智能井智能优化开采系统软件开发

黄志强罗 旭彭世金邱成松朱荣改沈泽俊

（1.西南石油大学机电工程学院，四川成都 610500；2.中国石油科技部国际国家重大项目处，北京 100000；3.中国石油勘探开发研究院采油采气装备研究所，北京 100083）

智能井智能优化开采系统软件开发

黄志强1罗 旭1彭世金1邱成松1朱荣改2沈泽俊3

（1.西南石油大学机电工程学院，四川成都 610500；2.中国石油科技部国际国家重大项目处，北京 100000；3.中国石油勘探开发研究院采油采气装备研究所，北京 100083）

为提高我国智能井研究与应用水平，结合雷64-34-22井的实际生产状况，设计完成智能井的关键部分——智能优化开采软件系统，实现数据的记录、存储、分析和优化开采等功能。该软件系统将理论合理产量和实际合理产量相结合，以降低含水率、提高产油量为原则，确定油井的最终合理产量，实现油井的智能优化开采。现场应用结果表明，该系统运行安全可靠，采用该系统进行生产，雷64-34-22井采收率提高10.5%，具有良好的经济效益。

智能井；优化开采；合理产量；软件开发；压力与流量监控

智能井系统也称作智能井，是一种对油井状况和生产情况实时监测、分析、控制和管理的完井系统，是优化生产、实现油井合理开采、提高采收率的前沿技术［1］。智能井系统主要由2大部分构成：硬件部分和软件部分。其中，硬件部分主要包括井下数据采集系统、数据传输系统、数据存储系统和控制系统；硬件部分通过井下传感器采集井下生产数据（井筒的压力、温度及流量等），并将采集的信息通过数据传输系统传递至地面，通过地面控制设备控制井下不同油层的流量控制阀的阀门开度，从而控制不同油层的生产流量［2］。软件部分主要是智能优化开采系统，该系统将采集的井下数据进行处理、统计和分析，得到油井的合理工作参数，并向井下控制系统发出控制指令，控制井下阀门开度，使油井按照合理产量进行采油，以降低油井的含水率，提高油井产量，最终提高油井采收率。

国外智能井系统相关技术与设备已相对成熟，主要包括：美国WellDynamics公司的SmartWell系统，贝克休斯公司的InForce系统及InCharge系统［3］，斯伦贝谢公司的油藏监测和控制（RMC）系统［4］，BJ公司的系列智能井仪器和威德福公司的Simply Intelligent系统［5］。在国内，智能井系统研究尚处于起步阶段：康七虎［6］等研制出压控式井下电子多流测试器，形成一套完整的井下测试自动开关井工艺；郭吉民［7］等利用参数敏感性分析方法建立了以“产量、效率、寿命”三者为原则的抽油井系统优化设计方法，提升了油井管理水平和系统效率。国内油气资源的大规模开发，需要更先进的监测和控制技术来优化生产，这将推动智能井系统在中国油气行业的研究与应用。结合我国第1口智能油藏开发试验井雷64-34-22井的实际情况，对智能井的关键部分——智能优化开采软件系统进行研究。

1 雷64-34-22智能优化开采系统控制理论

通过实时处理分析得到油井的合理产量，并控制油井按合理产量进行生产是智能优化开采系统的核心功能。

所谓的合理产量是指在充分利用储层的自然能量、现有的设备及技术条件下，使油井稳定生产时间最长、采出程度最高、经济效益最好的最佳产量。合理产量的确定一般分为2个步骤：首先，根据理论公式或经验曲线计算出理论合理产量；然后，根据生产要求在理论合理产量的基础上对产量进一步调整，得出实际合理产量。

2.1 理论合理产量

根据确定合理产量应该考虑的因素，由于雷64-34-22井进入开发中后期，油井见水，应着重考虑降低油井含水率，提高采收率，因此采用井底流入动态曲线（IPR曲线）法来确定雷64-34-22井的理论合理产量［8-9］。绘制油井各层IPR曲线的步骤如下。

