南海西部智能完井关键技术_王应好.pdf

化学工程与装备 2023 年 第 2 期 90 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 2 月 南海西部智能完井关键技术 南海西部智能完井关键技术 王应好1，邹 鹏2，刘贤玉3，陈 磊1，陈 力3（1中海油能源发展股份有限公司工程技术湛江分公司，广东 湛江 524057；2中海石油（中国）有限公司海南分公司，海南 海口 570300；3中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东 湛江 524057）摘 要：摘 要：智能完井技术具有高回报、多功能及智能控制等优势，全球各油公司均有开展研究及应用探索。近年来，国内已进行了一些应用，特别是在海上油气田的开发过程中，通过应用智能完井技术，取得了极大的效益，也积累了一定的智能完井技术经验，比如流花油田应用了用双罐双泵结构的智能完井技术，南海西部也在高产气井中成功实施了智能完井技术，海上智能完井技术已积累了宝贵的经验，本文阐述了海上智能完井技术的在国内的实践情况，重点分析了智能完井在南海西部应用中的关键技术。关键词：关键词：深水；完井；智能；关键技术 引 言 引 言 海上油气田开发具有高风险、高回报特点，在近年来海洋油气工艺取得的成绩基础上，如何更进一步提高深水完井技术能力，如何更进一步实现降本增效的目的，智能完井技术成为了重要的技术方向，在海上油气田开发中尤为重要。我国南海油气资源丰富，多年以来，中海油积累了丰富的勘探开发经验，从油井到气井，从常规井到高温高压井，从浅水井到深水井，从单一完井方式到复杂完井方式，从海面上生产系统到水下生产系统，再到智能完井核心技术，国内已经迈向了石油工艺的最前沿科技领域。目前国内各海域均开展了智能完井技术研究1-5，南海东部在流花X-1，流花X-2油田中成功实施了智能完井技术，南海西部在 X-X 气田中成功实施了智能完井技术。在功能方面，均能够满足多层开关控制，多套生产层位数据监控，整口井多功能控制，整个油气田生产期间智能干预等功能；增产上储方面，均实现了提高了单井的采收率，实现了油气田的增产；成本控制方面，主要通过提升质量控制，确保了作业成功率，单口井成本得到有效控制。智能完井技术在我国油田和气田的成功应用，取得了极大的效益，也积累了宝贵的智能完井经验，本文阐述了海上智能完井技术，分析了智能完井在海上应用中的关键技术，可为后续更多海上油气田开采方向提供借鉴。1 海上智能完井 1 海上智能完井 海上勘探开发过程中，已形成多种有效的完井开发方式，为提高经济性，通过设计井眼轨迹，穿越多套开采层位，实现单井高产量多功能开采，是目前勘探开发的重要手段。1.1 海上智能完井优势 在智能完井技术诞生之前，通过采用机械式井下工具，后期采用人工干预，多次钢丝作业的方式可以开展多层位合采或者分采。这种机械方式带来巨大的作业成本和风险，也伴有失效风险。智能完井技术能工实现这些基础功能，整体成本得到很大降低。表 1 常规多层完井与智能完井优缺点比对 表 1 常规多层完井与智能完井优缺点比对 内容 常规多层完井 智能完井 1，初期钻完井成本低；1，后期调整层位零成本；2，技术成熟，器材丰富；2，调整层位及时、高效；优势 3，管柱结构简单。3，可以调整各层位开度，有效控制生产。1，后期干预成本高；1，初期钻完井成功高；2，换成缓慢，效率低；2，特殊智能完井工具；缺点 3，无法灵活控制各层开度。3，特殊智能完井生产管柱。1.2 智能完井奠定了油气田智能管理的基础 智能完井技术除了满足灵活多层换位的基础功能以外，尤为宝贵的是实现了油气田的智能化油藏管理和生产系统智能化管理，通过实时获取井下各生产层位的温度、压力及流量等数据，结合水下生产系统井口温压数据，流程数据，出砂检测等丰富的数据，相当于建立了一套庞大的水下地层DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.02.100 王应好：南海西部智能完井关键技术 91 监测系统，实现了多套油气层，甚至多个油气田的可视化。