气田智能化气井监控系统研究

高玉龙，朱迅，于占海，宋汉化，高仕举

(中国石油长庆油田苏里格气田研究中心 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室， 西安 710018)

过程控制技术

气田智能化气井监控系统研究

高玉龙，朱迅，于占海，宋汉化，高仕举

(中国石油长庆油田苏里格气田研究中心 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室， 西安 710018)

苏里格气田储层表现出“低渗透、低压、低丰度”和极强的非均质性特征，气井生产管理中面临着气井压力下降较快、气井井数多、管理工作量大、管理难度大等诸多难题。通过气井气藏地质与动态生产情况相结合，形成“流量控制、套压控制、时序控制、套压流量复合控制”气井生产模式。智能化气井监控系统集成应用了电子巡井技术、动态分析技术、远程控制技术、远程泡排技术等，实现了气井按制订模式、参数进行生产，有效地提高了储量动用程度和开发效果。开展智能化气井监控系统研究，实现数字化生产管理、精细化气井管理、程序化组织管理，较好地克服了气田管理中存在的问题，实现了低渗透气田的科学有效生产管理。

智能化 气井 生产管理 采收率

苏里格气田气井压力下降快，产量递减幅度大，稳产阶段短，恢复程度低，气井产水甚至积液较为严重，迫切需要对气井采用精细化管理，提高气井采收率和气井累计产气量。通过控制气井压降速率，对低产低效井采用间歇生产，对积液井采取排水采气措施，延长气井自然稳产期，以“一井一法”方式精细化管理气井[1-5]。由于气田开发面积大，井数众多，采用人工方式管理难以实现精细管理。因此，如何平衡精细化管理气井生产与控制用工总量之间的关系就成为难点问题。为了解决人力资源不足的问题，提高气井管理效率，该气田结合气井生产管理需求，探索完善井口数据监测、视频定时拍照巡检、井口远程智能控制、远程语音报警、井口生产异常诊断、风光互补供电、井站数据整合监控等八项井口数字化应用技术，实现了气井管理数字化[6]。气井数字化生产管理，有效地解决了气井生产过程中出现的井堵、管线冻堵、紧急关井等问题。然而缺乏对气井的气藏地质、动态分析的关联应用，现场管理气井没有较好地与气井储层及生产动态情况结合，无法实现气井精细化管理。

面对“三低”气藏而又井数众多的气田，亟需开展智能化气井生产监控系统研究，实现气田高效生产管理和气井精细化管理[7]。智能化气井生产监控系统，结合气井生产动态分析技术和气井数字化管理技术，自动形成气井优化运行策略，通过气井井场设备对气井远程监控，实现了控制气井压降速率，延长气井自然稳产期，实现“一井一法”气井生产管理，形成了智能化气井生产管理。

1 气井生产管理

苏里格气田气井管理经历了“单一管理—分类管理—精细化管理”的转变。通过加强气井生产动态分析，根据气井不同生产特征，开展压力和产量复合分类，制订合理的管理措施。针对连续生产井，严格控制产量和压降速率，延长自然稳产期；针对间歇井，采用“长关短开”、“短关短开”、“长关长开”的生产方式，通过优化间歇生产制度，提高气井开井时率和产能贡献率；积液井采用“注剂泡排+间歇”、“投棒泡排+间歇”和其他新工艺排水措施，及时排出气井积液[8-9]。

2 智能化气井生产监控系统

单井生产智能化，是气井精细化管理的有效手段，控制气井以最佳生产方式生产，实现降低人员工作强度、延长气井寿命、提高气井采收率的目的[10-11]。

2.1 系统原理

从气藏动态入手，结合工艺优化，对同一地质区块内气井的井型、生产层位、井口压力、产气量、产水量、压降速率等数据进行统计分析，深化气井生产对比认识，制订合理工作制度，创建气井精细化生产管理模型，制订每口气井的生产参数和运行控制模式[12]。具体包括： 梳理流程，建立监控流；选择典型气井作为研究对象；对气井井口计量；软件开发；建立智能化单井(小站)生产监控示范区；验证并完善气井生产监控模型。智能化单井生产监控系统，通过井口RTU对气井智能化、精细化管理，实现局部(单井)自治，整体协从。单井生产监控系统根据采出气量、压力变化和井静态信息等数据定期优化运算，完善计算模型和运行控制模式，循环往复，优化运行参数，保证气井处于最优模式生产，实现智能精细管理气井。智能化气井生产监控系统如图1所示。