（1）据公式（1）或（2）计算采液指数JL。

当测试流压pwft≥pb时

当pwft＜pb时

（2）计算原油饱和压力下的产液量qb。

（3）计算流压为0时的最大产油量qomax。

（4）计算流压为0时的最大产液量qLmax。

（5）给定不同的产液量qL，由式（7）计算出相应的流压值pwf，并画出IPR曲线（如图1）。

式中，pr为平均地层压力，MPa；pb为原油饱和压力，MPa；fw为含水率，%；pwft为井底流压测试值，MPa；qLt为井底流压下的产液量测试值，m3/d。

图1 根据IPR曲线确定合理产量

由系统绘制出的IPR曲线，可直观地反映出不同流压下油井的产量。根据各个油层压力传感器测试的压力值，在对应各油层的IPR曲线中找到该压力值下的该油层理论合理产量，各个油层的理论合理产量之和即为油井总的理论合理产量。

2.2 实际合理产量

根据IPR曲线确定的合理产量只是一个理论的值，在按照理论合理产量进行试采的后，还应以降低含水率、提高产油量为原则，根据实际生产情况对油井的产量进行适当调整，实现油井的合理开采。雷64-34-22井实际合理产量确定方法及步骤如下。

（1）通过软件绘制出油井各个油层的IPR曲线，确定油井各个油层的理论合理产量。

（2）控制井下流量控制阀的阀门开度，在理论合理产量的基础上，增加或减少油井的产液量，利用井口传感器测出该产液量下的含水量，并计算含水率。

（3）绘制出含水率随产液量变化曲线（图2）。

图2 含水率随产液量变化曲线

（4）对曲线进行分析，以降低含水率、提高产油量为原则，得出含水率最低的产液量，即实际合理产量。通过分析，含水率随产液量变化的关系有以下4种情况。

①情况一。在理论合理产量的基础上，降低或增加产量，含水率都升高（图3中曲线a）；或者降低产量，含水率不变，增加产量，含水率升高（图3中曲线b）。

图3 情况一中含水率随采液量变化曲线

②情况二。在理论合理产量的基础上，降低产量，含水率降低；增加产量，含水率升高（图4中曲线a）；或者在理论合理产量的基础上，降低产量，含水率降低，增加产量，含水率不变（图4中曲线b）。

图4 情况二中含水率随采液量变化曲线

此情况说明降低产液量能降低含水率。因此应根据生产需求，减小阀门开度降低油井产液量，使含水率降低至合理值，此时的产量即为最优的实际合理产量。

③情况三。在理论合理产量的基础上，降低产量，含水率升高；增加产量，含水率降低（图5中曲线a）。或在理论合理产量的基础上，降低产量，含水率不变；提高产量，含水率降低（图5中曲线b）。在理论合理产量的基础上，降低或增加产量，含水率都降低（图5中曲线c）。

图5 情况三中含水率随采液量变化曲线

此情况说明，增加产液量能降低含水率。因此应增加产液量，直至含水率最低，此时的产量为实际合理产量，但该值不能超过油井的最大产液量qLmax。

④情况四。在理论合理产量的基础上，降低产量，含水率升高；增加产量，含水率不变（图6中曲线a）。或者在合理产量的基础上，降低或增加产量，含水率均不变（图6中曲线b）。

图6 情况四中含水率随采液量变化曲线

此种情况说明油井油水比趋于稳定，此时，可以在理论合理产量的基础上增加产量，但不能超过油井的最大产液量qLmax。

（5）按确定的实际合理产量进行开采，并实时监测含水率的变化情况，并根据需要对实际产量进行实时调整。

总之，由于雷64-34-22井处于开发中后期，含水率较高，应以降低含水率、提高产油量为原则，根据实际生产情况对油井的产量进行控制，实现油井的合理开采。

3 智能优化开采系统软件开发

3.1 软件开发关键技术

根据系统需要实现的功能、设计原则及系统控制算法，以Windows32位操作系统为开发平台，以netframework3.5框架、SQLserver2005数据库及C#为语言工具，对系统进行软件开发。软件包括8大模块：实时数据监控模块、实时曲线显示模块、阀门开度监控模块、分析统计模块、单位换算模块、基础数据录入模块、帮助模块和合理产量确定模块，软件构架如图7所示。

