智能完井的发展现状和趋势曲从锋 王兆会 袁进平(中国石油集团钻井工程技术研究院)摘要 近几年,智能完井技术发展迅速,因其在优化生产效率和油气采收率方面的巨大潜能,国内外学者都对其加大了研发的力度。
现今国外提出的智能完井技术可以不关井调整生产层位、多层合采控制水气锥进,实现分层开采、分井眼开采,控制不同层位或不同井眼的开采速度,提高水平井/分支井开采的整体效益。
目前,国外拥有智能完井技术的公司主要有W ellDynam ics 公司、Baker 石油工具公司、Schlumberg er 公司、Weathford 公司、BJ Ser vice 公司等;主要智能完井系统有:RM C 、InForce 和InCharge 、SCSFS 等。
关键词 智能完井 分支井 井下控制阀 封隔器DOI:1013969/j.issn.1002-641X 12010171009项目来源:中国石油集团/十一五0科技攻关课题(编号2008A -2305)部分研究成果。
1 引言随着国内油气勘探开发的发展,沙漠、深海油气田越来越多,为有效开发这类油藏/油气田,水平井/分支井增多,储层也变得越来越复杂,采用常规的完井方式已不能满足这些井的要求。
另外,油田开发过程中同一口井不同层位或同一层位不同层段含水不同的情况很多,常规的完井技术无法调整生产层位,不能控制多层合采的水气锥进,开采效果差。
现在很多油田开采已进入高含水后期,油层性质差距大,常规完井技术因不能满足高含水井的正常生产要求而导致关井。
智能完井系统是带有井下传感器,并能实时采集有关数据的遥测与控制系统。
它可从地面实时地对单井多层段油、气生产或对多分支井中单分支井眼的油、气生产进行监测和控制。
智能完井系统减少了油井生产期间所需要的大量修井作业,从而使油层以较少的油井检修工作量而保持最高的采油水平,获得较高的油气采收率[1]。
智能完井代表了完井的发展方向,未来的数字化油气田即是以智能完井技术为基础。
智能完井技术的发展对于油气田未来的可持续发展具有非常重要的意义。
2 智能完井技术现状Schlumberger 、Baker 、BJ Service 公司都是老牌的石油服务公司,对智能完井技术都有自己的一套研发思路,形成了较为成熟的智能井系统,例如Schlumberger 公司的油藏监测和控制系统RM C 、Baker 石油工具公司的InForce 系统和InCharg e 系统、BJ Service 公司的地面控制流量选择系统SCS -FS 。
但现今智能完井技术最完善和最齐全的是WellDy nam ics 公司。
WellDynamics 公司是H al-i burton 专门用于研发智能井系统的子公司,于1997年就推出了SmartWell 智能井系统[2]。
111 WellDynam ics 公司WellDy namics 公司的智能完井系统包括四部分[3](图1):图1 W ellDynamics 公司的智能完井组成WellDy namics 根据不同的井况及用途开发了多种层段控制阀、封隔器和控制模块,所采用的各种控制系统都是液力控制系统,作用力在45~267kN,可在井下双向驱动任何流量控制装置。
由于作用力大,可用于稠油井、出砂井的开采且能够克服井下结垢、腐蚀而造成的摩阻增加的问题。
该公司的地面控制油藏分析与管理系统(SCRAM S)是一种高度集成的系统,通过它能够远程控制井筒并能实时采集每一个产层的数据(例如压力、温度),操作者通过分析数据再将信息反馈给层段控制阀,调节各层段流量从而达到优化产能、提高油藏管理的目的。
SCRA MS 系统是陆地、海上平台和海底应用的理想选择[4]。
112 Baker 石油工具公司[5]Baker 石油工具公司的智能完井系统包括In -Force (液压智能井系统,图2)和InCharg e (全电子智能井系统,图3)两个系统。
InForce 是Baker 石油工具公司1999年推出的第一个水力智能系统,InChar ge 是公司的第一个全电子系统,于2000年下半年推向市场。
图2 InFor ce 系统11211 InFo rce 系统InForce 智能完井系统是利用Baker 石油工具公司的H CM 型液压滑套、M FT 封隔器以及井下永久计量监测仪(常规电子传感器或光纤传感器)来实现对产层的远距离流量控制。
InForce 系统特点:r 液压驱动;r 可同时控制1~3个产层;r 每层有一根1/4in (1in=2514mm)的控制线;r 全开关时间<5min;r 垂直井、斜井、水平井都适用;r 陆地和海上平台都可应用;r 可使用常规电子传感器或光纤传感器;r可测最高油产量达25000bbl/d (1bbl =01159m 3);r 尺寸:7in @31/2in;95/8in @41/2in;95/8in @51/2in 。
11212 InCharge 系统InCharge 系统是利用电力控制的IPR 滑套(集成压力温度传感器)、M FT 封隔器来实现远程控制的智能完井系统。
系统中每一个IPR 滑套都集成了一个电动机械式的可调节流阀和多个压力温度传感器,无级可调节流阀可以精确地控制流量或注入压力,并且节流阀装有位置传感器,可精确显示节流阀的位置,在断电后无需重新设定节流阀位置。
