智能完井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與前景

王翊民，隋成龍，喬中山，王太，王寶軍(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引言

智能完井技術(shù)在石油工業(yè)中具有廣泛應(yīng)用，對(duì)石油行業(yè)的長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展具有重大價(jià)值。積極合理地進(jìn)行油田開(kāi)發(fā)是當(dāng)下主要工作任務(wù)。完井是指完成油氣井，即相關(guān)人員需結(jié)合地質(zhì)特性、油井井筒間距要求和二者之間連通方式等進(jìn)行分析。完井作業(yè)對(duì)建設(shè)質(zhì)量、設(shè)計(jì)質(zhì)量效果具有較大影響，對(duì)整個(gè)工程完成質(zhì)量的高低具有決定性作用，同時(shí)對(duì)石油生產(chǎn)水平是否能達(dá)到預(yù)期經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和油田開(kāi)發(fā)的最大經(jīng)濟(jì)效益等都具有巨大影響。智能完井技術(shù)中，可在井下引入永久性監(jiān)控系統(tǒng)，借助這一系統(tǒng)一方面可進(jìn)行多層同時(shí)開(kāi)采處理，另一方面還可精度單獨(dú)開(kāi)采某一層。該系統(tǒng)具有采集、傳輸、分析井眼生產(chǎn)數(shù)據(jù)的功能，還可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制油藏動(dòng)態(tài)、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的監(jiān)控，在油藏?cái)?shù)據(jù)處理中具有重大價(jià)值。新時(shí)期，智能完井技術(shù)的應(yīng)用日益普遍，在水平井、大位移井、邊遠(yuǎn)井等情況下都有所應(yīng)用。

1 智能完井概述

1.1 智能完井系統(tǒng)的組成

智能完井定義，在井下完井管柱處進(jìn)行傳感器、可遙控裝置的安裝，從而進(jìn)行油井的自動(dòng)控制處理。智能完井系統(tǒng)應(yīng)用中，可完成井下生產(chǎn)狀態(tài)、油藏狀態(tài)、完井管柱生產(chǎn)能力的信息采集、信息傳輸和信息分析。

智能完井技術(shù)在應(yīng)用中，需在油藏平面區(qū)域進(jìn)行傳感器、控制閥門的安裝，可達(dá)到一井多用的目標(biāo)，還可完成同采同注；相關(guān)作業(yè)人員在地面便可進(jìn)行單井多層、多分支的選擇，包括注入操作，有效進(jìn)行了各個(gè)層面流動(dòng)情況的監(jiān)控。同時(shí)還可隨意進(jìn)行水氣層封隔，避免串流；對(duì)井下進(jìn)行連續(xù)化監(jiān)測(cè)和信息采集處理，并實(shí)時(shí)反饋關(guān)鍵信息，達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)的目標(biāo)。最終可達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)管理、優(yōu)化油藏管理的效果，明顯提升了采收效率。智能完井系統(tǒng)一般包括四大部分，具體分析如下。井下信息采集傳感系統(tǒng)，包括多種傳感器裝置；井下流體控制系統(tǒng)中，則主要包括水力操作、電纜操作等部分。井下控制模塊、井下傳感器模塊，共同構(gòu)成了智能完井系統(tǒng)的核心部件，可長(zhǎng)期放置于井下進(jìn)行連續(xù)作業(yè)處理，完成油藏制定區(qū)域的全面監(jiān)測(cè)和管理。井下作業(yè)中，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括連接井下工作和計(jì)算機(jī)的紐帶，這一傳輸體系中需要借助雙絞線完成井下電纜的安裝，一般是永久式安裝。地面數(shù)據(jù)采集、分析和反饋系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)針對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，可提供有效參考資料，便于相關(guān)作業(yè)人員及時(shí)進(jìn)行分析、決策[1]。

1.2 智能完井技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1.2.1 提升采收率

智能完井技術(shù)的應(yīng)用中，可結(jié)合原油層特點(diǎn)進(jìn)行分層控制，對(duì)應(yīng)采油過(guò)程中，可合理應(yīng)用智能配產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行處理，選擇性的進(jìn)行制定油層段的處理。此外，智能完井技術(shù)應(yīng)用中，還可對(duì)油層內(nèi)部的氣、水、油等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。相關(guān)作業(yè)人員可結(jié)合完井技術(shù)情況對(duì)油層產(chǎn)量等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到延緩水氣錐進(jìn)速度的目標(biāo)，有效延長(zhǎng)了油井的使用壽命。

