智能井在油气田开发中的应用进展

Contempordry Chemical IndustryVol.48,No.8August, 2019智能井在油气田开发中的应用进展郝广维，邵阳，兰天庆：张昕(东北石油大学石油工程学院.黑龙江大庆163318)摘 要：智能井系统即利用井下相关技术对目标产层实施动态控制及优化处理的新型完井工艺。较系统的 阐明了智能井的原理和组成，通过与常规井进行比较突出描述了智能井的特点及优势，并分析了其关键技术。 大量实验研究和现场应用表明，合理应用智能井技术能够提高油气可采储量，进而获得最大油气采收率。通过

目前国际国内该系统的相关应用相比较，探讨实现数字化油田、无电缆智能钻井及前馈控制技术是智能井技术 的发展方向。关 键词：智能井；控制；关键技术；流量控制阀；发展中图分类号：TE242 文献标识码：A

文章编号：1671-0460 ( 2019) 08-1759-04Application Progress of Intelligent Wells in Oil and Gas Field DevelopmentHAO Guang-wei, SHAO 也昭，LAN Tian-qing , ZHANG Xin(School of Petroleum Engineering, Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318, China)Abstract: The intelligent well system is a new completion technology that uses the downhole related technology to

implement dynamic control and optimization of the target production layer. In this paper, the principle and composition of intelligent wells were clarified systematically. The characteristics and advantages of intelligent wells were highlighted by comparison with conventional wells, and their key technologies were analyzed. A large number of experimental studies and field applications have shown that the rational application of intelligent well technology can improve the recoverable reserves of oil and gas to obtain the maximum oil and gas recovery. Through the comparison of relevant applications of the system at home and abroad, it is pointed out that the realization of digital oil field, cable-free intelligent drilling and feedforward control technology is the development direction of intelligent well technology.Key words: Intelligent well; Control; Key technology; Flow control valve; Development从1997年智能井技术首次被应用于实践当中， 已有20年左右的发展历史，从最初单一的井下温度、 压力的测量到能够初步封隔低厚度产层，再到能够 对井下油层特征及相关数据做到永久监测、成像、

实时监测、采集、传输和决策进行准确分析。然后 根据生产井地质状况对井下地层流体进行远程操控,

对各产层进行封隔，实现单井高产、保持采油速率 及大幅度提升油井采收率的新型完井系统％智能井工艺的原理是将永久传感器放置在地下

目标产层，动态监测井下流体的重要参数，由若干

远程遥控及地面信息处理，进而到当前的全电动式

智能井\"，该技术已经逐步进入了更深层次的研究。合理应用智能井技术不仅能使油田油气采收率

达到最大值，而且能使国内许多已枯竭的油井恢复

井缆和光缆输送到顶部计算机系统同，通过对这些数 据进行分析、处理和加工，利用数值模拟研究和各

产油。智能井技术具有常规井多不具备的关键技术

与巨大优势，但目前仍依赖于“反馈系统”，需要人 工指令对其进行管理与控制。如何实现对井下控制

种优化工艺措施，结合油田现状地质情况做出决策

和管理，输入给智能井控制系统反馈到井下远程遥 控处理各个产层，最终实现减少油井生产期的停产

流体参数优化，智能井自动化管理和控制，提前捕

集油层可能发生的地质反应及井下无缆技术，成为 未来相关技术的焦点％随着有关技术的深化，智能

次数，维持采收速率，获得最大油气采收率的目标。智能井有4个组分构成：(1 )井下参数监测系统，由安装在井下的以一

定间隔距离排布于井筒中的各种传感器组成，它涉

井技术在油田开发中的潜力将得到更进一步的挖掘O1智能井概况1.1原理及构成智能井可对井下生产条件和井柱数据进行连续

及井下压力、温度、声速和地震波传感器。(2)井下流体控制系统，由底层井下间隔阀、

地下控制流量阀、可远程操控的管柱封隔器及可控 密封井筒的开关等诸多设备组成。通常采用的井下基金项目：国家自然科学基金项目( 51474070);黑龙.江省自然科学基金项目(02015008)«收稿日期：2019-03-14作者简介：郝广维(1994-),男•黑龙江大庆人，硕士研究生，2017年毕业于河南科技大学，研究方向：油气储运工程，E-mail： 10547225@qq.com。 通讯作者：兰天庆(1991-),男，河南许昌人，硕士研究生，2014年毕业于辽宁石油化工大学，研究方向：提高原油采收率。E-mail：593055475@qq.com。1760当 代 化工2019年8月压力传感器如表1所示。表1常用井下压力传感器类型及特点Table 1 Types and characteristics of commonly used downhole pressure sensors类型适宜温度/七使用年限毛管式W370寿命很长电子式W150一般不超过5a电振膜式W250理论超过5a光纤式W37015 a以上(3她下信息传导系统是目标产层和地面软件

