智能完井技术.pdf

智能完井技术 侯培培 1 段永刚 1 严小勇 1 唐 勇 1 章竟城 2 11西南石油大学石油工程学院 21中国石油塔里木油田公司 摘 要 智能完井技术作为一种新型的完井技术 对油田开采提供了一种更智能化 更灵活的管理 正受到人 们越来越多的关注 油气界也日益认识到智能完井技术在优化生产效率和油气采收率方面的巨大潜力 文章通过 对智能完井系统的介绍 以及对智能完井技术发展历史的回顾 结合当今智能完井系统在实际中的应用情况 分析 了将来智能完井技术的发展趋势和目标 以及智能完井技术在将来发展过程中所面临的挑战 关键词 智能完井技术 智能化 油气采收率 发展 应用 0 引言 21世纪 现代完井技术的总体发展趋势是从 科学化完井的成熟阶段向自动化完井阶段迈进 智 能完井技术的价值也逐渐得到体现 智能完井技 术通过实现液流控制 使井身结构和油井的生产状 态得到积极的改进与提高 同时通过对井下数据的 采集来监测油井的生产响应 然后将数据分析同预 测性油藏模拟配合应用 结合控制系统的反馈数据 资料 寻求一系列积极有效的生产措施 为油井的 高效生产带来更大的价值 1 智能完井概述 智能完井系统被称作是井下永久监测控制系 统 它是一种能够采集 传输和分析井下生产状态 油藏状态和整体完井管柱生产数据等资料 并且 能够根据油井生产情况 以远程控制的方式及时对 油层进行监测控制的完井系统 111 智能完井系统的组成部分 1 1 永久安装在井下的 间隔分布于整个井筒 中的井下温度 压力 流量 位移 时间等传感器组 2 能在地面遥控井下的装置 如可遥控的井 下封隔器 分隔器 可遥控的层间控制阀与井下节 流器 控制分支井筒密封的开关装置 井下安全阀 及水下 或陆地 井口装置等 3 可以实时获取井下信息的多站井下数据采 集和控制网络系统 112 智能完井系统的主要功能及其技术优点 2 1 根据各个层段生产指数的变化可以判段和 确定节流生产段的效果 2 能测量和调节每个产层的关井压力 流动 压力和质量流量 从而更科学 更简化地管理非均 质油藏 3 消除了关井时横向流动的影响 可以进行 每个产层地压力升降分析 消除了多层合采混合流 动分析所引起的误差 更容易进行物质平衡计算且 更加精确 4 帮助采油工程师和过程控制工程师更有效 地判断 测量和调节管理过程 5 能在井下产层处进行控制和测量 促使操 作者能够调整变化的生产剖面 从而优化生产 6 能关闭或者抑制产水层段 从而改善举升 性能 易于处理及排放产出水 7 可以利用邻层气进行气举 提高枯竭层段 的产量 8 通过遥控调节气举阀 优化常规气举方法 9 实时获得关键信息 把生产测井工作量减 至最少 10 有时候不需要井下作业就可以对选择层 位按程序处理 11 可减少干扰作业次数 节约操作和风险费 用 直接提高安全性 113智能完井技术的适用范围 3 4 作者简介 侯培培 女 1981年出生 在读硕士研究生 主要从事油气井工程研究 地址 610500 成都市新都区西南石油大学硕 2005级 3班油气井工程专业 电话E mai l zu7526 sina1 com1 cn 40 钻 井 工 程 天 然 气 勘 探 与 开 发 2008年 3月出版 1 海下油井 减少和最大限度地消除油井的 采油维修工作 2 高度非均质储层的水平延伸井 使流量控 制装置下入到绕性油管所能下入的最深位置 3 深水油井 可以减少设备和员工 4 多分支井 电子设备可以精确的监测井下 不同层段的压力 并调控每个生产层段的生产压差 可以使油井的各分支同时采油及以最佳方式采油 5 多油层的合采井 6 需要井底油 水分离处理的井 2 智能完井技术的发展历史 20世纪 80年代末 智能完井技术通常只限于 对采油树和油嘴附近的地面传感器进行远程监控 对地下安全阀进行远程液压控制 对采油树阀门进 行液压或电动液压控制 最初利用计算机辅助生产 主要在两个方面 对采油树附近的油嘴进行远程 控制 实现气举井生产优化 对抽油机井进行监 控 随着该技术的发展 智能控制系统的成功运用 以及各种永久性置入传感器可靠性的提高 经营者 开始考虑对井筒流体进行直接控制 以便获得更大 的商业利润 这就要求设计出一种能提供监测和控 制功能的高水平智能系统 在初期阶段 智能完井井下液流控制装置是基 于常规的电缆起下滑套阀的工作机理而设计的 这 种阀的构造设计具备了井下开关和变位节流功能 这些功能一般都采用液压 电力或电动液压激活系 统来完成 而后进行的新技术开发工作促成了具有 抗冲蚀功能节流装置的问世 并且其结构可耐高的 压差 除此以外 还开发了基于常规井下安全阀技术 研究的其它装置 以及可用于井下生产管柱开关的 球阀等 在 90 年代后 期 Baker H ughes Schlumberger ABB和 Roxar等几家公司都开发了对井下进行监控 的 智 能完 井 技 术 1997 年 Baker O il Tools 和 