1.2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能

智能完井技術(shù)的應(yīng)用中，必須充分考慮實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，相關(guān)作業(yè)人員可借助遠(yuǎn)程控制完成處理，及時(shí)對(duì)井下作業(yè)的各項(xiàng)信息參數(shù)進(jìn)行收集。此外，智能完井技術(shù)應(yīng)用中，對(duì)應(yīng)控制系統(tǒng)中包含信息存儲(chǔ)功能，相關(guān)工作人員可及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的采集處理。在井下生產(chǎn)情況分析中，可及時(shí)對(duì)其進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)、連續(xù)控制?？紤]到遠(yuǎn)程控制信息的存儲(chǔ)效果，井下流量、壓力、溫度等參數(shù)都可在服務(wù)器中進(jìn)行保存，且保存時(shí)間不短，對(duì)后續(xù)工作而言可提供良好保護(hù)，為注采分析等提供了良好有效的數(shù)據(jù)支持。

1.2.3 地面遙控功能

智能完井技術(shù)中，地面遙控功能主要是指工作人員可在地表區(qū)域內(nèi)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，包括遠(yuǎn)程識(shí)別配產(chǎn)器電控閥門位置等，結(jié)合工藝條件、生產(chǎn)要求等便可進(jìn)行某一油層的控制管理，確保采油井在不停產(chǎn)的前提下，及時(shí)對(duì)自身結(jié)構(gòu)進(jìn)行重建。當(dāng)下，國(guó)內(nèi)智能完井技術(shù)發(fā)展中，已經(jīng)滿足了遠(yuǎn)程遙控功能，相關(guān)作業(yè)人員可借助遙控設(shè)備對(duì)井下原油生產(chǎn)等進(jìn)行管理，還可進(jìn)行沙漠油田、海上油田的智能完井技術(shù)處理，這一功能的發(fā)展前景十分廣闊，具有重大價(jià)值和實(shí)際意義。

1.2.4 油藏管理和降低生產(chǎn)成本

油藏管理方面，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是短期監(jiān)測(cè)結(jié)果，相比之下，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更具合理性，為相關(guān)作業(yè)人員可提供更加精確的參考信息，利于工程作業(yè)人員快速進(jìn)行油井模擬、建模等，同時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)種類豐富，包括單井、井間信息等，數(shù)據(jù)的信息總量為油藏管理、油藏作業(yè)等提供了較大便利。其次，從生產(chǎn)成本方面分析，智能完井技術(shù)的發(fā)展中，相應(yīng)功能可促進(jìn)井下生產(chǎn)效率的提升，合理利用地層能量、優(yōu)化油層采集方式，可明顯提高油井開(kāi)采效率、開(kāi)采質(zhì)量[2]。

2 智能完井技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

從1997年世界首次成功運(yùn)行智能完井技術(shù)以來(lái)，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展和優(yōu)化，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)逐漸成為油田行業(yè)的重大技術(shù)。新時(shí)期，水平井、氣井、海上油田的作業(yè)力度增加，智能完井系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)隨之變得更加明顯，完井方式的優(yōu)化和合理應(yīng)用已經(jīng)成為時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。國(guó)外相關(guān)研究較為豐富，但是存在價(jià)格高的弊端，單套完井系統(tǒng)報(bào)價(jià)一般為300～500萬(wàn)元左右。Baker 以及 BJ Service 等巨頭企業(yè)在智能完井技術(shù)研發(fā)方面，都擁有自己獨(dú)特的研發(fā)思路，已經(jīng)形成了較為成熟的體系。當(dāng)下，智能完井技術(shù)的發(fā)展中，技術(shù)水平最為完善的是WellDynamics 公司，該公司是專門進(jìn)行智能研發(fā)的公司，歸屬于Haliburton 的子公司。大量研究案例表明，智能完井系統(tǒng)的優(yōu)化，可為油氣井作業(yè)解決大量難點(diǎn)問(wèn)題。對(duì)應(yīng)設(shè)備性能可靠、經(jīng)濟(jì)回報(bào)較為豐厚。國(guó)外部分企業(yè)提出了新型智能完井技術(shù)，可不關(guān)井便進(jìn)行生產(chǎn)層的調(diào)整、多層控制水氣錐進(jìn)，還可完成分層開(kāi)采目標(biāo)、分井眼開(kāi)采目標(biāo)，在開(kāi)采速度控制方面具有較高優(yōu)勢(shì)，明顯提高了分支井等形式的經(jīng)濟(jì)效益。

