智能井技术（一）智能井技术概况智能井是通过安装井下设备，实施远程监控油井流量和油藏动态的系统，它将油井结构与完井方式合为一体，正在发展成为一种具有一定人工智能的智能化完井体系。

该系统可以通过控制油层的流动特性来恢复油层能量，延迟地层水侵入采油层段，增加油、气产量，特别适用于调整井和修理费用高或复杂环境下的油井，如海上油井、深水油井、多分支井、水平延伸井等。

从1997年投入应用以来，在国外得到了迅猛的发展，取得了令人瞩目的成绩。

智能井系统由三部分组成：井下信息传感系统、井下流动控制系统、油井优化开采系统。

智能完井系统（ICS）结构框图见图1所示。

图1智能完井系统的结构框图井下信息传感系统：井下信息传感系统负责井下信息的收集，并把这些信息在地面上直观的反映出来。

该系统主要包括以下三个部分：井下传感器组，数据传输通道，地面监测系统。

井下传感器组是永久安装在井下、间隔分布于整个井筒中的，包括温度、压力、流量、粘度、组分等多种传感器组，以及未来要发展的井下三维可视系统，目前常用的传感器主要分为新型光纤传感器和常规电子传感器。

由于光纤传感器具有数据传输速度快、耐高温、无源、化学反应呈惰性、性质稳定且不受电磁辐射干扰的优点，与电子传感器相比，其稳定性和可靠性大为提高，因此在井下测试中越来越受到青睐。

数据传输通道的主要任务是担负地面监控系统和井下传感器及执行器之间的通信，把井下传感器测量的各种信号传输给地面监测系统，这种通道主要是电缆和光缆。

地面监测系统的主要任务是配合井下传感器完成测量和存储井下数据，并对数据进行分析，判断井下发生的各种情况，绘制各种与生产相关的图表，最终把这些数据和分析结果传送给油井优化开采系统。

地面监测系统包括硬件设备和软件系统。

地面硬件设备主要指用于传感器的地面设备，例如光纤传感器的光源、光电探测器、光调制机构和信号处理器等。

软件包括测量软件、存储软件、分析软件等。

井下流动控制系统：井下流动控制系统是智能井系统实施优化生产的执行系统。

油井优化开采系统通过分析井下的各种数据，发出指令遥控处于井下的生产控制装置，从而控制井下流体的流量和流动特性。

井下流动控制系统主要包括地面动力系统、层间隔离工具、动力传输系统和井下控制阀三部分，目前井下控制阀主要是通过液压方式来进行控制动作。

地面动力系统主要包括液压泵和控制系统，能向井下双向输送动力实现井下控制阀的打开和关闭；层间隔离工具主要是使用封隔器，按照油藏工程师的要求，用封隔器将油井封隔成几个不同的生产层段，每个生产层段安装一个井下控制阀，同时这些封隔器能够穿越液压控制管线和光纤。

动力传输系统主要包括动力管线和液控管线保护器，液压管线是1/4''连续不锈钢管线，通常是一个井下控制阀有一个独立的动力传输系统。

井下生产控制系统中最简单的是井下节流阀，它可以在油藏中调整各层段之间的产量，是最直接控制井下流量的工具。

智能井的节流器可以遥控操作，比原有完井方法有了很大提高。

油井优化开采系统：油井优化开采系统是整个智能井系统的核心。

油井优化开采系统接收井下信息系统传输的数据和初步结果，结合油藏和地质知识进行更深层次的分析，采用软件模拟的方式确定出最佳的优化开采方案，发出指令控制井下流动控制系统以达到最终目的。

此系统可以以自动或手动两种模式运行。

油井优化开采系统可以分为硬件和软件两个部分。

硬件部分包括计算机、网络系统、数据采集卡、控制模块等；软件部分是系统的关键，包括数据处理单元、数据分析单元、控制单元等几大模块。

（二）智能井技术原理与特点技术原理：智能完井系统也称作智能井。

智能井是一个实时注采管理网络，是一种利用放置在井下的永久性传感器实时采集井下压力、温度、流量等参数，通过通信线缆将采集的信号传输到地面，利用软件平台对采集的数据进行挖掘、分析和学习，同时结合油藏数值模拟技术和优化技术，形成油藏管理决策信息，并通过控制系统实时反馈到井下对油层进行生产遥控、提高油井产状的生产系统。

技术特点：①地面遥控功能：智能井能够在地面上识别井下流量控制阀的工作状态，并能在地面上有选择地开关某一生产层段，从而实现在不关井的情况下进行井身结构重配。

适用于偏远地区、作业费用高昂的海上油田或沙漠油田以及成熟油田开发。

可用于水平井、大位移井、分枝井、多层合采井及注水井等。

②实时监测功能：智能井能够获得生产层的实时井下信息，并将监测到的资料传输到地面的计算机中储存起来，测试的资料具有较强的连续性。

由于监测资料是长期持续记录的，从而克服了不稳定试井分析所带来的模糊性和不确定性。

同时，由于能够实时获得关键信息，因此最大限度地减少了测井工作量。

③便于油藏管理：利用智能井所获得的长期监测资料比传统的短期测试资料更广泛，提供的油藏信息量更多，非常有利于油藏工程师建模。

智能井监测的数据不但包括单井数据还包括井间数据，获得的信息类型不断扩大，从而使先进的油藏管理向着精确的流体前缘图解和油藏描述方向发展。

④增加动用油气资产的可采储量，提高油田最终采收率。

智能井中的流量控制阀可以对不同层位有选择性地进行开关，从而实现从特定层段生产的目的；井下传感器能够监测各层段流量，并能调整油水井工作制度。

当生产中出现水或气的锥进时，可通过调整层段流量（如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；同时通过对各层段的流量控制可改善油层中的油水（气）前缘分布，扩大波及范围，达到提高油田最终采收率的目的。

