智能井叢場建設關鍵技術實踐與展望

陳 銳,李東平,葛黨科,賴學明,張 勇

(中國石油大港油田分公司,天津 300280)

建設運維成本居高不下與油田開發效益逐漸變差是制約老油田高質量建設的“絆腳石”。 由于含水上升,單井產量逐步下降,維持同樣規模產量需要更多建設投入,開發完全成本逐年上升,生產經營管理困難重重。 同時隨著產能建設實施規模的繼續擴大,油水井生產井數逐年增加,生產管理用工矛盾異常突出,傳統零散布井、單井單打建產模式已不能適應老油田高質量發展需求。 國內專家學者在井叢場建設和管理方面進行了積極探索,趙昆[1]等對鉆井過程中的井工廠建管模式進行了研究,陳俊昌等[2]提出了叢式井場標準化設計方法,趙平起等[3]進行了井叢場建設管理方法初探與實踐,但針對如何實現井叢場智能化建設和綠色化管理,目前還沒有形成可供借鑒的建管模式。 為讓高含水老油田在少征地、減用工、低成本等需求下實現質量、綠色、效益開發,基于前人研究成果,通過升級井工廠集約化建井模式,創新智能化注采技術和綠色化管理方式,開展了智能井叢場建設關鍵配套技術研究,構建形成了智能井叢場全生命周期建管模式,有效支撐了綠色低碳、生態保護發展新形勢下的老油田高質量發展。

1 智能井叢場建管模式的構建

油田開發智能、綠色、效益、高質量發展的迫切需求倒逼油井建產模式創新升級。 為實現井叢場智能化建設和綠色化管理目標,從高效建井、智能管控和綠色生產三個方向,參考地質工程一體化設計理念在大港油田勘探開發中的實踐經驗[4],統籌兼顧油藏、井筒和地面,構建形成了大港油田智能井叢場全生命周期建管模式,如圖1 所示。

2 智能井叢場關鍵配套技術

2.1 叢式井一體化設計技術

2.1.1 井場井排優化設計

為有效匹配地面環境與不同油藏類型的開發要求,采用井叢場平臺設計模式[5],如圖2 所示。 同時基于遺傳算法,建立了井叢場靶點重心與井排中心關系模型,形成了井場位置優選方法[6-7],實現了地下儲量和井場資源有效利用,井場土地利用率提高了60%。

2.1.2 井眼軌跡優化設計

應用靶點預分軌跡、井組“V”字型軌跡的設計方法,解決密集井口上部井段防碰難的問題;集成配套直流電磁感應防碰技術,防碰探測距離4 ~6 m,解決因老井軌跡數據不準確造成的防碰風險的難題。 現場實施定向井平均靶心距< 10 m,水平井油層鉆遇率達到90%。

2.1.3 工廠化建設優化設計

集成應用軌道移動式批量鉆完井技術,通過優化陸地鉆機移動軌道、表層油層批量鉆井、固井候凝脫機作業、雙鉆機聯合作業等配套技術,大幅提高了鉆井建井效率;同時采用鉆機+修井機聯合、連續油管與修井機聯作、拉鏈式體積壓裂作業,實現了接力式聯合試油投產作業,試油投產周期明顯縮短。

2.2 水井智能分注技術

智能分注配套技術[8-9]可根據油藏需求可實時監測和調控注入參數,分注合格率長期保持在90%以上,解決了分注井起下儀器測試時存在投撈次數多、測試周期長、效率低且易遇阻遇卡的問題。 基于智能、節能、安全的井下智能配水技術,能夠自動調節控制各層注水量并實時監測注入參數,同時對單層歷史吸水狀況進行自主學習分析層段吸水能力,根據擬合規律自動調控注水量,在線測試靜壓、吸水指示和地層壓力恢復曲線,實現精細智能分注,如圖3 所示。

2.3 油井智能舉升技術

針對井叢場油井井眼軌跡復雜、井場面積受限等生產問題,集成應用電動潛油螺桿泵采油技術[10],有效避免了井筒桿管偏磨,較傳統抽油機有桿泵舉升工藝井口占地面積減少90%,生產管理效率提高85%。 基于油井生產智能集群控制平臺,如圖4 所示,通過實時監測泵入口壓力、泵入口溫度、泵出口壓力、泵出口溫度、電機繞組溫度、電機震動X 軸、電機震動Y 軸等7 參數的變化情況,實時對螺桿泵健康超前預警;同時應用信息數據湖規律性分析方法,對斷軸、泵干磨損壞、電機燒等異常工況進行實時診斷和超前保護,并實現智能調整轉速、低液面間抽、自動啟停。