1997年之前，油井開(kāi)采中，一般是借助油管配滑套的方法進(jìn)行處理?？茖W(xué)技術(shù)水平的提升，帶動(dòng)了地面控制、傳感器等設(shè)備的引入，使得智能井技術(shù)日益完善。當(dāng)下，就世界范圍內(nèi)而言，已經(jīng)成功安裝了800多套智能井系統(tǒng)。對(duì)應(yīng)采出井、注入井中都可應(yīng)用到智能完井技術(shù)。大部分智能井都應(yīng)用在海上油田工程中，科技水平的提升，陸上油田也引入了智能井系統(tǒng)。智能井應(yīng)用范圍日益廣泛，包括控水控氣、注水注氣、自動(dòng)氣舉、薄油層開(kāi)發(fā)等。其他智能技術(shù)的應(yīng)用包括，近海區(qū)域的溫度剖面監(jiān)測(cè)、油田電潛泵和智能井系統(tǒng)的配套應(yīng)用等。發(fā)展到2018年底，Baker Oil Tools公司、PDO公司等已經(jīng)進(jìn)行了多個(gè)智能完井系統(tǒng)的運(yùn)行，上述智能完井系統(tǒng)應(yīng)用后，其生產(chǎn)動(dòng)態(tài)較常規(guī)井相比具有極高優(yōu)勢(shì)，可明顯提升油藏開(kāi)采速度，提高油田的開(kāi)采效率[3]。

3 智能完井技術(shù)的應(yīng)用前景分析

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)水平井工程數(shù)量越來(lái)越多，這一大背景之下，水平井的研發(fā)日益迫切。關(guān)于水平井的問(wèn)題也逐漸增多，結(jié)合國(guó)內(nèi)水平井應(yīng)用案例分析，大部分水平井并未進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)試便直接進(jìn)入投產(chǎn)環(huán)節(jié)。常規(guī)油井生產(chǎn)控水方面，化學(xué)堵水、機(jī)械堵水是常見(jiàn)控制方法，當(dāng)下水平井作業(yè)中，并未進(jìn)行相關(guān)測(cè)試處理，對(duì)應(yīng)生產(chǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)信息不全，相關(guān)作業(yè)人員無(wú)法得知具體出水位置，引發(fā)堵水施工困難。為了有效解決上述問(wèn)題，及時(shí)引入智能完井技術(shù)、智能完井系統(tǒng)，可初步進(jìn)行堵水位置的確定，為井下生產(chǎn)作業(yè)工作提供了較大便利。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)油田天然氣的開(kāi)采工程規(guī)模越來(lái)越大，高壓天然氣井在生產(chǎn)中，存在壓力高、風(fēng)險(xiǎn)大、修井難度高的特點(diǎn)，外壓井作業(yè)中，還要考慮周邊氣壓層對(duì)天然氣井常量的影響。此外，高壓天然氣井的開(kāi)采中，生產(chǎn)測(cè)試難度大，必須考慮到前期的資金投入問(wèn)題。如果未經(jīng)生產(chǎn)測(cè)試，高壓井一旦出現(xiàn)泄漏事故，將會(huì)產(chǎn)生巨大的破壞作用和經(jīng)濟(jì)損失。智能完井技術(shù)的引入，可從根源上進(jìn)行高壓天然氣井生產(chǎn)問(wèn)題的解決，換言之，智能完井技術(shù)在安全、成本方面具有較高優(yōu)勢(shì)，發(fā)展前景良好。最后，智能完井技術(shù)的應(yīng)用中，可合理應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)目標(biāo)，這對(duì)井下油層的開(kāi)采工作而言提供了較大便利[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

智能完井不僅可應(yīng)用于海上油田，還可在多分支井、水平井油水分離、多儲(chǔ)混合井中進(jìn)行應(yīng)用。該技術(shù)不但提高了采收率，同時(shí)有效延長(zhǎng)了井筒的使用壽命。國(guó)內(nèi)智能完井技術(shù)的發(fā)展并未達(dá)到領(lǐng)先水平，還需要對(duì)其進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化。借助多專業(yè)、多學(xué)科的結(jié)合，合理進(jìn)行井下元器件、光纖技術(shù)的研發(fā)，力求快速完成智能完井技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化。借助低成本智能完井技術(shù)的應(yīng)用，有效提升該行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。