⑤节约生产成本，最大限度地降低作业费用。

智能井技术可以通过减少大量的井筒维修工作量、优选采油方式和工作制度，从而节约成本、降低作业费用，特别是在深水油井中。

（三）智能井应用应用实例分析：全世界已经安装了800多套完整的智能井系统，在采出井和注入井中均可使用智能完井。

大部分智能井安装在海上油田，但越来越多的陆上油田也安装了智能井系统。

智能井的典型应用包括多油层合采、注水和注气、控水和控气、多分支井、自动气举、重油开采、薄油层及边际油藏开发等。

其他智能井技术的应用诸如：中国近海的温度剖面监视，英国近海Douglas油田电潜泵和智能井系统的配套使用，澳大利亚西北近海的侧钻。

截至目前为止，Baker Oil Tools 公司、Sch⁃lumberger公司、Halliburton公司、PDO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。

（1）多油层混合开采假如油管尺寸不再是流体流出的限制因素，并且压力不协调或化学性质不相容完全可排除在外，则从所有层段进行合采将充分发挥油井生产能力。

如果压力不平衡状况能通过试采和（或）井下节流技术加以平衡，则对超高压层段也能进行合采。

应用智能井技术控制不同流量和不同含水率的各层段流入量能够实现多层合采。

位于墨西哥湾Na Kika开发区块的Fourier-3井的模拟结果提供了合采优于按序开采的一个例子。

在该井上安装两个控制阀来控制一个井底层段和一个上部层段的生产。

当某层段含水损害到地面净产值时，使用开－关节流阀来关闭该层。

图2说明了合采和按序生产的产量预测结果。

模拟结果显示Fourier-3井合采后，产量增加了28%。

图2 按序生产和合采的模拟预测结果Snorre油田位于北海卑尔根西北部大约210km。

Norsk Hyd10公司利用一套可控制2层生产的InForce系统加速Snorre P- 30井的生产并降低采油修井作业费用。

P - 30井总的测量深度为6600m，远程控制层段位于4775~5200m，垂直深度约为2700m，倾斜角为80°。

InForce 系统控制2个独立层段的流体流入，在5min内能远程打开或关闭各层。

总共采用6条控制管线来操纵2个HCM滑套、1个油管/环空压力/温度计、1个油管可取式安全阀。

在北海，一次连续油管作业最少要10d，总体费用超过30×104美元。

假如在15d生产期限内1口井需要采取5次甚至更多次油井作业，那么减少或消除这类修井作业和延缓生产的能力将极大地影响到操作成本。

P - 30井初期产量为3500 t/d，每次作业需要停产6~7d，这样因每次作业导致的产量损失是非常巨大的。

采用智能井技术后，该井取得了明显的经济效益，并且消除了与修井作业相关的风险。

（2）注水和注气2000年BakerOil Tools公司在巴西海上Varginha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265 km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级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英传感器（压力传感器、温度传感器）和一个1/4双馈通管，该装置可以提供：①从环空到油管进行无限级变化的节流控制；②节流阀位置的直接探测；③机械备件的换位能力。

（3）控水和控气1999 年2 月，在英格兰南部的Wytch Farm油田的大位移多底井M15上，进行了由地面控制的井下流量控制完井。

Wytch Farm油田是欧洲最大的陆上油田，以在Sherwood油藏的大位移（延伸）钻井和完井而闻名。

M15井的前身是1994年钻的1口大位移老井M2井，该井一开始就存在大量问题。

例如。

因为水泥瞬时凝固，140 mm的尾管没有被水泥固结住就射孔。

由于管理上的原因，导致含水迅速上升，随后的堵水工作也不成功。

M15井完井包括3个由地面液压控制的完全相同的阀（其中的2个在同一分支上）。

这些阀既可以完全关闭，也可以在5个序列点的1个点位上，这些序列点位把阀的开口分成完全相等的几何形状（从最小的开口到完全打开分成1、2、3、4、5 位置，0 位是完全关闭）。

在地面，通过专门的控制线缆进行压力循环，以便调控阀的点位。

其他关键组件包括开关、封隔器、电潜泵和流量计等。

正如Gai所报道的，在2年多时间里，通过完井段的流量控制仪，无论是使原油产量最大化方面还是应对偶尔出现的不利条件上，该井都得到了很好的控制，例如在控制设备采出水方面和控制电潜泵变速驱动的液流方面。

随着完井的成功，生产状况大大改善。

（4）多分支智能井利用流动控制来优化多层油藏生产在多分支井中显得更加迫切，智能分支井控制技术可以消除某一分支中发生的意想不到的生产情况。