智能井叢場建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)實踐與展望

陳 銳,李東平,葛黨科,賴學(xué)明,張 勇

(中國石油大港油田分公司,天津 300280)

建設(shè)運(yùn)維成本居高不下與油田開發(fā)效益逐漸變差是制約老油田高質(zhì)量建設(shè)的“絆腳石”。 由于含水上升,單井產(chǎn)量逐步下降,維持同樣規(guī)模產(chǎn)量需要更多建設(shè)投入,開發(fā)完全成本逐年上升,生產(chǎn)經(jīng)營管理困難重重。 同時隨著產(chǎn)能建設(shè)實施規(guī)模的繼續(xù)擴(kuò)大,油水井生產(chǎn)井?dāng)?shù)逐年增加,生產(chǎn)管理用工矛盾異常突出,傳統(tǒng)零散布井、單井單打建產(chǎn)模式已不能適應(yīng)老油田高質(zhì)量發(fā)展需求。 國內(nèi)專家學(xué)者在井叢場建設(shè)和管理方面進(jìn)行了積極探索,趙昆[1]等對鉆井過程中的井工廠建管模式進(jìn)行了研究,陳俊昌等[2]提出了叢式井場標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計方法,趙平起等[3]進(jìn)行了井叢場建設(shè)管理方法初探與實踐,但針對如何實現(xiàn)井叢場智能化建設(shè)和綠色化管理,目前還沒有形成可供借鑒的建管模式。 為讓高含水老油田在少征地、減用工、低成本等需求下實現(xiàn)質(zhì)量、綠色、效益開發(fā),基于前人研究成果,通過升級井工廠集約化建井模式,創(chuàng)新智能化注采技術(shù)和綠色化管理方式,開展了智能井叢場建設(shè)關(guān)鍵配套技術(shù)研究,構(gòu)建形成了智能井叢場全生命周期建管模式,有效支撐了綠色低碳、生態(tài)保護(hù)發(fā)展新形勢下的老油田高質(zhì)量發(fā)展。

1 智能井叢場建管模式的構(gòu)建

油田開發(fā)智能、綠色、效益、高質(zhì)量發(fā)展的迫切需求倒逼油井建產(chǎn)模式創(chuàng)新升級。 為實現(xiàn)井叢場智能化建設(shè)和綠色化管理目標(biāo),從高效建井、智能管控和綠色生產(chǎn)三個方向,參考地質(zhì)工程一體化設(shè)計理念在大港油田勘探開發(fā)中的實踐經(jīng)驗[4],統(tǒng)籌兼顧油藏、井筒和地面,構(gòu)建形成了大港油田智能井叢場全生命周期建管模式,如圖1 所示。

2 智能井叢場關(guān)鍵配套技術(shù)

2.1 叢式井一體化設(shè)計技術(shù)

2.1.1 井場井排優(yōu)化設(shè)計

為有效匹配地面環(huán)境與不同油藏類型的開發(fā)要求,采用井叢場平臺設(shè)計模式[5],如圖2 所示。 同時基于遺傳算法,建立了井叢場靶點重心與井排中心關(guān)系模型,形成了井場位置優(yōu)選方法[6-7],實現(xiàn)了地下儲量和井場資源有效利用,井場土地利用率提高了60%。

2.1.2 井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計

應(yīng)用靶點預(yù)分軌跡、井組“V”字型軌跡的設(shè)計方法,解決密集井口上部井段防碰難的問題;集成配套直流電磁感應(yīng)防碰技術(shù),防碰探測距離4 ~6 m,解決因老井軌跡數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確造成的防碰風(fēng)險的難題。 現(xiàn)場實施定向井平均靶心距< 10 m,水平井油層鉆遇率達(dá)到90%。

2.1.3 工廠化建設(shè)優(yōu)化設(shè)計

集成應(yīng)用軌道移動式批量鉆完井技術(shù),通過優(yōu)化陸地鉆機(jī)移動軌道、表層油層批量鉆井、固井候凝脫機(jī)作業(yè)、雙鉆機(jī)聯(lián)合作業(yè)等配套技術(shù),大幅提高了鉆井建井效率;同時采用鉆機(jī)+修井機(jī)聯(lián)合、連續(xù)油管與修井機(jī)聯(lián)作、拉鏈?zhǔn)襟w積壓裂作業(yè),實現(xiàn)了接力式聯(lián)合試油投產(chǎn)作業(yè),試油投產(chǎn)周期明顯縮短。

