán)形空間內的壓作系統,稱(chēng)為“InForce"。這兩種系統于1999 年和力、溫度和流量等參數變化的同時(shí)控制流動(dòng)。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場(chǎng)應用。并通TJH主測。將水注入到目前有三種智能完井系統:全電子智能元件系1個(gè)層CN M.H G到上游和下游的統、光纖傳感器的水力系統和具有電子永久性井下壓力變化以及水注人到每個(gè)層位的直接影響。新裝參數測量?jì)x的水力系統。全電子智能完井系統采用置的心臟是調節閥部件,它具有兩個(gè)高分辨率的石.41●天然氣勘探與開(kāi)發(fā)2008年3月出版英傳感器(壓力傳感器、溫度傳感器)和-個(gè)%"雙饋會(huì )穿過(guò)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(jìn)行無(wú)限變?yōu)槭窍到y中的一個(gè)薄弱環(huán)節,是很容易被發(fā)現的?；墓澚骺刂?②節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(kāi)采中的設計應用61智能完井系統與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(jìn)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區塊與其毗鄰,它們和BP plc King's Peak防護將會(huì )降低從ES - PCP到液壓控制滑套之間的氣田生產(chǎn)的氣體都輸送到Canyon Expres集輸和處震動(dòng),其結果顯示ES - PCP組件的最小震動(dòng)少于理系統,從3個(gè)氣田的海底氣井中生產(chǎn)的天然氣,通1GHz,而使得實(shí)際的油產(chǎn)量達到75m'/d,高于預期過(guò)長(cháng)約55英里的雙管線(xiàn)流程輸送到中心處理平臺。的70m'/d。.生產(chǎn)層是一系列高滲透疏松砂巖,大多數下伏底水。4智能完井面臨的挑戰通常,氣井生產(chǎn)見(jiàn)水后含水上升得很快。開(kāi)采地下多層的天然氣而不采出地層水,且不需修井作業(yè)是現在已投人應用的智能完井系統采用了監測與完井設計的關(guān)鍵。流量控制設備之間的閉環(huán)鏈接技術(shù),通過(guò)將油藏狀該井應用的智能完井裝置是一套電動(dòng)液壓系態(tài)傳感器得到的數據,同油藏模擬分析得到的數據統,該系統對接口的要求要高于單- -電控或液控裝進(jìn)行對比分析,然后來(lái)改進(jìn)與完善智能完井系統,這置。智能完井系統隨生產(chǎn)油管下人井中,液壓/電力就意味著(zhù)現有的智能完井系統尚存在下列三種生產(chǎn)線(xiàn)用卡子固定于油管上?？刂剖芟薜募夹g(shù)難題需要解決:智能完井系統包括一個(gè)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(chǎn)封隔器、內有三個(gè)傳感器的中心管和兩個(gè)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)。電纜傳輸層間控制閥。當氣井生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生單層若在油井生產(chǎn)狀態(tài)時(shí)輸入參數(如氣舉注氣量、電水淹時(shí),智能完井系統可以單獨關(guān)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(chǎn)。層間控制閥是水下控制系統控制幾分鐘內有所響應。的液動(dòng)閥，由采油樹(shù)上的水下控制功能模塊來(lái)實(shí)(2)在油井優(yōu)化開(kāi)采方面,總體的控制系統需現。要根據油田現有生產(chǎn)設施情況來(lái)優(yōu)化油田的開(kāi)采。該智能完井系統有三個(gè)永久式井下壓力/溫度油田對這種生產(chǎn)參數的監測有著(zhù)直接的關(guān)系,但是.傳感器,可以監測上部、下部多層合采數據,傳感器控制時(shí)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(guān)閉層中采集壓參數的響應在數小時(shí)或數天內便可測試到。力恢復數據,而不影響其他層的正常生產(chǎn)。(3)在油藏優(yōu)化管理方面,油田的控制輸入參3.3用分支井與智能完井結合開(kāi)發(fā)重油油田'”數受油藏模擬軟件輸出參數的影響,而模擬軟件的分支井提供2個(gè)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提供的數據通過(guò)歷史供良好的油井開(kāi)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(guān)聯(lián)關(guān)系,其目的是要顧及油藏的非重油油田為實(shí)例,該油田是阿曼地區南部第三大油均質(zhì)性,使控制功能同油藏的響應情況相匹配,但是田,發(fā)現于1975年,油田開(kāi)發(fā)的技術(shù)難題在于重油、油藏的響應可能會(huì )在數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(huì )進(jìn)人有高開(kāi)發(fā)價(jià)感器能夠提供準確、詳細的油藏特性數據資料并且值的儲層。Bake Hughes公司鉆了一口3分支的分見(jiàn)到了響應時(shí),為井下生產(chǎn)控制而進(jìn)行的油藏模擬支井,3個(gè)分支井眼均下了177.8 mm套管,并安所獲得的參數將不能準確并及時(shí)的指導井下作業(yè)。裝了智能完井系統,當某-井眼遇到砂堵后,可以隨中國煤化寧的應用領(lǐng)域將繼意打開(kāi)或關(guān)閉相關(guān)的井眼。