图1 智能化气井生产监控系统示意

2.2 关键技术

1) 电子巡井技术。监控气井生产情况和井场生产画面，实时采集气井生产数据，主要包括油压、套压、瞬时流量、累计流量、外输温度、外输压力、电源电压、紧急切断阀状态等参数。按设定报警值，比对实时采集的井场生产数据，系统自动分析判断气井和井场工况，异常及时报警(界面字体颜色变化)[14]。目前的巡井频次为1次/5 min[14]。

2) 井场侵入报警技术。气井井场闯入报警，将井场安装的红外探测器与井场视频摄像机相结合，在井场安全警戒区内无外物入侵情况下，摄像头处于休眠状态，当有外物入侵时摄像头进行自动拍照并将照片传输至监控中心，提高了气井井场安全性。

3) 远程开关井技术。通过指令对气井井口紧急切断装置进行控制，实现了对单个气井间歇生产的远程开关需求，实现了批量关井(干线/集气站所辖井)。井口紧急切断装置能自动实现高低压自动切断，提高了气井生产过程中应对突发事件的能力。

4) 远程自动加注泡排技术。在井场RTU或上位机编写自动加注系统远程控制模块，利用太阳能智能泵注、平衡罐自动滴注、远程自动投放泡排棒等方式进行泡沫排水采气，智能化控制注剂泵或电磁头启停，实现泡排药剂的自动加注。

5) 自动调节井口流量技术。将井口针阀改为电动执行机构，采用井口太阳能，气井RTU根据井口外输流量计流量大小，进而调整阀门开度大小，实现了井口自动调节气井生产气量，其工作原理如图2所示。

图2 气井生产流量控制系统示意

6) 气液两相计量技术。在气井井场，利用物理分离或者光谱分析原理，在线计量气井产液、产气量，计算气井气液比，分析气井产液量和产气量规律。通过气液两相计量技术，制订气井合理生产制度，确保气井生产时合理携液，有效控制了井筒积液[13]。

2.3 智能化生产模式

苏里格气田低渗、低产、低效气井压力下降快，产量递减幅度大，稳产阶段短，恢复程度低，为保证气井进入流程，在生产经过一段时间后便改为间歇生产。气藏的开发和开采是衰竭式开采，因而，随着天然气的不断采出，气井压力将逐渐降低。在气藏开采的中、后期能量消耗较多，气藏处于低压开采阶段，此时气井的井口压力较低，而一般输气干线的压力往往较高(4.0～6.4MPa)，所以当气井的井口压力接近输压或者低于输压而使气井被迫停产或被水淹没，将造成较多还有一定生产能力的气井过早停产，大幅降低了气藏的采收率，使气井能量不能充分利用。因此，采取以下措施控制井口压力是必要的：

1) 流量控制。根据气井生产管理系统的优选方法，通过某类产能计算出某井限制流量并在一定范围内生产，有利于提高该井采收率。对某类井采用限制流量的生产方式进行生产，给出流量上下限值或参考流量，智能化单井生产监控系统通过调节井口针阀开度，实现了控制气井流量生产。

2) 时序控制间歇井。部分间歇井压力下降较快、流量较小，因而对其进行一定的时序控制来达到最佳的生产条件。设置气井时序控制的起止日期以及生产周期，由气井RTU按时序控制气井外输电磁阀开关，实现气井按设定周期生产[15]。

3) 套压控制。由于间歇井大部分套压较低，当套压低于一定值时，气井生产将受到较大影响，因而对部分低产、低压井实施套压压力智能控制。设置气井最低或最高套压值，由气井RTU按套压实时数据控制气井外输电磁阀开关，使气井在设定套压值范围内生产。

