智能完井技术

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1、智能完井技术侯培培1段永刚1严小勇1唐 勇1章竟城2( 11西南石油大学石油工程学院 21中国石油塔里木油田公司)摘 要 智能完井技术作为一种新型的完井技术, 对油田开采提供了一种更智能化、 更灵活的管理, 正受到人们越来越多的关注, 油气界也日益认识到智能完井技术在优化生产效率和油气采收率方面的巨大潜力。文章通过对智能完井系统的介绍, 以及对智能完井技术发展历史的回顾, 结合当今智能完井系统在实际中的应用情况, 分析了将来智能完井技术的发展趋势和目标, 以及智能完井技术在将来发展过程中所面临的挑战。关键词 智能完井技术 智能化 油气采收率 发展 应用0 引言21世纪, 现代完井技术的总体发展

2、趋势是从 科学化完井的成熟阶段向自动化完井阶段迈进, 智能完井技术的价值也逐渐得到体现。智能完井技术通过实现液流控制, 使井身结构和油井的生产状 态得到积极的改进与提高, 同时通过对井下数据的采集来监测油井的生产响应, 然后将数据分析同预测性油藏模拟配合应用, 结合控制系统的反馈数据资料, 寻求一系列积极有效的生产措施, 为油井的 高效生产带来更大的价值。1 智能完井概述智能完井系统被称作是井下永久监测控制系统, 它是一种能够采集、 传输和分析井下生产状态、油藏状态和整体完井管柱生产数据等资料, 并且 能够根据油井生产情况, 以远程控制的方式及时对油层进行监测控制的完井系统。111 智能完井系

3、统的组成部分 1( 1) 永久安装在井下的, 间隔分布于整个井筒中的井下温度、 压力、 流量、 位移、 时间等传感器组。( 2)能在地面遥控井下的装置。如可遥控的井下封隔器、 分隔器、 可遥控的层间控制阀与井下节 流器、 控制分支井筒密封的开关装置、 井下安全阀及水下 (或陆地 )井口装置等。( 3)可以实时获取井下信息的多站井下数据采集和控制网络系统。 112 智能完井系统的主要功能及其技术优点 2( 1)根据各个层段生产指数的变化可以判段和确定节流生产段的效果。 ( 2)能测量和调节每个产层的关井压力、 流动压力和质量流量, 从而更科学、 更简化地管理非均质油藏。( 3)消除了关井时横向流

4、动的影响, 可以进行 每个产层地压力升降分析; 消除了多层合采混合流动分析所引起的误差, 更容易进行物质平衡计算且更加精确。( 4)帮助采油工程师和过程控制工程师更有效 地判断、 测量和调节管理过程。( 5)能在井下产层处进行控制和测量, 促使操作者能够调整变化的生产剖面, 从而优化生产。 ( 6)能关闭或者抑制产水层段, 从而改善举升性能、 易于处理及排放产出水。( 7)可以利用邻层气进行气举, 提高枯竭层段的产量。 ( 8)通过遥控调节气举阀, 优化常规气举方法。( 9)实时获得关键信息, 把生产测井工作量减至最少。 ( 10)有时候不需要井下作业就可以对选择层位按程序处理。( 11)可减

5、少干扰作业次数, 节约操作和风险费用, 直接提高安全性。 113智能完井技术的适用范围 3 , 4作者简介 侯培培, 女, 1981年出生, 在读硕士研究生; 主要从事油气井工程研究。地址: ( 610500)成都市新都区西南石油大学硕 2005级3班油气井工程专业。电话: 13518163736 。E- mai: l zu7526 sina1 com1 cn#40#钻 井 工 程天 然 气 勘 探 与 开 发 2008年 3月出版 ( 1)海下油井: 减少和最大限度地消除油井的采油维修工作。( 2)高度非均质储层的水平延伸井: 使流量控 制装置下入到绕性油管所能下入的最深位置。( 3)深水油

