智能完井技术的发展现状及趋势探讨

＊张敏峰

（中国石油集团海洋工程有限公司钻井事业部 天津 300280）

国内油气资源开发覆盖面越来越广，随着深海、沙漠油气田数量的增加，就需要更多的水平井、分支井来开发此类复杂油藏，常规完井方式在应对此类复杂储层情况下就无法达到既定目标。此外，开发的过程中，相同井层位不同或是相同层位层段不同都会有着不同的含水情况，采取常规完井技术无法对多层合采的水气锥进进行控制，也不能对生产层位进行调整，导致较差的开采效果。在油田进入高含水后期，有着很大的油层性质差异，常规完井技术可能无法达到生产要求而关井。现代完井技术在高科技的推动下逐步实现自动化完井，智能完井技术从诞生开始就将完井技术推上一个新台阶，促进油藏管理的系统化和创新化

1.智能完井系统的结构及特点

智能完井系统包括控制与遥测系统、井下传感器等，能实时采集相关数据。该技术能有效的控制和监测单井多油层段油气生成、多分支井中单分支井眼的油气生产。在油井中应用智能完井系统，能大幅减少修井作业，在最低的油井检修工作量情况下使得油层保持最优化的采油水平，以此来获得良好的油气采收率。在数字化油气田的建设中，智能完井技术是一个很重要打基础环节，也是未来完井发展方向。该技术的发展能有效促进油田的可持续发展。相对于常规完井技术，智能完井技术的主要优势体现在实施监测功能、实时闭环控制功能、远超控制功能、井下控制功能以及免干扰功能。

借助于井下传感器，能实时监控井下各类特性参数，能对井下出现的各种情况及时、准确判断，此外，还能有效减少生产测试的工作量，减少了对正常生产的干扰，也能降低在常规生产测试中产生的费用。在常规完井技术中，控制与测试时单独进行，关联性不强就会使得油井的优化生产出现一定的误差。智能完井技术中的中央控制系统可进行综合分析和判断井下传感器所测量到的各类参数数据，在地面按需求进行流量控制装置的控制，以此来完成闭环控制系统。在智能完井技术辅助下，油田和油井管理可实现远程网络控制，这对于海上油田、滩海油田和沙漠油田等偏远地区有着很好的适用性，这也成为了建立数字化油田的一项基础技术。井下流量控制装置可通过地面控制来实现调节流量大小和开关，从实际生产需求来对井身结构进行调整。智能完井技术在此功能下能独立控制水层、气层和油层的开关，对流量大小进行调节，以此来恢复油层；能对油层或多个分支的合采或风采进行控制；在周期性调节整层段流量下来实现水气锥进的控制，以此来提升生产速度；应用智能完井技术，正常生产过程中可减少甚至免受常规修井作业和测试作业带来的影响，降低了修井和地面设备所需费用。

2.智能完井技术现状

国外的石油服务公司在智能完井系统的研发上都有着自己的方向和思路，也开发了相对成熟的智能井系统，如BJ Service公司地面控制流量选择系统SCSFS，Baker石油工具公司的In Charge系统和In Force系统，Schlumberger公司的油藏检测和控制系统RMC等。Haliburton的智能井系统子公司WellDynamics研发的SmartWell智能井系统。

WellDynamics公司研发的控制模块、封隔器和控制阀能适用于多种层段和井况，有着不同的用途，都是通过液力控制系统实现控制，有着大的作用力，能实现任意流量控制装置的双向驱动，能有效解决开采出砂井和稠油井中因腐蚀、结垢而导致的大摩阻问题。研发的高度集成的地面控制油藏分析与管理系统能实时采集温度、压力等各产层的数据，还可对井筒实现远程控制，对数据进行综合分析后制定合理的反馈信息，再对层段控制阀发出指令，对每个层段流量进行调整，以此来实现优化管理。

Baker公司的In Force智能完井系统通过光线传感器、常规电子传感器等井下永久计量监测仪、MFT封隔器以及HCM型液压滑套可实现产层流量的远距离控制。该系统可广泛应用于海上平台和陆地的水平井、斜井和垂直井，全开关时间不超过5min，各个层都有单独的控制线，可同时控制1到3个产层，实现液压驱动，产量高。In Charge智能完井系统是通过MFT封隔器、继承压力温度传感器的电力控制IPR滑套来实现。IPR滑套中集成了压力温度传感器和可调节流阀，注入压力和流量可通过节流阀实现精准控制，通过节流阀上的位置传感器能准确定位，不需要断电后的重新定位。该系统将控制线、传输线和电力线封装在一根电缆内，可有效提升系统可靠性，节约费用和下入时间。

Schlumberger公司的油藏检测和控制系统RMC主要包括电动系统和液力系统两类。液力系统监控各个产层主要是通过液压流量控制阀或液压滑套、电子/光纤式传感器结合多通道封隔器实现。电动控制系统集成了机电式的流量、温度、压力传感器以及可调节流阀，通过油管或钢丝绳起下，通过管外电缆进行操作。在印尼项目实施中采取的Rapid-Seal分支井系统取得了很大成功，实现对井下压力和温度的实施监测，优化每个分支生产。

BJ Service公司的可选择液压驱动远超控制开发系统（SHARP系统），能实现选择开采和多层完井，具有较好的可靠性和经济性，在全球范围内的深海油田有着成功的应用。SHARP完井系统结合BJ防砂工具形成组合工具，期中主要包括允许多条控制线和电缆通过的TIP-PT封隔器、实现远超控制的液压多功能阀、控制储层流体进出的压差式循环阀以及检测系统等。随着智能完井技术的不断完善，也吸收了更多的新技术，包括电缆穿越封隔器技术以及封隔器技术等。

国内还未研发成体系的智能完井系统，现阶段主要是在探索和研究阶段，只是在初步滑套开关和分层开采中应用了相关技术。在1994年河南石油勘探局开发出三种分层采油混出泵和关注，且有了较为成功的生产应用。大庆油田在水动力采油原理的基础上采取智能完井实现了含水情况的实时监控。

3.智能完井技术的发展趋势

从整体发展趋势来看，未来的智能完井技术将朝更加稳定、更高精度、数据采集系统集成度更高的方向发展。Weatherford公司对于未来智能完井系统的预测方面，通过传感器的优化来扩大井内测量参数范围，使之能对砂层的多相流、侵蚀、腐蚀、流体组分以及表皮因子等，还可获取更详细的地层层析X射线图像，实现井间电磁和电波成像，检测微地震波，以此来对流体流动情况进行准确追踪，通过了解油藏构造来优化生产。智能完井技术的发展趋势是与防砂作业、可膨胀系统以及多分支系统的结合，提升整体施工效果，降低成本。

国内油田开发进入中后期积聚了层间矛盾，使得新油藏的开发更为复杂，智能完井技术在远程控制、提升采收率和分采分注方面都有很大优势，有必要开展更加深入的研究。国外的各大石油公司在智能完井系统方面有所不同，但是从组成上看基本一致。国内在此项技术的发展方面只是局限于开发分层开采和分层注水的工艺和工具，未形成系统的研究，落后于国际水平，这就需要相关的研究机构和从业人员，加大此项技术投入，发展、完善智能完井技术。

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