Mike Robinson 著 程英姿 译
摘 要 智能完井技术是石油工业近年来发展起来的一项新技术。详细介绍了智能完井的概念、发展历程以及系统标准，并通过列举智能完井在流量控制及生产优化方面的优点来阐明智能完井技术如何实现优化油藏管理，提高采收率。
引 言
油气工业在完井方面努力追求能对油气井实现远程监控的目的，要实现这一目标通常需要采用“智能完井”。近年来，智能完井技术发展迅速，且在提高采收率和加速油田开发方面都见到了一定的成效。智能完井节约了修井成本，特别是在多支井、海上油井及无人管理平台油井见到了较好的投资回报。由于智能完井装置在油田应用效果较好，因此，该项技术的应用将更加广泛。
到目前为止，智能完井装置约安装了200套。2002年—2003年间，以每年50～75套的速度增加。随着该技术在油田应用中被普遍认可，智能完井装置每年的安装数量还将增加。
智能完井的概念
如图1所示，我们可将智能完井定义为“一套能集输原油，并对油井生产、油藏动态及完井综合数据进行分析，然后对油藏及油井生产动态进行远程控制的系统。”值得注意的是，目前，智能完井还未涉及到对油井进行自动控制或优化，但是可以通过人工向油井发送命令。无需对油井进行常规的修井作业，通过远程完井监控就能完成井筒内和井筒附近数据的采集。远程完井控制是指将指令传送到油井，用于改变一个或多个流动控制部件的位置或状态。通常，在保证油井安全且生产成本最低的情况下，采用智能完井能优化生产，最大限度地提高采收率和投资效率。
目前，智能完井系统的种类较多。虽然已成功地安装了电动、电动-液压、光学-液压完井系统，但液压动力系统仍占主导地位。
智能完井技术的发展历程
20世纪80年代末，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-液压控制。最初利用计算机辅助生产主要体现在两个方面：一是对采油树附近的油嘴进行远程控制，实现气举井生产优化。二是对抽油机井进行监控。随着技术的发展，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。
早期，智能完井流量控制装置基于使用常规电缆起下滑套阀技术。对这些阀进行改装，以便采用液压、电动或电-液压活动系统进行开/关及不同位置的节流控制。进一步开发使节流装置具有抗腐蚀能力，并使系统初步成形。由于高额增加的资金成本和高压差维护作业使整个系统未被广泛接受。此外，其它以常规SSSV（地面控制井下安全阀）技术为基础的设备采用管内环阀实现开关和截流。
最初这些高度集成化的系统并不被油田经营者接受，原因是这些系统的投资费用过高，且应用成功率较低，往往收益不抵投资。当时这些系统的确还未达到让油田经营者放心使用的标准。针对这些问题，研制推出了低投资的液压系统，该系统将各种不同的传感器同液压控制装置组装在一起，形成一种复合式的智能完井系统，它具有最初高端系统的主要功能。
人们常常希望通过对最初安装的独立PC机、基本的生产监测系统和数据过载系统进行升级处理，使其能够进行理想的数据处理和传输。最近，永久型井下压力与温度计和智能完井系统已经同内部互联网或因特网的数据传输系统联机，提高了数据的传输速度和应用效果。通过应用不介入式系统或文丘里测试仪测流量的传感器已经研制出。这些仪器的集成系统可以同其他的光纤系统配套，用于测试分布温度剖面、多点压力和声波信号(由此可研制出永久型地震传感器)。虽然这些系统的有效工作寿命还不稳定，但是，供货商对系统可靠性进行了深入研究，目前已基本达到用户的要求。
智能完井技术中期的主要目标概括起来有以下几个方面：
· 在油藏管理中用于减少常规修井次数；
· 提高油井油层的动用率；
· 实现油井的自优化和自动化，方便生产作业；
· 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，实现井下／海底生产设备同地面设备的良好配接；
· 智能完井系统的可靠性应大于95％，安装后的有效工作寿命为10a。
系统标准
由于众多的开发商和供货商都在从事智能完井系统组件的开发研究与市场销售，因此开展智能完井系统的标准化和兼容性研究成为一件要事。从事采油工程研究的研究小组通过向有关的采油作业服务机构进行技术咨询，已经编制出了一套适用于井下监测与控制设备的标准文件，即智能完井井下仪器设备标准(IWIS)。目前，数据传输通常要求采用电力或光学导线，虽然电磁遥测无线系统提供的数据传输带宽较窄，但终将投入工业应用。光学液压井下开关系统的样机虽然已经通过试验测试，但它的光传输能量仍十分有限。全电动系统的进一步开发将使井下自动化控制完井技术的应用成为可能。
智能完井流量控制方面的优点
