智能完井技术在深水完井作业中应用研究

侯旭峰（中石化华北石油工程有限公司井下作业分公司 河南 郑州 450007）

引言

与传统的完井技术相比，智能完井技术在自动化程度上有了非常突出的优势，其综合了机电一体化技术、现代测控技术以及计算机与网络多媒体技术，在采油过程中可以实时地监测井下参数，对数据进行分析，通过控制系统来指导操作系统。

一、智能完井系统的组成

智能完井系统包括微电子集成控制系统、信息采集传输系统、电缆或者高效电池以及井下传感器。智能完井系统示意图如图1所示。

地面设备主要由微机控制中心和数据采集与预处理系统组成，井下的智能仪器装置与地面设备之间通过有线电缆进行连接，同时利用电缆对井下仪器装置提供电源，维持系统长期正常运行[1]。各子系统之间通过数据接口联系，并通过其将信息传输到地面，以便技术人员汇总分析。之后，指令经由信息传输系统送达井下指导开关套阀的开启。井下传感器模块和控制模块是智能完井系统的核心，可长期置于井下工作，井下传感器检测井下各井段流入井内的流体特性，例如管内外压力、温度、流量等，监控油管、环空及地层的多种物理参数，通过高温高压智能元件信号处理及采集系统传输信号到地面数据采集系统，控制模块调控进入井眼内的流体，沟通产层与采油管柱，允许流体按照最佳的压力和流量进入。

图1 智能完井系统组成

二、智能完井技术在深水作业中的应用

由于智能完井技术可以对深水油气田多层以及多分支的开采过程进行地面遥感遥测，达到智能操作的效果，因此，近年来在国外的深水油气田中得到了越来越多的应用。

1.智能完井技术在墨西哥湾深水气井作业中的应用

墨西哥湾新奥尔良西南部的某气田主要应用电动液压的智能完井系统，对于接口的要求较高，此套装置能够随着生产油管进入井下，并可以固定在油管上。智能完井系统可以在油气开采中实现单独动作[2]，不影响气井的正常工作。智能完井技术在深水气井开采中的应用，能够实现对储层多方面的智能监控，即使关闭也不会对其他储层产生影响，并能够进行压力数据采集，从而保证了油气开采监测的正常运行。

2.智能完井技术在巴西深水油田作业中的应用

作为世界上第一口多层智能、电动的完井，巴西国家石油公司在Varginha油田的VRG井通过安装Incharge全电动、多层智能井装置实现了对其两个层面的注水速度惊醒了长距离遥控监测和控制[3]。该装置可以同时测压、测温以及控制流速。对于注水过程，技术人员可以清楚地看到压力在不同部位的变化。作为核心部件的调节阀，其可以提供：（1）自由地实现对环空与油管之间的节流控制；（2）分辨率高的石英温度和压力传感器；（3）探测节流阀的位置；（4）机械备件的换位能力。

三、智能完井技术存在的技术难点

井底传感器及测量技术、信息双向传输技术、接口技术以及井底机械的控制技术是智能完井技术需要解决的三大技术难点，其中恶劣的工作环境是需要克服的最大的难点[4]。油嘴、封口以及控制线都很容易受恶劣环境的影响而发生腐蚀现象，同时，设备之间的相互干扰也是恶劣的环境造成的。设备的许多器件长时间在高温高压的环境下工作，也会出现一定程度的破损。上述这些情况都很难避免地造成智能完井系统出现非正常工作，影响其功能的正常发挥。

1.突破关键技术

就我国目前的传感器、信号通信系统以及电子元件的质量而言，其很难在高温、高压以及腐蚀性强的环境中长时间可靠、稳定地运行[5]。但是，我国的某些单项技术目前是比较成熟的，我们应当充分调研，取长补短，集中优势力量，实现技术集成，最终在关键技术方面达到突破。

2.保障仪器封装的可靠性

认真做好井下仪器的封装，防治因石蜡以及砂石进入堵塞或者仪表功能失效的事故发生。密封器件容易受高温环境的影响发生老化，甚至变形，最终造成泄漏。

3.智能仪器能适应井底恶劣环境

深水井底的环境是非常复杂的，除了高温、高压之外，还存在砂石、腐蚀性强的成分，这就要求井底仪器必须具有耐高温、耐高压及抗腐蚀的能力[6]。同时，对于移动的设备还应该具有一定的抗磨损能力。

4.采用行之有效的微机械系统

由于井底空间的限制，在井眼小空间内安置电子仪器、传感器及各种执行元件，并且安全固定电缆、封装接口，必须采用微机械系统。

结论

国外大量的应用实例表明，智能井系统能够解决油气井生产过程中存在的很多难题，设备性能可靠，而且经济回报丰厚。然而，在我国完井技术还比较落后、自动化程度不高、作业周期长、成本高、效率低，完井所采用的仪器设备也存在着诸多缺陷，与国外当前智能完井技术的发展水平相比有着相当大的差距。

[1]AADE.Cementing in Deep Water[J].Deepwater Industry Group Meeting.Houston.USA,2003：10-21.

[2]刘均荣，姚军，张凯.智能井技术现状与展望[J].油气地质与采收率.2007，(06)：12-34.

[3]何雅丽，许碧琼，唐大鹏，等.钻井远程技术支持监控系统的研究与应用[J].石油地质与工程.2007，(05)：12-15.

[4]刘明炎,吉双文.地质导向技术在鱼骨状多分支水平井施工中的应用[J].石油地质与工程.2007，(05)：56-58.

[5]AJAYIA Y,KONOPCZYNSKIM.Application of intelligent completations to optimize water flood processon a mature North Sea field:a case study［J］.SPE101935.2006 ：34-36.

[6]Mohammed A Abduldayem ，M uhammad Shafiq，Zulfiqar A.Baluch.Intelligent Completions Technology Offers Solutions to Optimize Production and Improve Recovery in Quad-Lateral Wells in a Mature Field[J].SPE110960. 2007：36-39.