2.4 采出液循環利用技術

面對華北地區清水資源匱乏狀況及提高采出液利用率的要求,針對采出水外排及對復合驅體系的極端降解系列問題,通過采出水對復合驅體系影響因素及規律研究,形成了采出液循環利用配套技術,如圖5 所示。 通過聯合站實現了油水分離,分離后的采出水經化學劑[11]深度處理后配制聚合物用于地下驅油,使聚合物地面溶液黏度提升5 倍,地下黏度保留率≥80%,達到高效驅替目的;同時消除了采出水對聚合物的極端降解和表活劑的吸附沉淀,形成了全封閉式生產流程,盤活了采出水資源,實現采出水全部循環利用、淡水零消耗。

2.5 井場智能管控技術

依托物聯網等移動互聯技術(電子標簽RFID、智能終端),通過生產過程管理模塊,對生產過程各個環節進行集中管控,實現生產全過程動態及時、真實、準確,通過移動應用實現巡檢工作量化可控。 應用數字化監控,顛覆了傳統的人工管井模式,實現了信息自動采集、智能管控、電子巡檢、無人值守,杜絕了非正常人工啟停井,如圖6 所示。 通過開發整合計算機圖像視覺分析、聲音識別和三維GIS 技術等先進技術,建成井叢場智能監控系統,實現人臉自動識別、火災自動識別、移動自動偵測和液體泄漏偵測,實現出入口安防管理和施工作業區智能監護,以防止意處入侵和及時發現險情,并能夠報警及確認,替代人工監控。

3 實踐與展望

3.1 智能井叢場建設實踐

港西一號井叢場集成創新應用一體化設計、工廠化建設、智能化控制和綠色化生產的因藏制宜、因地制宜的大港特色智能化井叢場建管模式,建設成為基于“質量、技術、綠色、效益”的中國石油示范井叢場(見圖7)。 整體實施26 口井,征地面積減少了76.6%,生產運行管理效率提高了85%,年節電約41.7 萬kW·h,相當于10 臺抽油機1 年的用電量。

1)一體化設計:優化方案設計、井場布局、工藝配套,預測并優化鉆井、舉升、地面配套和生產運行費用,實現經濟效益和社會效益最優化。

2)工廠化建設:在鉆井、試油投產方面配套應用軌道移動批鉆技術、多動力聯合試油技術和頂驅技術等,實現安全快速建產建井周期7.25 d,比常規建井節約46%建井周期。

3)智能化控制:應用自動液面在線監控、水井智能分注、油井智能采油技術和智能化移動巡檢等系列新技術新設備,人均管井數由4 口提高到10 口,勞動效率提高2.5 倍。

4)綠色化生產:踐行綠色鉆井、綠色生產和綠色井場建設理念,應用網電鉆井、井口含水在線檢測、地面系統優化集控、油井采出液循環利用、光伏發電技術和集約化井場布局,實現井叢場建設單井鉆井碳排放量減少94.3%,生產成本降低25%,地面管道縮短2.4 km。

3.2 智慧井叢場建設展望

充分整合數據資源,智能引擎、大數據等信息化技術與數學分析及預測方法相結合,持續升級井叢場智能化配套技術,實現智慧井叢場建設全生命周期“自主感知、自主學習、自主決策、自主操控”。

1)技術決策智能化:建設集油藏數字化、井筒數字化、地面數字化于一體的數字化管理平臺,形成基于3D 模型的可視化虛擬研究決策環境。

2)生產管理智能化:通過智能工作流引擎技術實現跨部門、跨專業的工作協同,應用數據實時監測、故障智能診斷分析形成協同工作平臺和環境,有效推進決策進度和效率。

3)經營管理智能化:以ERP 系統集成應用為基礎,實現油田所有業務流程數字化管控,跟蹤監控經營指標,模擬預測運營狀況,實現業務閉環的有效監管。

4 結論與認識

1)集優化設計、智能管控、綠色生產為一體的智能井叢場全生命周期建管模式有效提高了高含水老油田開發建設質量和生產管理水平,實現了綠色效益建產;

2)由地面井場向井筒油藏延伸,創新“井工廠”智能化建設模式;由生產階段向管理階段延伸,創新“井工廠”綠色化生產管理模式;實現了油藏-井筒-地面一體化協同管控,賦予了井叢場智能化與綠色化新內涵;

3)形成的智能井叢場建設關鍵技術對加快綠色低碳轉型、建設智能油田,實現老油田提質增效、高質量發展具有重要借鑒和示范意義。