InCharge 系统的所有电力、传输、控制线都封装在一根电缆中,增加了系统的可靠性,减少了下入时间和相关费用。
其电力产生的驱动力可达到45kN,并且系统带有备用机械部件,可保证在电力系统出现故障后能够正常使用。
图3 InCharg e 系统InCharge 系统特点:r 电力驱动;r 能监控多达12个层段;r 每层有一根1/4in 的控制线;r 无级可调节流阀;r 直井、斜井、水平井都适用;r 可用于陆上或近海完井;r尺寸:7in @31/2in;95/8in @51/2in 。
113 Schlumberger 公司[6]Schlumberger 的智能完井系统称为油藏监测和控制系统(简称RM C),根据控制系统的类型分为液力系统和电动系统两种。
液力系统是利用液压滑套或液压(毛细管)流量控制阀、多通道封隔器并结合电子/光纤式传感器对多个产层进行监控。
电动控制系统集成了机电式的可调节流阀和多个压力、温度、流量传感器,电动流量控制器可用钢丝绳或油管起下,操纵的电流来自油管外的电缆。
Schlum berg er 公司与中国海洋石油有限公司在印度尼西亚南爪哇海设计并成功实施了T AML 分支井最高级)))T AM L 第6级分支井的智能完井。
NE Intan A -24井是在印度尼西亚所钻的第一口TAM L 6级分支井,也是世界上第一次在第6级分支井中采用智能完井。
Schlumberg er 公司使用最先进的Rapid -Sea1分支井系统成功地实施了这一项目。
利用该系统可以实时测量井下温度和压力,并可选择性地优化每个分支的石油生产,尽量减少水侵[7]。
114 Weatherford 公司[8]Weatherford 公司的Sim ply Intelligent 智能完井系统将光纤传感技术与流动控制技术结合在一起,使得作业者能主动地调整油藏流入剖面和增加油藏采收率,优化生产动态,降低操作费用。
其在智能完井系统方面主张简单可靠的液压+光纤的组合,整个系统是利用ROSS 远程控制滑套阀、H ellCat 2型液压式封隔器和光纤式传感器对各个产层进行监控。
Weatherford 公司在开发智能完井技术时,侧重于对光纤技术的研究,已经开发出适用于井下的光纤式压力、温度、单相/多相流量传感器。
光纤传感器极大地提高了智能完井系统在高温环境下的可靠性,扩大了智能完井系统的应用领域。
115 BJ Service 公司[9]BJ Ser vice 公司的智能完井系统称为SH ARP 系统,又称可选择液压驱动远程控制开发系统,已经在世界各地的深海油田成功应用,能够实现多层完井、选择开采,是一项经济、可靠的技术。
SH ARP 完井系统是一套与BJ 防砂工具一起、用于多重尺寸套管的组合工具(图4)。
SH ARP 智能完井组合工具包括:r TIP -PT 封隔器)))允许多条电缆、控制线通过r 液压多功能阀)))远程控制多个储层流体流程r压差式循环阀)))控制储层流体或注入液体的流入流出r监测系统)))多点温度、压力数据的采集及体积流速的测量图4 SH AR P 系统116 国外其他技术随着智能完井技术的发展,越来越多的新技术应用到智能完井中,其中包括一些封隔器技术、电缆穿越封隔器技术等。
H aliburton 公司和SWELLFIX 公司开发的遇油、气或水膨胀封隔器现今应用于智能完井,先在遇油、气或水膨胀封隔器上割一个槽,封隔器入井时,智能完井电缆、控制线等可以完整地放入封隔器槽内,穿过封隔器而不需要切割、拼接,节省了时间且大大提高了智能完井系统的稳定性。
这种封隔器叫膨胀封隔器电缆(Sw ellpacker cable)系统,可密封偏平集成电路或多重控制线路[10]。
117 国内现状国内目前虽然还没有成型的智能完井系统,但在智能井技术方面已开始进行研究和探索,与其近似的技术主要是分层开采和一些初步的滑套开关等技术。
1994年河南石油勘探局采油工艺研究所和采油厂共同开发研制了3种分层采油的混出泵及管柱,并成功地应用于油田生产[11]。
大庆油田在上世纪60年代开发实践过程中就形成了一整套分层采油技术,并已在各油田推广使用。
经过多年的研究,分层开采、分层注水技术在各油田已普遍应用。
而初步的滑套技术,从上世纪90年代开始研究使用。
2 发展趋势未来的智能完井系统将集成更多的数据采集系统,精度更高,更加稳定,图5是Weatherford 公司设想的未来智能完井系统的传感器分布连接示意图[12]:井内测量参数的范围将扩大到识别出砂层、表皮因子、流体组分、腐蚀、侵蚀和多相流并且可以监测微地震波以及进行井间电磁和声波成像,获取更详细的地层层析X 射线图像,从而更加准确地追踪流体流动,了解油藏构造,从而达到优化产能的目的。
现在人们正在把智能井技术与多分支系统、可膨胀系统和防砂作业结合起来。
目前,智能完井技术已应用到地下储气库井。
尽管应用在天然气储存井的智能井技术类似于应用于生产井中的技术,但通常使用的信息途径是不一样的。
随着地下储气库技术的发展,这些新途径被证明是创新应用的理想平台,未来储气库会更像油气田。
图5 未来的智能完井系统3 结束语(1)国内很多油气田都已进入了中后期,层间矛盾加剧;新的油气藏也变得更加复杂,环境更恶劣,距基地更远;而智能完井在分采分注、提高采收率和远程控制方面独具优势,因此开展智能完井技术非常必要。