系统的枢纽，利用地下线缆(专用双绞线)实现目 标产层和处理系统间重要信号的传送化其主

要分为两部分，一是井下到地面传输系统，常用的

有光纤传感传输，电子传感传输两种方式；另一部

分是地面到井下传输系统，常用的有直接水力数据 传输、数字水力数据传输、电动液动相结合数据输

出及全电动式水力数据传输。(4)地面数据采集，处理和管理系统，主要是

用于分析井下数据的计算机和软件包，包括信号采

集和统计，利用计算机软件进行模拟和参数优化及

重要信息深究流程。1.2特点与优势与传统井相比，智能井技术的显着特征如表2

所示。表2常规井与智能井特点对比Table 2 Comparison of characteristics between conventional

wells and intelligent wells项目常规井智能井层间干扰性影响较大，甚至停产无影响测井工作量多少井眼井眼尺寸小井眼较稳定油气开采储量一般很高适用范围结构简单深度适中的油井复杂井及深井或超深井生产周期短较长与智能井井下开采不同的是，常规油气井的井下

开采往往会受限于诸多不利因素，例如地层中断层和

裂缝的延伸，不同层位储层物性和渗透率及孔隙度的 差异等。甚至其中任何一个层位突变都会牵连到整个

产层，对油气田的开采带来极为不利的影响％智能井在石油能源中可实现多种功能：(1)远程控制功能，可以捕获地下流量阀的作 业信息，根据所需实时操控目标产层的动态，在不

关井不停产的情况下完成复杂井结构调整，即可应

用于某些产量低的老油田，又可应用于条件艰苦的 沙漠油田和海上油田役 多分支井、多层合采井及

常见的注水井和水平井都可充分利用该功能使作业

事半功倍。(2 )井下各参数实时监测功能，智能井通过井

精度.％测量范围/MPa特点60左右一般为地面设施M0.01100左右技术成熟，设施较完善M0.01100左右基于数据处理解决问题5=0.01100左右-般采用分布式测量下多种永久性传感器获取实时且连续的井下信息，

