智能完井技術在深水完井作業中應用研究

侯旭峰（中石化華北石油工程有限公司井下作業分公司 河南 鄭州 450007）

引言

與傳統的完井技術相比，智能完井技術在自動化程度上有了非常突出的優勢，其綜合了機電一體化技術、現代測控技術以及計算機與網絡多媒體技術，在采油過程中可以實時地監測井下參數，對數據進行分析，通過控制系統來指導操作系統。

一、智能完井系統的組成

智能完井系統包括微電子集成控制系統、信息采集傳輸系統、電纜或者高效電池以及井下傳感器。智能完井系統示意圖如圖1所示。

地面設備主要由微機控制中心和數據采集與預處理系統組成，井下的智能儀器裝置與地面設備之間通過有線電纜進行連接，同時利用電纜對井下儀器裝置提供電源，維持系統長期正常運行[1]。各子系統之間通過數據接口聯系，并通過其將信息傳輸到地面，以便技術人員匯總分析。之后，指令經由信息傳輸系統送達井下指導開關套閥的開啟。井下傳感器模塊和控制模塊是智能完井系統的核心，可長期置于井下工作，井下傳感器檢測井下各井段流入井內的流體特性，例如管內外壓力、溫度、流量等，監控油管、環空及地層的多種物理參數，通過高溫高壓智能元件信號處理及采集系統傳輸信號到地面數據采集系統，控制模塊調控進入井眼內的流體，溝通產層與采油管柱，允許流體按照最佳的壓力和流量進入。

圖1 智能完井系統組成

二、智能完井技術在深水作業中的應用

由于智能完井技術可以對深水油氣田多層以及多分支的開采過程進行地面遙感遙測，達到智能操作的效果，因此，近年來在國外的深水油氣田中得到了越來越多的應用。

1.智能完井技術在墨西哥灣深水氣井作業中的應用

墨西哥灣新奧爾良西南部的某氣田主要應用電動液壓的智能完井系統，對于接口的要求較高，此套裝置能夠隨著生產油管進入井下，并可以固定在油管上。智能完井系統可以在油氣開采中實現單獨動作[2]，不影響氣井的正常工作。智能完井技術在深水氣井開采中的應用，能夠實現對儲層多方面的智能監控，即使關閉也不會對其他儲層產生影響，并能夠進行壓力數據采集，從而保證了油氣開采監測的正常運行。

2.智能完井技術在巴西深水油田作業中的應用

作為世界上第一口多層智能、電動的完井，巴西國家石油公司在Varginha油田的VRG井通過安裝Incharge全電動、多層智能井裝置實現了對其兩個層面的注水速度驚醒了長距離遙控監測和控制[3]。該裝置可以同時測壓、測溫以及控制流速。對于注水過程，技術人員可以清楚地看到壓力在不同部位的變化。作為核心部件的調節閥，其可以提供：（1）自由地實現對環空與油管之間的節流控制；（2）分辨率高的石英溫度和壓力傳感器；（3）探測節流閥的位置；（4）機械備件的換位能力。

三、智能完井技術存在的技術難點

井底傳感器及測量技術、信息雙向傳輸技術、接口技術以及井底機械的控制技術是智能完井技術需要解決的三大技術難點，其中惡劣的工作環境是需要克服的最大的難點[4]。油嘴、封口以及控制線都很容易受惡劣環境的影響而發生腐蝕現象，同時，設備之間的相互干擾也是惡劣的環境造成的。設備的許多器件長時間在高溫高壓的環境下工作，也會出現一定程度的破損。上述這些情況都很難避免地造成智能完井系統出現非正常工作，影響其功能的正常發揮。

1.突破關鍵技術

就我國目前的傳感器、信號通信系統以及電子元件的質量而言，其很難在高溫、高壓以及腐蝕性強的環境中長時間可靠、穩定地運行[5]。但是，我國的某些單項技術目前是比較成熟的，我們應當充分調研，取長補短，集中優勢力量，實現技術集成，最終在關鍵技術方面達到突破。

2.保障儀器封裝的可靠性

認真做好井下儀器的封裝，防治因石蠟以及砂石進入堵塞或者儀表功能失效的事故發生。密封器件容易受高溫環境的影響發生老化，甚至變形，最終造成泄漏。

3.智能儀器能適應井底惡劣環境

深水井底的環境是非常復雜的，除了高溫、高壓之外，還存在砂石、腐蝕性強的成分，這就要求井底儀器必須具有耐高溫、耐高壓及抗腐蝕的能力[6]。同時，對于移動的設備還應該具有一定的抗磨損能力。

4.采用行之有效的微機械系統

由于井底空間的限制，在井眼小空間內安置電子儀器、傳感器及各種執行元件，并且安全固定電纜、封裝接口，必須采用微機械系統。

結論

國外大量的應用實例表明，智能井系統能夠解決油氣井生產過程中存在的很多難題，設備性能可靠，而且經濟回報豐厚。然而，在我國完井技術還比較落后、自動化程度不高、作業周期長、成本高、效率低，完井所采用的儀器設備也存在著諸多缺陷，與國外當前智能完井技術的發展水平相比有著相當大的差距。

[1]AADE.Cementing in Deep Water[J].Deepwater Industry Group Meeting.Houston.USA,2003：10-21.

[2]劉均榮，姚軍，張凱.智能井技術現狀與展望[J].油氣地質與采收率.2007，(06)：12-34.

[3]何雅麗，許碧瓊，唐大鵬，等.鉆井遠程技術支持監控系統的研究與應用[J].石油地質與工程.2007，(05)：12-15.

[4]劉明炎,吉雙文.地質導向技術在魚骨狀多分支水平井施工中的應用[J].石油地質與工程.2007，(05)：56-58.

[5]AJAYIA Y,KONOPCZYNSKIM.Application of intelligent completations to optimize water flood processon a mature North Sea field:a case study［J］.SPE101935.2006 ：34-36.

[6]Mohammed A Abduldayem ，M uhammad Shafiq，Zulfiqar A.Baluch.Intelligent Completions Technology Offers Solutions to Optimize Production and Improve Recovery in Quad-Lateral Wells in a Mature Field[J].SPE110960. 2007：36-39.