4) 流量套压控制。在实际生产过程中，部分间歇井套压较低，但是流量非常稳定，从而给流量套压复合智能控制提供了很好的条件。在套压流量复合智能控制中，设定气井智能控制条件，日流量小于一定值时，电磁阀执行关闭动作；套压高于某值时，电磁阀执行开启动作。

3 应用情况

从2008年开始，经过6年的探索与改进，智能化气井生产监控系统在苏里格气田726口井上推广运行，运行表明： 该系统实用性能好，可靠性高。

1) 系统运行稳定。2013年对726口井运行智能化气井生产监控系统，对气井调节井口流量、间歇生产、积液井自动泡排等进行严格控制，井口操作有效率达93%以上。

2) 提高工作效率。以每天有200口井为例，按照原有的人工操作开关井、泡排、调节流量，每口井执行操作为5 min，至少需要2名工作人员，工作8 h的重复操作；使用智能化气井生产监控系统，只需1人审核井口操作运行情况，工作效率提高了约20倍。

3) 减少井口操作工作量。采用井口自动泡排、调节流量和远程开关井等技术，极大地减少了井口工作量。以前每100口井需3辆车6人，30井次开关井、泡排、调节流量等井口操作。现在只需2～3人检查设备或补充泡排剂(棒)，减少了80%以上的工作量。经过试验前后统计对比，节约车辆和人员费用每口井1万元以上。

4) 减少气井压降速率，提高气井产气量。对采用智能化气井生产监控系统前后200口气井产气量进行统计分析，核算每口气井增产气量为1×104m3。

4 结 论

该技术已在苏里格气田逐步推广应用，通过科研和生产密切结合，快速有效地指导了气井生产管理工作，加快了智能化气田建设的步伐，取得了显著的效果。

1) 现场实践表明，气井“流量控制、套压控制、时序控制、套压和流量复合控制”生产模式符合苏里格地区气井生产的工作需求，提高了气井各项生产指标。

2) 智能化单井生产监控系统根据采出气量、压力变化和井静态信息等数据定期优化运算，完善计算模型和运行控制模式，循环往复，优化运行参数，保证了气井处于最优模式生产，实现了智能精细管理气井。

3) 通过智能化气井生产监控系统，控制了气井压降速率，对低产低效井采用间歇生产，对积液井采取排水采气措施，延长气井自然稳产期，实现了“一井一法”方式精细化管理气井。

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Study on Intelligent Monitor System of Gas Well in Gas Field

Gao Yulong， Zhu Xun， Yu Zhanhai， Song Hanhua， Gao Shiju

(Changqing Sulige Gas Field Research Center CNPC & Low Permeability Oil and Gas Field Exploration and Development of National Engineering Laboratory， Xi’an， 710018， china)

Sulige gas well reservoir has characteristics of low permeation， low pressure and low abundance and strong anisotropy. The gas well production managements are encountered with problems of quick pressure dropping， too much gas wells， too high management workload and difficult managements. Through combination of gas well gas pool geology and dynamic production， the gas well production mode of flow control， casing pressure control， sequential control， casing pressure and flow combined control is formed. The intelligent gas well monitoring system integrates application of electronic inspection， gas well dynamic analysis technology， remote control technology， remote foam drainage technology， and so on. The intelligent monitoring system of gas well achieves production by setting models and parameters， and improves the producing degree of reserves and development effect effectively. Through carrying out intelligent gas well monitoring system study， digital production management， delicate gas well management and programming management are realized. Existing problems in gas field management are overcome much better. Scientific and effective production management for low permeability gas field is realized.

intelligent； gas well； production management； recovery yield

国家科技专项(编号： 2011ZX05015-001)资助。

高玉龙(1961—)，男，毕业于西安交通大学电子应用专业，从事气田数字化管理。

TP277

B

1007-7324(2015)01-0025-04

稿件收到日期： 2014-08-05，修改稿收到日期： 2014-11-26。