通过井下线缆将数据输送到地面计算机系统中保存

起来，由于真个过程连续性强，某些试验井的随意

性和不清晰性可在相当层面上得到抑制。从这些大

量有用数据中，可筛选出关于目标产生的关键信息，

从而大幅度降低测井工作量。(3)便于油藏管理功能，智能井从井下捕集到 的数据信息流明显多于常规井短期测试数据，其中不

仅有单井数据，而且包含井间数据，从中取得的大量

信息使油藏管理工作向着高水准高指标方向发展％(4 )丰富油藏可采储量，进一步增进油气最终

采收率。智能井可实现从特定层段产油的目的，可

实时调整各产层的流量来控制注水的进度，对油水

前缘进行改善，提高波及效率％(5 )降低生产造价，节省大量建设工艺资金和 相关营业费用。智能井技术可以大幅度降低测井工

作量，井设备维修工作量，优化采油工艺技术，进 而减少作业所耗成本㈣。(6 )多油层联合开采。采用智能井下钻采可实

现单层或多层位联合开采工艺流程，大大弥补了常 规井的不足。2智能井关键技术2.1流量控制阀在智能完井工艺流程中，主导性技术即是以流

量控制阀作为井下生产流体关键环节的控制技术

\"\"o利用流量控制阀对目标产层流体重要参数3： 压力和流量来实现井下注入流体的动态控制。流量

控制阀分为四环节流、全开、全关及2个节流位置，

其安装在穿越式封隔器的下部，每个生产层的顶部 分为开/关控制阀和节流控制阀3流量控制阀可选择

性地关闭，打开或节流相应的目标水平线，并实时

调节生产层之间的压力和流体流速I。实现对产层

或分支的流量控制，是控制各产层流体流入动态的

主要控制装置。2.2两种常用的流量控制阀液控型流量控制阀操作过程简易，可靠性强。

井下各产层通常处于高温高压下，由于液控型流量阀第所48采用的缶卷第8期封■材料为耐高温的聚四氟郝广维乙烯，冋,等：®智能井在油气田开发中的应用进展

________________ _____________ 1761

空间内，它无需传统工艺的运动变化和减速装評7 此，流量阀广泛应用于国外智能井系统。电控型流量阀相比液控型流量阀构造更简单.且运

电控型流量控制阀可有效减少穿越式封隔器的 行所需能量少，操作工程中基本无噪音。电控型和

穿越孔数.该电驱动流量控制阀更适用于狭小的井下液控型阀都有各自的优点和缺点，如表3所示。表3液压型流量控制阀与电控型流量控制阀优缺点对比Table 3 Comparison of advantages and disadvantages between hydraulic flow control valve and electric flow control valve项目液控型流量控制阀电控型流量控制阀稳定性强一般地面配置结构系统复杂繁冗、抽油泵与下部智能管柱不易分离结构简单、抽油泵与下部智能管柱通过全电湿接头相连接生产成本较高低井深深井及超深井一定深度机械损耗需要运动变换和减速机构，机械损耗较高无机械接触，机械损耗低适用范围一般井一般井及井下空间狭小的井2.3相关技术及合理油藏管理提供了一种较新的捷径。除了上述相关技术外，为了更充分地完成完井

3.2国内研究现状作业，还需要配合一些重要工艺措施。①电源和存 当前中国智能井技术比国外差距较大，国内相

储技术，由电缆传输或井下配置的高能电池组供电.

关技术尚存在许多不足，例如缺乏完备的地层数据 驱动传感器和流量控制阀丁作。②相匹配的一套完 监测工艺，同时与智能井技术相配套的软件系统也 井系统包括在多采期间安设在井下目标层间的封隔

存在明显不足四。辽河油田将地层监测工艺与热力

器，传感器和相应阀门的管柱1叫③井口穿透流程，

注采联合应用于油井实时连续压力监测系统中，合

如将智能井的控制电缆安装在生产管道的外壁上;

理的完善了高温高压条件下目标产层中设备封堵的

使用液压控制线泵在井下输送光纤电缆，该工艺技

难题；大庆油田第三代智能井技术已成功应用于实

术的核心是使一些通道具有多种传输能力。④电缆

践，但其使用的单向流量控制阀同样存在诸多不足 断开装置，智能井井下装置要求工作寿命很长，但 12,1;西南油气田开发了气井永久性地下系统监测工

井下某些控制装置寿命有限，因此需要对井下举升

艺系统用以实时连续的提供目标产层中流体的流量、

设备进行更换，如果控制管路和电动泵放置在一套 压力及温度等参数信息的。智能井筒中口，则应安装断开装置。⑤信息传输系

大体上已经在探索研究智能完井的道路

统，可在一定时间后从地下更换和维修，或可在高 走了相当长的一段时间，虽然国内在常规井下传感

温高压下工作一段时间。⑥可长时间适应高温和高 器技术方面已相当成熟，但在数据远程控制、高性 压环境的相关传感器。能井下智能装置及数据软硬件处理等方面显示出显

著的缺陷冋。尽管中国有一定的井下探测技术，但

3应用与评价目前还没有真正的智能井。3.1国外研究现状1999年，液压型-In Force智能井问世，该智能

4展望井由单条通信电缆输送电力和控制信息于井下石英 由于昂贵的生产成本和国外企业的垄断.国内

传感器，并采用特有的液压控制线远程操控井下流 对智能井技术的研究进展缓慢，但是中国从来未曾

量阀的开关附，此技术目前已经商业化；斯伦贝谢

放弃对智能井技术的研究。利用智能井技术不仅可

公司的RCM系统将井下监测系统和地下控制系统

以优化井下数据，从而得到最大采收率，而且对油

与合理油藏管理相结合问，借助先进的硬件和软件

井、油藏及水驱产生深远的影响。及与井场稳定连接，操作员可以实时连续制定油藏 随着相关难题逐步被攻克，智能井技术与数字

管理或生产决策；2000年，全电动-In Charge智能

油田相结合、无电缆智能钻井技术及智能井前馈控

井步入市场，其由电力来流量阀，依靠电缆进

制技术的研发成为一种必然趋势。在不久的将来， 行井下与地面间的信号运移㈣；光学液压型-

智能井技术将广泛地应用于油藏开采中。与美国和

In-Well智能井利用光纤压力温度传感器来进行井

加拿大等国相比，中国的智能井技术相对不成熟，

下数据监测叩。随着以上诸多类型智能井的成功应

而且由于未来开发领域环境趋于复杂和苛刻，加强

用.为油气田提高可采储量和得到最大油气采收率 该新型完井有关设备及地面软件的研发为重中之重。1762当 代 化 工2019年8月

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