蘇里格氣田氣井?dāng)?shù)字一體化管理技術(shù)

徐文龍 高玉龍 梁博羽 朱 迅

（中國石油長慶油田公司蘇里格氣田研究中心，陜西 西安 710018）

0 引言

隨著蘇里格氣田的快速發(fā)展，在氣田總井?dāng)?shù)快速增加的同時(shí)，低產(chǎn)低效井、產(chǎn)水氣井、間歇生產(chǎn)井也在逐年增加。2011年統(tǒng)計(jì)顯示，蘇里格氣田全年開展泡沫排水采氣井約1424口，間歇生產(chǎn)井?dāng)?shù)約占?xì)馓锟偩當(dāng)?shù)的8%以上。常規(guī)的排水采氣作業(yè)、間歇井開關(guān)井作業(yè)都需要操作人員親自到現(xiàn)場實(shí)施。在用工人數(shù)相對(duì)固定的情況下，產(chǎn)水氣井和間歇井井?dāng)?shù)的不斷增加，會(huì)增加氣井現(xiàn)場操作頻率和勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)而會(huì)大幅增加氣井生產(chǎn)管理的難度。如何用更為先進(jìn)、有效的技術(shù)管理好產(chǎn)水氣井和間歇生產(chǎn)井，是蘇里格氣田快速發(fā)展所必須面對(duì)和解決的難題。

1 現(xiàn)有數(shù)字化管理技術(shù)存在的問題

經(jīng)過近5年的氣田數(shù)字化建設(shè)，蘇里格氣田先后形成了“數(shù)據(jù)采集與無線傳輸技術(shù)”“氣井遠(yuǎn)程控制技術(shù)”“單井電子巡井技術(shù)”“間歇井自動(dòng)開關(guān)井技術(shù)”“井口自動(dòng)加藥技術(shù)”等一系列數(shù)字化管理技術(shù)，在氣井生產(chǎn)監(jiān)控、生產(chǎn)異常報(bào)警、異常緊急關(guān)井、低壓低產(chǎn)井自動(dòng)開關(guān)井以及井口自動(dòng)加藥等方面基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的操作和管理。雖然目前氣田數(shù)字化管理取得了一定成效，但仍存在以下問題：

1.1 高壓氣井無法遠(yuǎn)程控制開井

由于中低壓地面集輸系統(tǒng)運(yùn)行壓力的限制，目前遠(yuǎn)程控制技術(shù)只能對(duì)高壓氣井進(jìn)行遠(yuǎn)程關(guān)井，高壓氣井的開井作業(yè)必須到井場進(jìn)行人工操作。因而在氣田檢修、停產(chǎn)期間，大規(guī)模氣井關(guān)井后的開井工作量非常巨大。

1.2 自動(dòng)加藥排水采氣無法等效于人工作業(yè)

泡沫排水采氣要求泡排藥劑與井筒積液有一定的浸泡起泡時(shí)間。泡沫排水采氣通常會(huì)在泡排劑加入井筒后，進(jìn)行適當(dāng)關(guān)井悶井作業(yè)。一方面讓藥劑落入井筒與積液充分混合相溶，另一方面有助于泡排劑的起發(fā)泡。由于沒有輔助關(guān)井、開井作業(yè)，現(xiàn)有的重力平衡滴注加藥技術(shù)、智能泵自動(dòng)泵注加藥技術(shù)和自動(dòng)投放固體泡排棒技術(shù)，只能在氣井生產(chǎn)過程中開展泡沫排水采氣藥劑的加注。在此過程中，一部分液體泡排劑會(huì)隨著氣流被攜帶進(jìn)入地面管線，而沒有與井筒積液相溶，即使落入井筒，也與固體泡排棒一樣，沒有悶井起發(fā)泡時(shí)間。因此，與常規(guī)人工關(guān)井泡沫排水采氣相比，現(xiàn)有自動(dòng)加藥泡沫排水采氣效果相對(duì)較差。

2 氣井?dāng)?shù)字一體化管理技術(shù)及應(yīng)用

2.1 氣井遠(yuǎn)程操作一體化技術(shù)

此技術(shù)主要涵蓋了大批量氣井的遠(yuǎn)程開井、關(guān)井作業(yè)，大批量產(chǎn)水氣井仿人工排水采氣作業(yè)，大批量間歇?dú)饩氯斯す芾碜鳂I(yè)，從而完成除檢修維護(hù)之外的所有氣井現(xiàn)場操作，真正實(shí)現(xiàn)氣井的遠(yuǎn)程管理（圖1和圖2）。由于蘇里格氣田采用井下節(jié)流、中低壓集輸工藝，氣井的開井作業(yè)必須保證地面集輸系統(tǒng)不超壓。因此，氣井遠(yuǎn)程操作一體化的關(guān)鍵技術(shù)在于如何實(shí)現(xiàn)井下節(jié)流條件下氣井遠(yuǎn)程開井作業(yè)。通過增加遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，改造升級(jí)井口節(jié)流針閥，讓節(jié)流針閥開度可調(diào)；通過監(jiān)測井口油壓與地面管線系統(tǒng)的壓力以及井口流量的大小，對(duì)閥門開度隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而確保在開井過程中地面系統(tǒng)不超壓，真正實(shí)現(xiàn)高壓氣井的遠(yuǎn)程自動(dòng)開井作業(yè)。

