智能控制技术在苏里格气田低效井中的应用

杨方勇 张亚斌 武海鹏 施亚明 张建平 张英帅

1．中国石油长庆油田公司第四采气厂 2．中国石油西南油气田公司

苏里格气田是低渗、低压、低丰度的“三低”整装气田［1－2］，开发井网密度大、区域钻井数量多。随着气井生产年限的逐年增大，产量逐年减少，低效井快速增加［3－5］，这对生产运行管理提出了巨大挑战。采用人工间歇开关井的生产模式，相对于数量庞大的单井显得力不从心，针对实际情况，如何平衡单井间歇生产与控制用工总量之间的关系是将要解决的难点问题，这一问题就为井口生产智能控制提供了很好的发展契机。智能控制就是根据生产条件对井口进行自动控制。本文着重阐述电磁阀生产智能控制［6－8］功能在气井的运用。

1 智能控制基本原理

按照气井生产规律制定适应的智能控制条件，对组态软件进行智能程序设定（如图1所示），当气井生产状态满足设定条件时，组态软件通过数传电台［9］向气井RTU（远程终端控制系统）发送控制指令，驱动井口电磁阀执行开关井操作，实现气井生产智能控制。在满足常规数据采集基础上，进一步开发了针对单井智能生产的套压控制、时序控制、流量套压复合控制3种控制类型，通过电磁阀的开关对气井后期生产进行精细化管理。

图1 电磁阀智能控制全局拓扑图

2 智能控制在低产低压井中的应用

当气井进入生产后期，产能下降，数千口气井为了保持气井的正常生产需要对其进行间歇开关井操作［10］，这就对人员的现场操作产生了极大的困难，为了解决这一问题，结合气井无线远程传输系统［11］，实现生产智能控制。智能控制［12－13］的应用模式主要是通过组态智能控制程序对气井电磁阀进行控制来达到间歇生产的目的，每当现场采集数据满足程序设定程序时电磁阀就执行开关井操作。下面分别以苏38－XXX、苏37－XX和苏39－XX－X井为例阐述3种智能控制模式。

2．1 时序控制在间歇井中应用

部分间歇井压力下降较快，流量较小这就要求对它进行一定的时序控制来达到最佳的生产条件。下面就以苏38－XX－X井为例，进行时序控制应用分析。

首先，确定智能控制程序是否准确执行开关电磁阀命令，表1为具体数据。

表1 苏38－XX－X井时序控制测试表

设置电磁阀条件为5min循环开启关闭操作后，由表1可以看出智能控制程序能够按照时序进行开关井操作。在此基础上按照要求设定时序开关时间间隔24 h，经过现场应用，在时序开关井后出现套压下降值与恢复值基本一直的情况，流量基本稳定，肯定了时序控制最佳应用条件。

按照时序控制条件，从图2中可以看出，电磁阀智能控制在15d时间里按照24h时间间隔很好地执行开关井操作，压力恢复及流量稳定性都得到很好的调节，为间歇井长期稳定生产提供了解决办法。

2．2 套压控制在间歇井中应用

图2 苏38－XX－X井动态曲线图

由于间歇井大部分套压较低，当套压低于一定值时气井产量将大受影响，因此对部分低产低压井实施套压压力智能控制。首先做一个现场套压控制测试，确保套压控制准确性。以苏37－XX井为例进行模拟测试：

设置电磁阀关闭条件为套压小于5MPa电磁阀自动关闭。设置仿真条件后，当压力低于设定值时电磁阀执行关闭操作。观察苏37－XX井油压缓慢上升、瞬时流量显示为零，确认电磁阀完全关闭。

设置电磁阀开启条件为套压大于4MPa电磁阀自动开启。设置仿真条件后，当压力高于设定值时电磁阀执行开启操作。观察苏37－XX井油压缓慢下降恢复正常、瞬时流量显示3 800m3／d，确认电磁阀开启。

套压智能控制模拟测试达到预期效果后，按照气井生产规律设定苏37－XX井智能控制系统参数套压大于5MPa电磁阀开启，套压低于4MPa电磁阀关闭。电磁阀智能控制与油套压曲线变化曲线，由图3可以看出在2012年6月7日、6月23日套压下降至4MPa时，智能程序控制电磁阀进行关闭操作，管线切断流量为0，完成控制环节。6月10日、6月25日套压升高到4 MPa时，智能控制系统判断压力参数，远程控制电磁阀进行开启动作，管线正常运行，流量恢复。

图3 37－XX井生产动态图

2．3 流量套压复合控制在间歇井中应用

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。这就给流量套压复合智能控制提供了很好的条件。

以苏39－XX－X井为例进行模拟测试智能控制系统准确性：

设置电磁阀关闭仿真条件：流量小于9 000m3／d电磁阀自动关闭。设置仿真条件后，当流量低于设定值时，电磁阀执行关闭操作。观察苏39－XX－X井油压缓慢上升、瞬时流量显示为零，确认电磁阀完全关闭。

设置电磁阀开启条件：套压大于4MPa电磁阀自动开启。设置仿真条件后，当压力达到设定条件是，电磁阀执行开启操作。观察苏39－XX－X井油压缓慢下降恢复正常、瞬时流量显示9 600m3／d，确认电磁阀开启正常。

在套压流量复合智能控制模拟测试达到预期效果后，设定该气井智能控制条件，日流量小于4 000m3时电磁阀执行关闭动作，套压高于4MPa时执行开启动作。实际运行控制曲线如图4所示：6月21日该井流量低于设定值4 000m3时，智能程序控制电磁阀关闭，管线处于切断状态，油套压开始升高，6月25日套压高于4MPa，电磁阀按照设定程序自动打开，该气井恢复生产，达到智能控制目的。

图4 苏39－XX－X井生产动态曲线图

3 结论

从2008年开始经过4年的探索与改进，该功能已经在苏里格气田197口间歇井中推广运行，通过运行结果分析表明该智能控制系统实用性好，可靠性高，应用前景广阔。

1）运行稳定。2012年电磁阀智能开关技术运用197口井，运行1年以来，总共执行开关井操作1 867次，有效执行命令1 798次，有效率99%，整体运行稳定。

2）工作效率提高。按照原有的人工控制开关井，以每天有200口气井远程开关为例，每口井执行开关时间为5min，至少需要2名工作人员每天工作8h的重复点击工作，使用智能控制后完全取代了人工手动控制，只需要1名工作人员定期审核开关井状态，工作效率提高8倍。

3）减少人工开关井作业。电磁阀智能开关技术从基本上解决了间歇井大量开关井作业的问题，按照传统的开关井制度每天间歇井至少需要10辆车20人进行开关井作业100井／次，通过智能控制后只需要2～3人观察开关井状态和日常巡检工作，节约了90%以上的人力。节约车辆费及人工费用170余万元。

4）该功能的研究成功并投入实际应用，解决了间歇井开关控制的难题，也为苏里格气田后期数字化、智能化管理提供了技术支撑。

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