2.2 水井智能分注技術(shù)

智能分注配套技術(shù)[8-9]可根據(jù)油藏需求可實時監(jiān)測和調(diào)控注入?yún)?shù),分注合格率長期保持在90%以上,解決了分注井起下儀器測試時存在投撈次數(shù)多、測試周期長、效率低且易遇阻遇卡的問題。 基于智能、節(jié)能、安全的井下智能配水技術(shù),能夠自動調(diào)節(jié)控制各層注水量并實時監(jiān)測注入?yún)?shù),同時對單層歷史吸水狀況進(jìn)行自主學(xué)習(xí)分析層段吸水能力,根據(jù)擬合規(guī)律自動調(diào)控注水量,在線測試靜壓、吸水指示和地層壓力恢復(fù)曲線,實現(xiàn)精細(xì)智能分注,如圖3 所示。

2.3 油井智能舉升技術(shù)

針對井叢場油井井眼軌跡復(fù)雜、井場面積受限等生產(chǎn)問題,集成應(yīng)用電動潛油螺桿泵采油技術(shù)[10],有效避免了井筒桿管偏磨,較傳統(tǒng)抽油機(jī)有桿泵舉升工藝井口占地面積減少90%,生產(chǎn)管理效率提高85%。 基于油井生產(chǎn)智能集群控制平臺,如圖4 所示,通過實時監(jiān)測泵入口壓力、泵入口溫度、泵出口壓力、泵出口溫度、電機(jī)繞組溫度、電機(jī)震動X 軸、電機(jī)震動Y 軸等7 參數(shù)的變化情況,實時對螺桿泵健康超前預(yù)警;同時應(yīng)用信息數(shù)據(jù)湖規(guī)律性分析方法,對斷軸、泵干磨損壞、電機(jī)燒等異常工況進(jìn)行實時診斷和超前保護(hù),并實現(xiàn)智能調(diào)整轉(zhuǎn)速、低液面間抽、自動啟停。

2.4 采出液循環(huán)利用技術(shù)

面對華北地區(qū)清水資源匱乏狀況及提高采出液利用率的要求,針對采出水外排及對復(fù)合驅(qū)體系的極端降解系列問題,通過采出水對復(fù)合驅(qū)體系影響因素及規(guī)律研究,形成了采出液循環(huán)利用配套技術(shù),如圖5 所示。 通過聯(lián)合站實現(xiàn)了油水分離,分離后的采出水經(jīng)化學(xué)劑[11]深度處理后配制聚合物用于地下驅(qū)油,使聚合物地面溶液黏度提升5 倍,地下黏度保留率≥80%,達(dá)到高效驅(qū)替目的;同時消除了采出水對聚合物的極端降解和表活劑的吸附沉淀,形成了全封閉式生產(chǎn)流程,盤活了采出水資源,實現(xiàn)采出水全部循環(huán)利用、淡水零消耗。

2.5 井場智能管控技術(shù)

依托物聯(lián)網(wǎng)等移動互聯(lián)技術(shù)(電子標(biāo)簽RFID、智能終端),通過生產(chǎn)過程管理模塊,對生產(chǎn)過程各個環(huán)節(jié)進(jìn)行集中管控,實現(xiàn)生產(chǎn)全過程動態(tài)及時、真實、準(zhǔn)確,通過移動應(yīng)用實現(xiàn)巡檢工作量化可控。 應(yīng)用數(shù)字化監(jiān)控,顛覆了傳統(tǒng)的人工管井模式,實現(xiàn)了信息自動采集、智能管控、電子巡檢、無人值守,杜絕了非正常人工啟停井,如圖6 所示。 通過開發(fā)整合計算機(jī)圖像視覺分析、聲音識別和三維GIS 技術(shù)等先進(jìn)技術(shù),建成井叢場智能監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)人臉自動識別、火災(zāi)自動識別、移動自動偵測和液體泄漏偵測,實現(xiàn)出入口安防管理和施工作業(yè)區(qū)智能監(jiān)護(hù),以防止意處入侵和及時發(fā)現(xiàn)險情,并能夠報警及確認(rèn),替代人工監(jiān)控。