續得TH產(chǎn)效率的同時(shí),環(huán)在運行智能完井系統和抽吸系統之前,必須確境帶CNM HG條件比較惡劣的.保一個(gè)真空的封隔器及泵防護外殼偏移主井眼的距地區,應用井底流量控制時(shí)的主要挑戰是在生產(chǎn)中離為5%"。在安裝時(shí),雙重密封控制線(xiàn)的一小部分會(huì )出現的大量巖屑。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(kāi)發(fā)常的完井設備,出砂都將會(huì )引起設備的損壞,還有潛井下開(kāi)關(guān)閥組去調節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,流出特征。惡劣的環(huán)境會(huì )造成油嘴部分、封口表面、控制線(xiàn)部分(2)智能完井技術(shù)將應用于海上油井、深水油的腐蝕和設備運轉時(shí)的相互千擾，同時(shí)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(cháng)時(shí)間使用井、水平延伸油井等多種形式的油井,它可在油井開(kāi)后也將會(huì )出現不同程度的損壞，這些因素都會(huì )造成采期內大量減少必要的修井次數,并可使生產(chǎn)者在智能完井系統不能正常工作,進(jìn)而失去它的功能,就遠離井場(chǎng)的地方對井下系統進(jìn)行監測和遙控。長(cháng)遠來(lái)看,這些因素對智能完井系統的開(kāi)發(fā)應用都(3)智能完井上的傳感器能夠監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(chǎn)中出現水或氣的錐進(jìn)時(shí),可以通過(guò)調整油層流量(即5智 能完井的發(fā)展趨勢關(guān)閉產(chǎn)水層或產(chǎn)氣層,控制注水或注氣等)來(lái)延緩未來(lái)幾年,智能型完井技術(shù)重點(diǎn)仍將放在通過(guò)水或氣的錐進(jìn),從而實(shí)現加速生產(chǎn),提高油田最終采連續模擬、測量和控制井下所發(fā)生的情況來(lái)優(yōu)化產(chǎn)收率。量上。需要更好的管理數據以便了解什么信息最有(4)智能完井系統將改變油、氣生產(chǎn)方式,這一價(jià)值和如何對油藏管理作出更迅速的反應,實(shí)際上，新的采油工藝技術(shù)通過(guò)高水平的油藏管理、高質(zhì)量現在幾乎所有的智能型完井裝置都是采用液壓技術(shù)的油氣生產(chǎn)控制,以及有效實(shí)時(shí)地獲得生產(chǎn)層段的制造的。采用液壓技術(shù)開(kāi)啟和關(guān)閉控制閥和油嘴,井下資料,為今后繼續降低油氣生產(chǎn)成本提供更多只需要- -條小直徑電纜進(jìn)行操作。光纖在井下作業(yè)的機會(huì )。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測系統,以期在優(yōu)化采油方面獲得有益的結果。同時(shí)提供液壓和電動(dòng)智能型完井裝1張紹槐.鉆井、完井技術(shù)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(dòng)和光纖- -液壓探大會(huì )信息[J].圖書(shū)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,智能2肖述琴. 智能完井綜合系統[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) ,2004,19(2) :37 -40.完井系統的使用會(huì )為我們帶來(lái)跨井通信。將來(lái)油藏3 M. Konopczynski, w. Moore, J. Hailstone. ESPs and Inelli-優(yōu)化的技術(shù)還會(huì )包括探測井眼以外進(jìn)入油藏的技gent Completions[ A]. SPE00077656 ,2002.術(shù),如利用傳感器監測和測量進(jìn)人油藏的水,而且智4杜燦煜. 控制海下油、氣生產(chǎn)的多分支井智能完井技術(shù)能完井系統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(shí)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-智能完井系統的中遠期研制開(kāi)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(dòng)用一口油井中的多層或整個(gè)油藏。Pascal Rump, Ronjoy Bairagj， John Fraser, KlausMueller. Mulilatrelntelligent Well Improve Development(3)實(shí)現油井的自身優(yōu)化生產(chǎn)和自動(dòng)化生產(chǎn)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(chǎn)系統進(jìn)行優(yōu)化設計,而并非只mentation of Itelligent well Completions Within a Sand對基本的生產(chǎn)單元進(jìn)行優(yōu)化設計,如井下/海底生產(chǎn)Control Environnent[ A]. SPE 00202 ,2002.設備同地面設備與基本設施實(shí)現良好的匹配。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(yǔ)TYHCN MH Gmpeiom[A].SrE(1)智能完井系統將用于實(shí)時(shí)監測油井井筒內00080993 ,2003.的諸多參數,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.