Schlumberger公司联合开发了电子智能流量控制系 统 称为 InCharge0 Baker Oil Too1s还 单独在 Baker自己的 CM 滑套的基础上研制了一个水力操 作系统 称为 InForce0 这两种系统于 1999年和 2000年在巴西的 Roncador油田和挪威的 Snohe油 田得到了现场应用 目前有三种智能完井系统 全电子智能元件系 统 光纤传感器的水力系统和具有电子永久性井下 参数测量仪的水力系统 全电子智能完井系统采用 电子传感器 结合电动滑套开关 每个滑套开关或智 能生产调节器都采用一种无级可调油嘴 连接到电 动机和井下参数测量仪上 而井下的动力电和数字 信息传输都是通过用环氧树脂充填的绞织双线接头 提供给智能生产调节器的 为了精确控制流量 在 选好了智能生产调节器之后 由井下电动马达驱动 调节阀 可以使调节阀的位置开启到任意角度 实现 井下流量的无级调节 而后面两种水力控制的智能 完井系统依靠电子和液压传感器驱动井下滑套开 关 每个水力操作滑套由地面的两条水力管道驱动 靠滑套依靠压力响应打开或关闭 水力滑套开关则 由地面的两个水力管线控制 地面控制器可控制滑 套 遥控操作井下开关 还可控制油嘴和水嘴 其 中 由于光纤传感器具有分布式测量能力 可以测量 被测量空间的空间分布 给出剖面信息 所以光纤传 感器的水力系统能够让传感器更准确地进行井下各 种参数的采集和监测 并且它可单独地采用水力滑 套实现分层开采 使其互不干涉 3 智能完井的实际应用 截至目前为止 Baker O il Tools公司 Schlum berger公司 Halliburton公司 Roxar公司等安装的智 能完井系统已在多个油田得以应用 这些智能完井 系统的生产动态均远好于常规完井 并能大大加快 油藏的开采速度 提高油田的最终采收率 应用实 例如下 311 世界第一口全自动智能完井井 2000年 BakerOilTools公司在巴西海上 Vargin ha油田的 VRG井成功安装了世界上第一套全电子 多层智能完井系统 这是一口注入井 靠卫星传送 数据 从办公室可以遥控监测到距离为 265k m 的井 场 第一次实现了在该公司总部 由卫星通信穿过 165m 的距离 遥控监测和控制了 2个层位的注水速 度 该公司选用这种装置的理由是其简单性和全电 子设计 增加完整进入法和动力 通信一体化结构 现有的采油树不需要或仅需要很小的改动 此完井 装置可以在实时监测井底 油管和环形空间内的压 力 温度和流量等参数变化的同时控制流动 利用 装在船上的压力 温度测量仪和井下文丘里流量计 并通过可无限变化的节流阀进行监测 将水注入到 1个层位时 工程师能够实时地看到上游和下游的 压力变化以及水注入到每个层位的直接影响 新装 置的心脏是调节阀部件 它具有两个高分辨率的石 41 第 31卷 第 1期 天 然 气 勘 探 与 开 发 钻 井 工 程 英传感器 压力传感器 温度传感器 和一个 1 4d 双 馈通管 该装置可以提供 从环空到油管进行无限 变化的节流控制 节流阀位置的直接探测 机械 备件的换位能力 5 312 智能完井在深水气井开采中的设计应用 6 TotalF ina ElfAconcagua气田位于墨西哥湾新奥 尔良市西南约 140英里 Marathon石油公司的 Ca m denH ills区块与其毗邻 它们和 BP plc K ingcs Peak 气田生产的气体都输送到 Canyon Express集输和处 理系统 从 3个气田的海底气井中生产的天然气 通 过长约 55英里的双管线流程输送到中心处理平台 生产层是一系列高渗透疏松砂岩 大多数下伏底水 通常 气井生产见水后含水上升得很快 开采地下 多层的天然气而不采出地层水 且不需修井作业是 完井设计的关键 该井应用的智能完井装置是一套电动液压系 统 该系统对接口的要求要高于单一电控或液控装 置 智能完井系统随生产油管下入井中 液压 电力 线用卡子固定于油管上 智能完井系统包括一个封隔器座封组件 可回 收的生产封隔器 内有三个传感器的中心管和两个 电缆传输层间控制阀 当气井生产过程中发生单层 水淹时 智能完井系统可以单独关闭该层而不影响 气井的正常生产 层间控制阀是水下控制系统控制 的液动阀 由采油树上的水下控制功能模块来实 现 该智能完井系统有三个永久式井下压力 温度 传感器 可以监测上部 下部 多层合采数据 传感器 下到层间控制阀以下 这样才能从关闭层中采集压 力恢复数据 而不影响其他层的正常生产 313 用分支井与智能完井结合开发重油油田 7 分支井提供 2个以上的井眼 而智能完井则提 供良好的油井开发控制与管理 二者为提高油田采 收率及改善管理效率创造了条件 以 Mukahaizna 重油油田为实例 该油田是阿曼地区南部第三大油 田 发现于 1975年 油田开发的技术难题在于重油 疏松砂岩以及潜在的早期水最后会进入有高开发价 值的储层 Bake Hughes公司钻了一口 