图7 智能优化开采系统软件构架

为使软件界面简洁，方便用户操作，根据软件功能及设计框架，对软件界面进行功能分区，具体如图8所示。

图8 智能优化开采系统功能分区

3.2 软件功能

3.2.1 实时数据监控 实时数据监控模块能实时显示井下各油层压力、温度、流量等数据，及井下阀门的开度情况，方便操作人员对油井各个部分的工作情况有一个整体的了解和把握。

3.2.2 实时曲线显示 实时曲线显示模块能将各油层温度、压力、流量以实时曲线的形式展现，实现各个油层的压力、温度、流量的实时显示和对比分析（见图9）。

3.2.3 阀门开度监控 阀门开度监控模块对井下阀门的工作状态进行实时监测，以判断阀门的工作是否正常。

图9 实时曲线显示界面

3.2.4 分析统计 分析统计模块对井下温度、压力、流量进行分析统计，实现历史数据分析（平均）、历史数据分析（详细）、IPR曲线分析和井口数据分析4项功能（图10）。

图10 分析统计界面

（1）历史数据分析（平均）：对较长时间记录的数据变化情况进行查询，选择时间段后，系统将各年（或月、日、小时）数据的平均值以报表或曲线图的形式进行显示。

（2）历史数据分析（详细）：对较短时间记录的数据进行查询分析，选择时间段后，系统将该时间段内采集到的所有数据以报表或曲线图的形式显示。

（3）IPR曲线分析：对油井各油层的流入动态进行分析，从而对油井产能进行预测，确定油井的理论合理产量；同时，能将2个油层的IPR曲线绘制到同一个坐标轴里，方便对比分析2个油层的产能。

（4）井口数据分析：按时间显示油井产液量、含水率，掌握油井产量及含水率的变化情况，从而调整井下阀门开度，降低油井含水率，以达到油井的实际合理开采量。

3.2.5 单位换算 为保证系统计算的准确性，满足不同用户的要求，系统设置单位换算模块对不同的单位制进行管理。在数据运算过程中，系统使用国际制单位。如需应用不同单位制的单位，则在运算前，使用系统或用户定义的单位换算规则进行数据转换。

单位换算功能包括压力、温度、流量、产量、长度、时间、密度、渗透率8项物理量单位换算功能。3.2.6 基础数据 基础数据主要是对油井理论合理产量计算和实际开采量计算中需要的基础数据以及报警数据进行录入，并进行单位设置，该模块主要包括基础数据、警报数据、单位设置3个基础数据配置页面（图11）。

图11 基础数据录入界面

（1）基础数据。录入理论合理产量和实际流量计算公式所需数据。理论合理产量计算所需数据包括直井底水油藏、直井带隔板底水油藏、直井气质底水油藏和水平井底水油藏的基础数据。实际流量计算基础数据录入主要根据实际流量公式进行配置。

（2）报警数据。报警数据录入功能对报警数据进行配置，包括各个油层的温度、压力和流量值。当油井生产数据发生异常时，系统对井下数据进行报警，以方便操作人员及时采取措施，防止事故发生。

（3）单位设置。在配置报警数据过程中，为统一单位制，软件设置了单位设置功能。

3.2.7 合理产量确定 智能优化开采优化系统的核心内容是油井合理产量的确定，通过采用理论合理产量与实际合理产量相结合的方法，确定出油井最终的合理产量，并实时显示在实时数据区域。

3.2.8 帮助文档 帮助文档模块为新用户的使用提供系统功能及各功能操作步骤的介绍，同时，如在使用中遇到操作问题，用户可以通过搜索帮助模块中的相应说明来解决。

3.3 现场应用效果 智能井优化开采系统在辽河油田雷64-34-22井中进行了安装调试，并运行成功。系统稳定可靠，实现了对油井井下温度、压力、流量等重要参数的实时监测、显示与分析，并控制油井实现了合理开采。通过安装该系统，雷64-34-22井的采收率比未安装时提高了10.5%。