对于水下生产油气田或者深水油气田，可通过远程控制控制系统，零成本实时转换开采层位，从整个油气田的生命周期评估，极大低降低了营运成本，提高了油气田的采收率。2 海上智能完井关键技术 2 海上智能完井关键技术 智能完井是一个复杂的，系统的完井工艺，采用智能完井技术要综合考虑油气田的规模、产能及地质油藏等因素，需采用特殊的智能完井关键工具，进行生产管柱的特殊设计，并制度对应的详细实施程序，也要集合油气田的勘探开发成本综合考虑。2.1 多层油气层均衡开采影响因素 并不是所有井通过钻井，钻穿多套油气层就能够进行开采。如何实现多套油气层的均衡开采，如何确保在钻井及完井作业期间井下的安全，特别在井控方面的安全，都是要进行充分论证的。多层油气如何进行均衡开采，需要开展各层的渗透性分析，比如渗透率好的层位，连通性好，渗透性差的层位开发难度大，如果将两个层位直接钻穿，在钻完井阶段可能存在严重的井控问题，在开采阶段也极易发生不均衡现象；另外，也要充分分析俩层位的下部完井方式，对于不同的泥质含量，不同的粒度分析及出砂预测，需要论证是否某层位需要进行防砂设计；再者，考虑智能完井工具的适用性，井下工具对套管尺寸及井身结构有特定要求。2.2 智能完井关键设备 2.2.1 井下智能滑套 智能滑套作为直接接触地层流程的工具，是在常规的机械开关滑套的基础上增加控制模块，控制模块可分为电驱动和液驱动，其中液驱动最具耐用性，通过注入压力至驱动活塞，实现推动机械滑套机构，实现滑套的开关，从而实现对多层油气层的管控。在控制机构中添加如可调节的模块，能够实现开度的控制，最终可满足产量调整。2.2.2 井下温压监测系统 井下温压监测系统是智能完井的核心部件，能够实时采集井下温度、压力等参数，根据勘探开发需求，将监测点合理地设置到生产管柱中，多个监测点的信号可以通过同一根电缆从井下传输到水下采油树，整条信号通道包括井下监测系统、水下采油树界面系统、水下生产控制系统、地面监测系统，该监测系统的应用，最关键要确保信号传输协议的兼容性，以及原始信号的解码，确保数据准确性。2.2.3 电液控制管线 如何在远程实现对智能滑套的控制，从水下采油树到井下智能滑套，通过液控管线连接至滑套控制接口，从而实现操作压力的传递，再通过电缆连接至监测模块，从而实现井下压力温度数据的传递。2.2.4 穿越装置 从井下到水下井口，再到地面控制终端，电缆及液控管线需要经过多个界面，其连接机构需要满足承压、密封及绝缘等要求，穿越装置包括水下采油树的油管挂，HPEN 等关键部件，受加工精度及高压承压等要求，所有穿越装置需要进行特殊的设计。2.3 智能完井技术关键实施技术 2.3.1 智能完井系统安装 受海上特别的作业环境影响，比如恶劣的海况，晃动的平台等影响，智能控制系统的安装作业面临多方面挑战，在作业前需制定详细的作业程序。要综合考虑电缆及液压控制电缆的存放位置，连接电缆接头做好防水措施，连接液压接头要进行高压测试，最为关键的安装步骤中，由于智能完井涉及多条电缆及液压管线，涉及多个水下生产设备的界面接口，要在安装前给出每一套设备的安装接口并标号，给出每一条电缆的通讯地址并标号。总之，智能控制系统的安装尤为重要。2.3.2 多界面连接测试 由于智能完井需要控制多套工具，需要监测各个监测点的温压等数据，在工具入水前及入井之前，必须开展功能测试，针对多个界面，要开展每一个界面的功能测试，电缆绝缘监测，电器设备的电流、电压以及 gain 值等参数的测试并做好记录，以便后续生产过程中出现异常时，无法排查出某界面的问题。在界面连接测试中，最为关键的是完成所有电液测试步骤，包括备用控制系统的界面测试。