3分支的分 支井 3个分支井眼均下了 5 1771 8 mm 套管 并安 装了智能完井系统 当某一井眼遇到砂堵后 可以随 意打开或关闭相关的井眼 在运行智能完井系统和抽吸系统之前 必须确 保一个真空的封隔器及泵防护外壳偏移主井眼的距 离为 5 1 4 在安装时 双重密封控制线的一小部 分会穿过防护外壳 这部分在使用中不足够耐磨 被 认为是系统中的一个薄弱环节 是很容易被发现的 成套设备采用的是 4 1 2 的完井管柱而不是钻柱 目 的是为了更好更全面地模拟最终完井作业的管柱 智能完井系统与 ES PCP 组件安装在一起使 用 带防护的 ES PCP能够进行人工举升 并且液 压控制滑套为主井眼提供了可选择性的隔断 这种 防护将会降低从 ES PCP到液压控制滑套之间的 震动 其结果显示 ES PCP 组件的最小震动少于 1GH z 而使得实际的油产量达到 75m 3 d 高于预期 的 70m 3 d 4 智能完井面临的挑战 现在已投入应用的智能完井系统采用了监测与 流量控制设备之间的闭环链接技术 通过将油藏状 态传感器得到的数据 同油藏模拟分析得到的数据 进行对比分析 然后来改进与完善智能完井系统 这 就意味着现有的智能完井系统尚存在下列三种生产 控制受限的技术难题需要解决 1 在智能完井的人工举升油井中 为了优化 油井的生产状态 需要采用优良的实时控制技术 若在油井生产状态时输入参数 如气举注气量 电 潜泵泵抽排量和地面油嘴的设定 则要求油井在 几分钟内有所响应 2 在油井优化开采方面 总体的控制系统需 要根据油田现有生产设施情况来优化油田的开采 油田对这种生产参数的监测有着直接的关系 但是 控制时间并非恒定不变 因为油田对工艺控制输入 参数的响应在数小时或数天内便可测试到 3 在油藏优化管理方面 油田的控制输入参 数受油藏模拟软件输出参数的影响 而模拟软件的 有效性则需采用智能完井系统提供的数据通过历史 拟合予以确认 油藏优化要求传感器输出与控制指 令之间不存在关联关系 其目的是要顾及油藏的非 均质性 使控制功能同油藏的响应情况相匹配 但是 油藏的响应可能会在数月或几年才能测试到 当传 感器能够提供准确 详细的油藏特性数据资料并且 见到了响应时 为井下生产控制而进行的油藏模拟 所获得的参数将不能准确并及时的指导井下作业 随着智能完井技术的成熟 它的应用领域将继 续得到扩展 我们在追求更高的生产效率的同时 环 境带来的挑战也不容忽视 在环境条件比较恶劣的 地区 应用井底流量控制时的主要挑战是在生产中 会出现的大量岩屑 即使在最好的情况下 面对通 42 钻 井 工 程 天 然 气 勘 探 与 开 发 2008年 3月出版 常的完井设备 出砂都将会引起设备的损坏 还有潜 在的安全隐患 智能完井设备也面临同样的挑战 恶劣的环境会造成油嘴部分 封口表面 控制线部分 的腐蚀和设备运转时的相互干扰 同时在井底的高 温高压环境条件下 设备的许多元器件长时间使用 后也将会出现不同程度的损坏 这些因素都会造成 智能完井系统不能正常工作 进而失去它的功能 就 长远来看 这些因素对智能完井系统的开发应用都 具有很重要的影响 8 5 智能完井的发展趋势 未来几年 智能型完井技术重点仍将放在通过 连续模拟 测量和控制井下所发生的情况来优化产 量上 需要更好的管理数据以便了解什么信息最有 价值和如何对油藏管理作出更迅速的反应 实际上 现在几乎所有的智能型完井装置都是采用液压技术 制造的 采用液压技术开启和关闭控制阀和油嘴 只需要一条小直径电缆进行操作 光纤在井下作业 中的应用正在推广 北海和美国墨西哥湾正在成功 地布置光纤温度监测系统 以期在优化采油方面获 得有益的结果 同时提供液压和电动智能型完井装 置的供应商也正在研究光纤 电动和光纤 液压探 测装置 最终优化油藏或油井需要智能完井系统 智能 完井系统的使用会为我们带来跨井通信 将来油藏 优化的技术还会包括探测井眼以外进入油藏的技 术 如利用传感器监测和测量进入油藏的水 而且智 能完井系统以后不仅仅是应用于深水复杂的油井 同时也可以普遍应用于浅水或陆上油井 9 10 智能完井系统的中远期研制开发目标如下 11 1 从油藏管理出发避免频繁的修井作业 这 也是智能完井目前的主要目标 2 动用一口油井中的多层或整个油藏 3 实现油井的自身优化生产和自动化生产与 工艺控制 4 对优化生产系统进行优化设计 而并非只 对基本的生产单元进行优化设计 如井下 海底生产 设备同地面设备与基本设施实现良好的匹配 5 可靠性大于 95 安装后的有效工作寿命 为 10年 6 结束语 1 智能完井系统将用于实时监测油井井筒内 的诸多参数 如压力 温度以及流量 并且能够控制 井下开关阀组去调节和控制井下液体的流入特征和 流出特征 2 智能完井技术将应用于海上油井 深水油 井 多分支井 水平延伸井 直井 远距离操作的油 井 水平延伸油井等多种形式的油井 它可在油井开 采期内大量减少必要的修井次数 并可使生产者在 