圖2 遠(yuǎn)程控制仿人工自動(dòng)加藥排水采氣流程圖

2.2 氣井生產(chǎn)自診斷分析技術(shù)

氣井遠(yuǎn)程操作一體化技術(shù)解決了在井場無人操作情況下的遠(yuǎn)程作業(yè)。而氣井生產(chǎn)自診斷分析技術(shù)是對(duì)氣井進(jìn)行“心電圖”式的體檢診斷，其前提是建立氣井生產(chǎn)自診斷的標(biāo)準(zhǔn)。

通過大量氣井生產(chǎn)樣本的采集與統(tǒng)計(jì)分析，建立了導(dǎo)致不同類型氣井生產(chǎn)異常的“病因”“病理”數(shù)據(jù)庫，以及對(duì)癥下藥的“處方庫”。由于氣井在不同生產(chǎn)階段、不同生產(chǎn)狀況下，會(huì)有不同的生產(chǎn)特征反映，因此通過對(duì)氣井長期、短期生產(chǎn)特征進(jìn)行研究，可以建立對(duì)應(yīng)的判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)以及應(yīng)對(duì)措施。例如，針對(duì)產(chǎn)水井、間歇生產(chǎn)井，通過對(duì)壓降速率、壓恢速率、產(chǎn)量遞減率、陡增率、壓力波動(dòng)指數(shù)、產(chǎn)量波動(dòng)指數(shù)、生產(chǎn)曲線特征等方面建立診斷標(biāo)準(zhǔn)，從而確定什么時(shí)刻開始進(jìn)行泡排藥劑加注，什么時(shí)刻進(jìn)行關(guān)井壓力恢復(fù)，氣井壓力恢復(fù)到什么值時(shí)進(jìn)行開井生產(chǎn)。在“病因”“病理”數(shù)據(jù)庫、“處方庫”建立比較完備的情況下，便可以通過氣井生產(chǎn)自診斷系統(tǒng)對(duì)氣井進(jìn)行“體檢”，直接輸出異常氣井的“病理”“病灶”，并開具對(duì)應(yīng)的“處方”。最終改變技術(shù)人員對(duì)每口井動(dòng)態(tài)參數(shù)逐一分析、對(duì)每一項(xiàng)生產(chǎn)制度反復(fù)試驗(yàn)的工作現(xiàn)狀（圖3）。

氣井生產(chǎn)自診斷分析技術(shù)的應(yīng)用，有助于推進(jìn)數(shù)字化排水采氣技術(shù)。通過氣井生產(chǎn)自診斷分析技術(shù)開展產(chǎn)水氣井排查，建立針對(duì)不同產(chǎn)水特征氣井的“處方庫”，通過氣井遠(yuǎn)程操作一體化管理技術(shù)，開展自動(dòng)化的排水采氣作業(yè)。

圖3 井筒積液自診斷分析流程示意圖

2.3 氣井生產(chǎn)綜合管理系統(tǒng)

在氣井生產(chǎn)自診斷分析技術(shù)的基礎(chǔ)上，集成氣井生產(chǎn)狀況診斷數(shù)據(jù)庫，建立類似股票綜合信息系統(tǒng)的氣井生產(chǎn)綜合管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有如下功能：

1）查詢單井、區(qū)塊、全氣田生產(chǎn)K線的變化情況。判斷氣田新井投產(chǎn)、老井遞減、間歇井、產(chǎn)水氣井以及氣田停產(chǎn)檢修的情況。該系統(tǒng)既可以宏觀地判斷氣田、區(qū)塊的生產(chǎn)管理情況，又可以單獨(dú)查看具體氣井的生產(chǎn)運(yùn)行情況。

2）通過集成F.A.S.T.RTA、WellTest等動(dòng)態(tài)分析和氣藏工程軟件，以及采氣工程軟件相應(yīng)的模塊，對(duì)氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行分析；將氣井的壓降速率、壓恢速率、產(chǎn)量遞減率、陡增率、壓力波動(dòng)指數(shù)、產(chǎn)量波動(dòng)指數(shù)、生產(chǎn)曲線特征等參數(shù)標(biāo)注在對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)K線附近，通過對(duì)氣井長期、短期分時(shí)生產(chǎn)特征的分析，對(duì)氣井未來的生產(chǎn)情況進(jìn)行預(yù)測。