6、井: 可以减少设备和员工。( 4)多分支井: 电子设备可以精确的监测井下 不同层段的压力, 并调控每个生产层段的生产压差,可以使油井的各分支同时采油及以最佳方式采油。( 5)多油层的合采井。( 6)需要井底油 /水分离处理的井。2 智能完井技术的发展历史20世纪 80年代末, 智能完井技术通常只限于 对采油树和油嘴附近的地面传感器进行远程监控、对地下安全阀进行远程液压控制、 对采油树阀门进行液压或电动液压控制。最初利用计算机辅助生产主要在两个方面: 对采油树附近的油嘴进行远程 控制, 实现气举井生产优化; 对抽油机井进行监控。随着该技术的发展、 智能控制系统的成功运用以及各种永久性置入传感器可

7、靠性的提高, 经营者 开始考虑对井筒流体进行直接控制, 以便获得更大的商业利润, 这就要求设计出一种能提供监测和控制功能的高水平智能系统。在初期阶段, 智能完井井下液流控制装置是基 于常规的电缆起下滑套阀的工作机理而设计的。这种阀的构造设计具备了井下开关和变位节流功能,这些功能一般都采用液压、 电力或电动液压激活系 统来完成, 而后进行的新技术开发工作促成了具有抗冲蚀功能节流装置的问世, 并且其结构可耐高的压差, 除此以外, 还开发了基于常规井下安全阀技术研究的其它装置, 以及可用于井下生产管柱开关的 球阀等。在 90 年代后 期, Baker H ughes 、Schlumberger 、A

8、BB和 Roxar等几家公司都开发了对井下进行监控的 智 能完 井 技 术。 1997 年 Baker O il Tools 和 Schlumberger公司联合开发了电子智能流量控制系统, 称为 / InCharge0。 Baker Oil Too1s还 单独在Baker自己的 CM 滑套的基础上研制了一个水力操 作系统, 称为 / InForce0。这两种系统于 1999年和2000年在巴西的 Roncador油田和挪威的 Snohe油田得到了现场应用。目前有三种智能完井系统: 全电子智能元件系 统、 光纤传感器的水力系统和具有电子永久性井下参数测量仪的水力系统。全电子智能完井系统采用电子

9、传感器, 结合电动滑套开关, 每个滑套开关或智能生产调节器都采用一种无级可调油嘴, 连接到电动机和井下参数测量仪上。而井下的动力电和数字 信息传输都是通过用环氧树脂充填的绞织双线接头提供给智能生产调节器的。为了精确控制流量, 在选好了智能生产调节器之后, 由井下电动马达驱动 调节阀, 可以使调节阀的位置开启到任意角度, 实现井下流量的无级调节。而后面两种水力控制的智能完井系统依靠电子和液压传感器驱动井下滑套开关, 每个水力操作滑套由地面的两条水力管道驱动, 靠滑套依靠压力响应打开或关闭, 水力滑套开关则由地面的两个水力管线控制。地面控制器可控制滑套, 遥控操作井下开关, 还可控制油嘴和水嘴。其

10、 中, 由于光纤传感器具有分布式测量能力, 可以测量被测量空间的空间分布, 给出剖面信息, 所以光纤传感器的水力系统能够让传感器更准确地进行井下各种参数的采集和监测, 并且它可单独地采用水力滑 套实现分层开采, 使其互不干涉。3 智能完井的实际应用截至目前为止, Baker O il Tools公司、 Schlum-berger公司、 Halliburton公司、 Roxar公司等安装的智能完井系统已在多个油田得以应用, 这些智能完井系统的生产动态均远好于常规完井, 并能大大加快 油藏的开采速度, 提高油田的最终采收率。应用实例如下:311 世界第一口全自动智能完井井 2000年 BakerO

11、ilTools公司在巴西海上 Vargin -ha油田的 VRG井成功安装了世界上第一套全电子多层智能完井系统。这是一口注入井, 靠卫星传送数据, 从办公室可以遥控监测到距离为 265k m 的井 场。第一次实现了在该公司总部, 由卫星通信穿过165m 的距离, 遥控监测和控制了 2个层位的注水速度。该公司选用这种装置的理由是其简单性和全电 子设计, 增加完整进入法和动力) 通信一体化结构,现有的采油树不需要或仅需要很小的改动。此完井装置可以在实时监测井底、 油管和环形空间内的压 力、 温度和流量等参数变化的同时控制流动。利用装在船上的压力、 温度测量仪和井下文丘里流量计并通过可无限变化的节流

