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(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)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(dòng)，對(duì)油氣田實(shí)行數(shù)字化控制，加強(qiáng)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(chǎn)量、采收率和效益。智能油氣田實(shí)施的主要環(huán)節(jié)包括：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，模型建立，決策和實(shí)施三個(gè)環(huán)節(jié)。其中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是其核心，后兩個(gè)環(huán)節(jié)均以此為基礎(chǔ)進(jìn)行。

與傳統(tǒng)油氣井相比,智能井不但能減少層間干擾性對(duì)井口的影響,提高油氣開采儲(chǔ)量,還能夠適用于更復(fù)雜及更深的油氣井。通過遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)掌握井內(nèi)作業(yè)情況,采集并向外提供實(shí)時(shí)的井內(nèi)數(shù)據(jù)。同時(shí)也能夠緩解產(chǎn)能建設(shè)與人員緊缺之間的矛盾,以智能機(jī)器代替從事部分危險(xiǎn)性人力勞動(dòng)從而增強(qiáng)油氣開發(fā)過程的安全性。

二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

（一）國(guó)外研究現(xiàn)狀

1990 年末，美國(guó) meridian 氣田在200 口氣井采集和生產(chǎn)的天然氣遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中使用了微波通訊技術(shù)，進(jìn)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(duì)井下流量閥進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，該技術(shù)現(xiàn)已商業(yè)化；2000 年，全電動(dòng)-In Charge 智能井進(jìn)入市場(chǎng)；光學(xué)液壓式智能井采用光纖壓力溫度感應(yīng)器進(jìn)行井下數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)；斯倫貝謝公司的RCM 系統(tǒng)結(jié)合了井下監(jiān)控和地下控制系統(tǒng)，使得操作人員能夠?qū)崟r(shí)連續(xù)地制定油藏管理決策或生產(chǎn)決策［2］。

目前，國(guó)外已形成了一套十分成熟穩(wěn)定的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其將該系統(tǒng)分為三層，以小型機(jī)或微機(jī)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(shè)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(xué)和可靠，國(guó)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(cè)技術(shù)，它通過一種集成式的光纜測(cè)量傳感器對(duì)油氣井和井的油藏情況進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)石油溫度、壓力、應(yīng)力、聲波和空氣流量等多個(gè)技術(shù)方面的測(cè)量數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（二）國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

遼河油田在實(shí)時(shí)采用地層監(jiān)測(cè)技術(shù)聯(lián)合開發(fā)了油井連續(xù)連續(xù)壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，合理地完善了在高溫、高壓條件下的目標(biāo)產(chǎn)層封堵設(shè)備的難度；西南油氣田研發(fā)了一種永久地下監(jiān)測(cè)氣井工藝系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)、連續(xù)地提供目標(biāo)產(chǎn)層流體的流量、壓力和溫度等參數(shù)信息，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)層流體的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)。2004 年，華北油田實(shí)現(xiàn)了集群自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)控，其技術(shù)已躋身國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平；2010 年，柴達(dá)木盆地昆北油田對(duì)井口進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)收集數(shù)據(jù)。2011 年，大慶油田的第三代智能井技術(shù)成功地應(yīng)用到了實(shí)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(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平的自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)采油平臺(tái)無人值守的目標(biāo)。2019 年，大慶油田成功使用智能修井機(jī)器人，可代替80%作業(yè)工的勞動(dòng)力，極大地減少了工人的安全風(fēng)險(xiǎn)。2020年8月新疆瑪湖油田實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程計(jì)量及數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸,緩解了該油田日益突出的產(chǎn)能建設(shè)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(biāo)志著瑪湖智能油田建設(shè)進(jìn)入新階段。

對(duì)比國(guó)內(nèi)外智能油氣田的研究情況可以看出，我國(guó)的智能油氣田技術(shù)起步晚，沒有一個(gè)完備的技術(shù)系統(tǒng)，目前國(guó)內(nèi)智能油氣田與國(guó)外的技術(shù)差距很大，相關(guān)的技術(shù)在國(guó)內(nèi)存在著許多缺陷，還沒有真正的智能井,但近年來我國(guó)奮起直追,頻繁突破,雖然與國(guó)外仍有不小差距,但達(dá)到國(guó)際水平也只是時(shí)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(shè)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(jī)構(gòu)和知名大學(xué)的廣泛認(rèn)可，以及企業(yè)參與到的智能工業(yè)油氣田建設(shè)工程，智能工業(yè)油氣田的未來發(fā)展將一定會(huì)更加廣闊，可謂一片光明。就目前而言,國(guó)內(nèi)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(shí)際需求仍有很大差距,這中間還有很多難題需要我們?nèi)タ朔?/p>

未來，我國(guó)的油氣田智能化建設(shè)將大致從以下幾方面展開：一是，通過國(guó)內(nèi)外的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)研究，開展智能建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的研究，然后建立油氣生產(chǎn)智能化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。第二，引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立信息化專業(yè)項(xiàng)目，建成油氣田生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)。三是加強(qiáng)國(guó)際合作，吸收海內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)及建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，提高國(guó)內(nèi)外技術(shù)及產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化，培育具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和高素質(zhì)的技術(shù)隊(duì)伍。