3）在氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征精細(xì)化分析和未來生產(chǎn)情況預(yù)測的基礎(chǔ)上，進(jìn)行氣井最優(yōu)化生產(chǎn)措施方案設(shè)計(jì)。技術(shù)人員在綜合分析判斷的基礎(chǔ)上，確定最終的實(shí)施方案，并通過氣井生產(chǎn)控制系統(tǒng)下達(dá)措施指令，實(shí)現(xiàn)氣井的遠(yuǎn)程管理。

2.4 實(shí)施保障

1）井場供電系統(tǒng)保障。氣井遠(yuǎn)程操作一體化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，使得氣井遠(yuǎn)程自動(dòng)開井、關(guān)井、自動(dòng)加注泡排棒、自動(dòng)間歇生產(chǎn)管理的耗電量大幅增加，因此必須有足夠的電力供應(yīng)才能夠真正實(shí)現(xiàn)氣井的遠(yuǎn)程操作一體化管理。在沒有工業(yè)供電的情況下，現(xiàn)有的太陽能、風(fēng)能供電系統(tǒng)，由于受陰雨天氣、冬季低溫環(huán)境的影響，供電的可持續(xù)性和穩(wěn)定性受到影響。管道發(fā)電技術(shù)是在天然氣集輸管道上增加渦輪發(fā)電機(jī)組，利用天然氣壓力能和流動(dòng)的動(dòng)能進(jìn)行發(fā)電，通過直流轉(zhuǎn)換器進(jìn)行交流電和直流電的轉(zhuǎn)換，從而滿足單井?dāng)?shù)字化系統(tǒng)用電的需求。其不受氣候和環(huán)境溫度的影響，只與氣井的天然氣產(chǎn)能有關(guān)，因而具有一定的連續(xù)性。此外，利用管道發(fā)電技術(shù)，可以為水平井開展電潛泵排水采氣、螺桿泵排水采氣提供動(dòng)力電能的支持，從而解決水平井開展排水采氣的難題。

2）無線遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)保障。目前，蘇里格氣田采用了數(shù)傳電臺(tái)、無線網(wǎng)橋、McWiLL、WiMax等無線傳輸技術(shù)。由于不同的無線傳輸技術(shù)在傳輸速率、傳輸穩(wěn)定性上有一定的差異，以及受工況環(huán)境的影響，氣井在遠(yuǎn)程控制方面還存在不穩(wěn)定的情況。因此，采用什么樣的無線傳輸技術(shù)更能夠滿足氣田數(shù)字化建設(shè)的需要，還需要進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)價(jià)。但無論采取什么技術(shù)，都必須保證無線傳輸?shù)母咚傩院透叻€(wěn)定性，才能確保氣井真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制管理。

3）單井在線計(jì)量技術(shù)保障。由于蘇里格氣田采用“井口計(jì)量、井間串接、濕氣輸送”的工藝技術(shù)，單井產(chǎn)水量無法精確計(jì)量。對(duì)于產(chǎn)水氣井而言，沒有準(zhǔn)確的產(chǎn)水量資料，就無法計(jì)算氣井的水氣比，氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征的分析就無法精細(xì)化、動(dòng)態(tài)化，排水采氣作業(yè)措施的制訂，也就無針對(duì)性和可操作性。因此，需制定盲目感性的排水采氣作業(yè)措施，并不斷隨著氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的變化反復(fù)試驗(yàn)和調(diào)整。氣井產(chǎn)水量和產(chǎn)氣量如果不能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地在線計(jì)量，氣井生產(chǎn)自診斷分析技術(shù)就沒有可靠的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)作支撐，氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征的微弱變化就無法精確“把脈”，也就無法制訂針對(duì)性較強(qiáng)的“藥方”，氣井遠(yuǎn)程控制自動(dòng)加藥排水采氣作業(yè)也就無法精細(xì)化地實(shí)施。

3 結(jié)束語

隨著3G、4G通訊技術(shù)、云計(jì)算業(yè)務(wù)以及機(jī)械自動(dòng)化的不斷發(fā)展，氣田數(shù)字化技術(shù)逐步向更加智能、更加簡捷的無人化管理方向發(fā)展。具有現(xiàn)場無人化作業(yè)、生產(chǎn)異常判識(shí)與操作指令下達(dá)智能化特征的氣井?dāng)?shù)字一體化管理技術(shù)，在得到井場供電系統(tǒng)、無線遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)以及單井在線計(jì)量技術(shù)保障的條件下，將會(huì)成為蘇里格氣田未來數(shù)字化管理的發(fā)展方向。