12、阀进行监测。将水注入到1个层位时, 工程师能够实时地看到上游和下游的 压力变化以及水注入到每个层位的直接影响。新装置的心脏是调节阀部件, 它具有两个高分辨率的石#41#第 31卷 第 1期 天 然 气 勘 探 与 开 发 钻 井 工 程英传感器 (压力传感器、 温度传感器 )和一个 1/4d 双馈通管, 该装置可以提供: 从环空到油管进行无限 变化的节流控制; 节流阀位置的直接探测; 机械备件的换位能力 5。312 智能完井在深水气井开采中的设计应用 6TotalF ina ElfAconcagua气田位于墨西哥湾新奥尔良市西南约 140英里 , Marathon石油公司的 Ca m- den

13、H ills区块与其毗邻, 它们和 BP plc K ingcs Peak气田生产的气体都输送到 Canyon Express集输和处理系统, 从 3个气田的海底气井中生产的天然气, 通 过长约 55英里的双管线流程输送到中心处理平台。生产层是一系列高渗透疏松砂岩, 大多数下伏底水。通常, 气井生产见水后含水上升得很快。开采地下 多层的天然气而不采出地层水, 且不需修井作业是完井设计的关键。 该井应用的智能完井装置是一套电动液压系统, 该系统对接口的要求要高于单一电控或液控装置。智能完井系统随生产油管下入井中, 液压 /电力 线用卡子固定于油管上。智能完井系统包括一个封隔器座封组件、 可回收的

14、生产封隔器、 内有三个传感器的中心管和两个 电缆传输层间控制阀。当气井生产过程中发生单层水淹时, 智能完井系统可以单独关闭该层而不影响气井的正常生产。层间控制阀是水下控制系统控制 的液动阀, 由采油树上的水下控制功能模块来实现。该智能完井系统有三个永久式井下压力 / 温度 传感器, 可以监测上部、 下部、 多层合采数据, 传感器下到层间控制阀以下, 这样才能从关闭层中采集压力恢复数据, 而不影响其他层的正常生产。 313 用分支井与智能完井结合开发重油油田 7分支井提供 2个以上的井眼, 而智能完井则提 供良好的油井开发控制与管理, 二者为提高油田采收率及改善管理效率创造了条件。以 Mukah

15、aizna重油油田为实例, 该油田是阿曼地区南部第三大油 田, 发现于 1975年, 油田开发的技术难题在于重油、疏松砂岩以及潜在的早期水最后会进入有高开发价值的储层。Bake Hughes公司钻了一口 3分支的分 支井, 3个分支井眼均下了 5 1771 8 mm 套管, 并安装了智能完井系统, 当某一井眼遇到砂堵后, 可以随意打开或关闭相关的井眼。 在运行智能完井系统和抽吸系统之前, 必须确保一个真空的封隔器及泵防护外壳偏移主井眼的距离为 51 4“。在安装时, 双重密封控制线的一小部分会穿过防护外壳, 这部分在使用中不足够耐磨, 被认为是系统中的一个薄弱环节, 是很容易被发现的。成套设备

16、采用的是 41 2“的完井管柱而不是钻柱, 目的是为了更好更全面地模拟最终完井作业的管柱。 智能完井系统与 ES- PCP 组件安装在一起使用, 带防护的 ES- PCP能够进行人工举升, 并且液 压控制滑套为主井眼提供了可选择性的隔断, 这种防护将会降低从 ES- PCP到液压控制滑套之间的震动, 其结果显示 ES- PCP 组件的最小震动少于 1GH z , 而使得实际的油产量达到 75m3/d, 高于预期的 70m3/d。4 智能完井面临的挑战现在已投入应用的智能完井系统采用了监测与 流量控制设备之间的闭环链接技术, 通过将油藏状态传感器得到的数据, 同油藏模拟分析得到的数据进行对比分析, 然后来改进与完善智能完井系统, 这 就意味着现有的智能完井系统尚存在下列三种生产控制受限的技术难题需要解决: ( 1)在智能完井的人工举升油井中, 为了优化油井的生产状态, 需要采用优良的实时控制技术。若在油井生产状态时输入参数 (如气举注气量、 电 潜泵泵抽排量和地