4 结论

（1）结合雷64-34-22井的实际生产状况，开发设计了雷64-34-22智能优化开采系统软件，实现了数据的记录、存储、分析和优化开采等功能。现场应用表明，该系统运行平稳可靠，具有良好的实时性、安全性和准确性，同时具有良好的扩展性，为该井的智能优化开采提供的技术保证。

（2）通过对雷64-34-22井油藏地质条件以及开采现状的研究，以含水率最低、采收率最高为原则，从理论合理产量与实际合理产量相结合的角度出发，提出雷64-34-22智能井的合理产量确定方法，并以此为依据，指导井下流量阀的控制，实现合理开采，提高原油最终采收率。

［1］黄志强，杨景轩.智能井油藏开采合理产量初探［J］.油气田地面工程，2010，29（4）：5-7.

［2］HUANG Zhiqiang, LI Yurong.Study of the intelligent completion system for Liaohe oil field［J］.Procedia Engineering, 2011（15）:739-746.

［3］石崇东， 李琪，张绍槐.智能油田和智能钻采技术的应用与发展［J］.石油钻采工艺,2005,27(3):1-4.

［4］窦宏恩.国外石油工程技术的最新进展(一)［J］.石油机械，2003,31(6):65-67.

［5］GAO C, RAJESWARAN R, NAKAGAWA E.A literature review on smart well technology［R］.SPE 106011, 2007.

［6］康七虎，刘德君.压控式井下电子多流测试器在大庆油田的应用［J］.石油钻采工艺，2008，30（2）：122-123.

［7］郭吉民，张胜利， 郭磊，等.优化抽油机井系统设计技术的应用与展望［J］.石油钻采工艺，2009，31（S1）：84-87.

［8］黄炳光.实用油藏工程与动态分析方法［M］.北京：石油工业出版社，1998：194-195.

［9］BOYUN G, LEE R.A simple approach to optimization of completion intervalin oil/water coning systems［J］.SPE Reservoir Engineering, 1993,8(4):249-255.

（修改稿收到日期 2014-10-13）

〔编辑 付丽霞〕

Development of intelligent optimization production software system for intelligent wells

HUANG Zhiqiang1, LUO Xu1, PENG Shijin1, QIU Chengsong1, ZHU Ronggai2, SHEN Zejun3
（1.Mechanical and Electrical Engineering College,Southwest Petroleum University,Chengdu610500,China;2.International &National Key Project Division,Science and Technology Ministry of CNPC,Beijing100000,China;3.Research Institute of Oil Production and Gas Production,Research Institute of Petroleum Exploration and Development,CNPC,Beijing100083,China）

In order to improve the research and application level of domestic intelligent wells, and in combination with actual production performance of Well Lei 64-34-22, the intelligent optimization production software system, the key part of intelligent wells, was successfully designed, which can perform functions such as data recording, storage, analysis and optimized production, etc.This software system combines the theoretical reasonable production with the actual reasonable production to determine the ultimate reasonable production of oil wells, and realizes intelligent optimized production of oil wells taking the principle of reducing water cut and increasing oil production.Field application results showed that this system runs safely and reliably.Using this system in production generated good economic benefits, and the recovery rate of Well Lei 64-34-22 was increased by 10.5%.

intelligent well;optimum mining;reasonable production;software development;pressure and flow monitoring

黄志强，罗旭，彭世金，等.智能井智能优化开采系统软件开发［J］.石油钻采工艺，2014，36（6）：55-59.

TE938.2

：A

1000–7393（2014） 06–0055– 05

10.13639/j.odpt.2014.06.014

中国石油天然气股份有限公司专题项目“水平井/直井智能完井系统装置研究与应用”（编号：部590）。

黄志强，1968年生。2005年毕业于西南石油大学机械工程专业，获博士学位，长期从事油气装备、机械工程方面的研究，教授。电话：13981986898。E-mail：785158693@qq.com。