智能完井技术的价值具体体现在，通过液流控制来积极改进与提高井身结构和油井的生产状态，并通过对井下数据的采集实现油井的产量及井况监测。将数据分析同预测性油藏模拟相结合，并通过控制系统的反馈数据资料控制油井生产使之价值最大化。
可以预测，应用智能完井技术可使油藏的采收率提高10％。智能完井井下生产状态的远程监测与控制技术的应用以及预期效益将随作业井类型的不同而不同。实际上，多层开采井或多分支井(无论是采油井还是注入井) 因为运用了智能遥控技术，降低了生产成本，提高了油井产能，都见到了较好的经济效益。智能完井系统的初始投资费用各不相同，一套永久性智能完井系统的投资为20万美元，而特定的多层遥控智能完井系统的初始投资则为250万美元。
通常，需对要进行智能完井作业的油井进行认真评价，如果经济评价表明，通过分层优化开采或降低产液含水率，提高扫油效率或注入流体增加油藏的波及范围等措施能增加油井的开采利润，便可将其作为智能完井的候选井。除此之外，还可通过其它措施来提高利润，如，采用结构较之海底或地面设备简单且投资小的井下产液调节系统，提高举升效率，改进产层压力；提高采油效率，缩短施工作业时间；使井下割缝衬管有效地发挥泄油效率，降低修井作业费用；在地面对产层井段进行选择性增产处理等。
智能完井的设计与评价方法包括对施工作业井的施工作业特点进行认真的评价，也就是说需弄清施工作业井作业条件和可能遇到的问题；需弄清各控制阀的功能，保证其能够满足作业井特定的注入及生产要求；用油藏模拟技术对比分析常规完井方法同智能完井方法之间的优缺点；用油井产状模拟方法预测早期未动用产层目前的动用情况，以及因产量提高而带来的经济收益。这种经济评价需考虑投资增加情况(包括安装井下设备带来的风险事故和设备的可靠性)、因原油产量提高而引起的效益变化以及因减少修井作业次数而节省的成本。
智能生产系统
采用智能完井在油井生产上的优点有以下几个方面：
·消除或减少了因油藏监测或生产优化所需的修井作业次数，方便油井生产作业，使其不再受地面工艺的限制。
·用实时远程控制可方便地实现各层及各分支井的流动剖面优化，从而提高产量和最终采收率。
·减少总产出液、产出水的处理费用，降低地面设施（例如，管线、分离器及计量设备）成本，减少人力及维护费用。
然而，在今后很长一段时间内智能完井系统仍将作为集成式智能完井生产系统的一个子系统投入应用。在这种系统中一些具有单独或综合自动控制能力的油井还需同油田生产设备与油藏管理系统配套。目前，已经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，通过将油藏产状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来改进与完善智能完井系统。这就意味着尚存在下列三种生产控制受限的技术难题需要解决：
·在智能完井的人工举升油井中，为了优化油井的产状，需采用优良的实时控制技术，油井产状是输入参数(例如气举注气量、电潜泵泵抽排量和地面油嘴的设定)的函数，在几分种内油井就会对输入参数有所响应。
·在油田优化开采方面，总的控制系统需根据油田现有生产设施情况来优化油田的开采。油田的这种优化同生产参数的监测有着直接的关系，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。
·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，其目的是要考虑油藏的非均质性，并使控制功能同油藏的响应情况相匹配，因为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，并且见到响应时，就可以进行油藏预测而无需进行油藏模拟了。
这项技术的进步将使一个开发单元的控制逐步由输入数据控制向以油井的日配产为基础的定值控制转变，从而实现全油藏、油田和油井的自动优化。
结 论
石油与天然气工业目前正在致力于相应分析曲线的开发与研究，以求能够更快地认识智能完井技术在提高油田开发效率和油井产能方面的最大潜能。除了在高投入的海上油田与深水油田因采用该项技术可免除修井作业而颇具吸引力之外，智能完井技术还可以在少打井的情况下提高油气的开采量与采收率。在非均质或多层油藏的开发中，如果在注入井、生产井或两者中都采用智能完井工艺技术，可以提高注水与注气的效率。利用井下传感器采集到的采油与油藏数据可提高油田经营者对油藏特性的认识,并有助于加密井井位的确定与建井设计。智能完井技术还能降低油田开发费用，能够使一口井起到多口井的作用，既可以对油藏实现多层合采，对多分支井实施监测与控制，又可以在一口井上同时实现注入、观测与生产等多种功能。
—译自《JPT》2003.8
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