2.3.3 智能控制损耗控制 智能控制系统均为水下，或者井下，因此在智能系统中，包括工具部件的活动过程中，一定要进行系统的完整的控制压差设计，主要包括三个方面，第一，过程损耗分析，长距离的电缆传输及控制过程中存在电缆的电压及电流消耗，某一个电子部件的动作需要一定的电流消耗，因此要进行从地面到井下整个过程中的系统损耗计算分析；第二，液压控制损耗分析，由于控制管线多，尺寸小，管线长，因此控制压力传输过程中损耗很大，为确保液压活着机构能够接收到充足的压力，必须开展系统的压耗测算；第三，井下工具压差分析，智能完井中涉及多层油气层的控制开关，因此相关的工具活动时需要克服多方面的压力，因此在进行智能控制时，必须根据监测系统获取的温压数据，实时分析压差情况，确保智能控制时工具的正常工作。3 海上智能完井技术面临的新挑战 3 海上智能完井技术面临的新挑战 南海西部海上智能完井技术面临着新的问题和挑战：（1）随着勘探开发向深水迈进，面临着复杂多变的海洋环境；（2）对于一些低产油井，油质含有蜡、沥青等副产物，对于智能完井工具提出更高要求；（3）如何进一步降低智能完井成本，比如更简单的控制系统，以便应用到更多低品质的油气田开发中。4 结 论 4 结 论（1）解析了智能完井技术在海上油气田的应用情况。（下转第 89 页）（下转第 89 页）黄 建：顺北油田大斜度井取心实践与认识 89 心无进尺完全堵死，直接割心起钻，若取心进尺较低，可以停转盘上提钻具至原悬重后用超过堵心钻压 30%左右压力静压井底，上提至原悬重，重新树心钻进，若岩心未顶开，割心起钻。4 经验与建议 4 经验与建议（1）胜利钻井院提供斜井段取心服务的顺北 45X 井采用了金刚石取心钻头+Y-670 取心筒，收获率较高，而顺北801X 井两回次均采用了 PDC 取心钻头+Y-670 取心筒，金刚石取心钻头明显优于 PDC 取心钻头。（2）统计顺北油田 5 口井 7 回次大斜度取心，顺北 9X、顺北 44X、顺北 47X 井均采用由川庆取心提供服务，在破碎带地层取取心收获率均较高，特别是灯笼罩式岩心爪对保障破碎地层岩心掉心效果突出。对比顺北 801X 井斜井段连续两筒取心均存在堵心现象且收获率低，使用的 PDC 取心钻头及 Y-670 取心工具可能不适合顺北油田大斜度破碎地层取心。（3）目前设计位置均为断裂带附近或者气测显示活跃井段，取心井控风险较大。取心前做好井眼准备，保证井筒畅通稳定，充分循环排后效，油气显示活跃、气测值高的井，割心起钻前采取打气滞塞或者重浆帽方式，减少循环时间、降低因长时间循环导致吊心，保证井控安全。（4）加强井下异常情况判断，做好故障预防。一是钻头到底前先大排量清洗井底，平缓划眼，钻头接触井底后，轻压慢转，待井底掉块被磨碎或者冲离井底，憋跳钻情况消除后再小钻压树心。二是发现取心进尺缓慢、机械钻速下降或者无进尺情况，应立即割心。5 结 论 5 结 论（1）目前顺北油田大斜度取心，使用了 PDC 取心钻头和巴拉斯取心钻头，通过现场实际应用效果对比分析，巴拉斯取心钻头更适合顺北破碎地层取心，取心收获率明显高于PDC 钻头。川庆钻采取心工具，在顺北油田破碎地层更具优势，针对堵心、掉心进行了优化设计。（2）随着顺北油田不断深入勘探开发，取心难度越来越多，对取心工具的要求也越来越高，建议取心服务厂家针对破碎地层取心，对取心工具和取心技术跟进创新，更好服务顺北大开发。参考文献 参考文献 1 张洪君,刘春来,袁国强.大斜度井断层取芯工艺技术J.西部探矿工程,2015(06).2 段绪林,卓云,郝世东,等.对破碎地层取心预防磨心的认识与建议J.钻采工艺,2019,42(1):99-100.3 陶曙.复杂破碎地层中应用 SDB 系列金刚石钻探工艺提高取芯质量的探索J.湖南交通科技,2010(03):0084-04.4 王智锋.大斜度井取心技术J.西部探矿,2005(04):0084-02.5 施山山,闫家,李宽,等.破碎地层取心钻具研究现状及展望J.探矿工程(岩土钻掘工程),2020:56-61.（上接第 91 页）_（上接第 91 页）_ （2）开展了智能完井与常规多层完井对比，分析了智能完井的优劣势。（3）从智能完井的适用性，关键设备及技术方面，解析了智能完井关键技术。（4）未来海上油气田勘探开发智能化必然趋势，提出