远离井场的地方对井下系统进行监测和遥控 3 智能完井上的传感器能够监测各油层油 量 气量 水量 并能修正油井工作制度 当生产中 出现水或气的锥进时 可以通过调整油层流量 即 关闭产水层或产气层 控制注水或注气等 来延缓 水或气的锥进 从而实现加速生产 提高油田最终采 收率 4 智能完井系统将改变油 气生产方式 这一 新的采油工艺技术通过高水平的油藏管理 高质量 的油气生产控制 以及有效实时地获得生产层段的 井下资料 为今后继续降低油 气生产成本提供更多 的机会 参考文献 1 张绍槐 1钻井 完井技术发展趋势 第十五届世界石油 大会信息 J 1 图书与石油科技信息 1998 12 1 45 601 2 肖述琴 1智能完井综合系统 J 1西安石油大学学报 自 然科学版 2004 19 2 37 401 3 M1Konopczynsk i W1M oore J1Hailstone 1ESPs and Intell i gentCompletions A 1SPE00077656 20021 4 杜灿煜 1控制海下油 气生产的多分支井智能完井技术 J 1国外油田工程 1998 14 3 17 191 5 SehechterR S1 W orldcs FirstA ll electric M ultizone Inte l ligentW ell J 1W orld oi l 2001 222 12 53 541 6 王敏 1深水气井的防砂和智能完井系统设计与施工 J 1 国外油田工程 2003 19 11 25 261 7 Pascal Rump RonjoyBairag iJohnFraser K laus M ueller 1Multilateral Intelligent W ell I mprove Development O il Field A CaseH istory A 1SPE 00087207 2004 1 8 W1 M oore M1 Konopczynsk i V1 Jackson N ielsen1 I mple mentation of Intelligent W ell Co mpletions W ithin a Sand ControlEnvironment A 1SPE 00077202 20021 9 CheneverM tE1W hat LiesA head J 1Hart s E and then selected five para meters influencing on fracture height including operational displacement poor stress in restraining barriers viscosity of fracturing fluid Youngcsmodulus and leakoff coefficient andworked out an orthogonalplan to analyze the influence factors of fracture height ofYulin gasfield at last obtained the effects of for mation and operation para meters on the fracture height including poor stress of restraining barriers viscosity of fracturing fluid operation displacement Youngcsmodulus and leak coefficient The re search guides fracture design of its height control in Yulin gasfield KEY WORDS Yulin gasfield fracture height orthogonal experi ment influence factors 3D mode lfracturing AN INTEGRATED TECHNOLOGY OF COMPLETION TEST AND PRODUCTI ON TEST I N WELL HEBA 1 LONG Xue 1 LIFaquan1 WU Jianjun1 and LAN Fang2 1 Do wnhole Services Company Sinopec Southwest Co m pany ofPetroleum Engineering 2 Research Institute of Engineering Technology Sinopec Southwest Co mpany NATURAL GAS EXPLORAT I ON2 PetroChina Tari m O ilfield Co mpany NATURAL GAS EXP