3 實踐與展望

3.1 智能井叢場建設(shè)實踐

港西一號井叢場集成創(chuàng)新應(yīng)用一體化設(shè)計、工廠化建設(shè)、智能化控制和綠色化生產(chǎn)的因藏制宜、因地制宜的大港特色智能化井叢場建管模式,建設(shè)成為基于“質(zhì)量、技術(shù)、綠色、效益”的中國石油示范井叢場(見圖7)。 整體實施26 口井,征地面積減少了76.6%,生產(chǎn)運(yùn)行管理效率提高了85%,年節(jié)電約41.7 萬kW·h,相當(dāng)于10 臺抽油機(jī)1 年的用電量。

1)一體化設(shè)計:優(yōu)化方案設(shè)計、井場布局、工藝配套,預(yù)測并優(yōu)化鉆井、舉升、地面配套和生產(chǎn)運(yùn)行費用,實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益最優(yōu)化。

2)工廠化建設(shè):在鉆井、試油投產(chǎn)方面配套應(yīng)用軌道移動批鉆技術(shù)、多動力聯(lián)合試油技術(shù)和頂驅(qū)技術(shù)等,實現(xiàn)安全快速建產(chǎn)建井周期7.25 d,比常規(guī)建井節(jié)約46%建井周期。

3)智能化控制:應(yīng)用自動液面在線監(jiān)控、水井智能分注、油井智能采油技術(shù)和智能化移動巡檢等系列新技術(shù)新設(shè)備,人均管井?dāng)?shù)由4 口提高到10 口,勞動效率提高2.5 倍。

4)綠色化生產(chǎn):踐行綠色鉆井、綠色生產(chǎn)和綠色井場建設(shè)理念,應(yīng)用網(wǎng)電鉆井、井口含水在線檢測、地面系統(tǒng)優(yōu)化集控、油井采出液循環(huán)利用、光伏發(fā)電技術(shù)和集約化井場布局,實現(xiàn)井叢場建設(shè)單井鉆井碳排放量減少94.3%,生產(chǎn)成本降低25%,地面管道縮短2.4 km。

3.2 智慧井叢場建設(shè)展望

充分整合數(shù)據(jù)資源,智能引擎、大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)與數(shù)學(xué)分析及預(yù)測方法相結(jié)合,持續(xù)升級井叢場智能化配套技術(shù),實現(xiàn)智慧井叢場建設(shè)全生命周期“自主感知、自主學(xué)習(xí)、自主決策、自主操控”。

1)技術(shù)決策智能化:建設(shè)集油藏數(shù)字化、井筒數(shù)字化、地面數(shù)字化于一體的數(shù)字化管理平臺,形成基于3D 模型的可視化虛擬研究決策環(huán)境。

2)生產(chǎn)管理智能化:通過智能工作流引擎技術(shù)實現(xiàn)跨部門、跨專業(yè)的工作協(xié)同,應(yīng)用數(shù)據(jù)實時監(jiān)測、故障智能診斷分析形成協(xié)同工作平臺和環(huán)境,有效推進(jìn)決策進(jìn)度和效率。

3)經(jīng)營管理智能化:以ERP 系統(tǒng)集成應(yīng)用為基礎(chǔ),實現(xiàn)油田所有業(yè)務(wù)流程數(shù)字化管控,跟蹤監(jiān)控經(jīng)營指標(biāo),模擬預(yù)測運(yùn)營狀況,實現(xiàn)業(yè)務(wù)閉環(huán)的有效監(jiān)管。

4 結(jié)論與認(rèn)識

1)集優(yōu)化設(shè)計、智能管控、綠色生產(chǎn)為一體的智能井叢場全生命周期建管模式有效提高了高含水老油田開發(fā)建設(shè)質(zhì)量和生產(chǎn)管理水平,實現(xiàn)了綠色效益建產(chǎn);

2)由地面井場向井筒油藏延伸,創(chuàng)新“井工廠”智能化建設(shè)模式;由生產(chǎn)階段向管理階段延伸,創(chuàng)新“井工廠”綠色化生產(chǎn)管理模式;實現(xiàn)了油藏-井筒-地面一體化協(xié)同管控,賦予了井叢場智能化與綠色化新內(nèi)涵;

3)形成的智能井叢場建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)對加快綠色低碳轉(zhuǎn)型、建設(shè)智能油田,實現(xiàn)老油田提質(zhì)增效、高質(zhì)量發(fā)展具有重要借鑒和示范意義。