高玉龍，朱迅，于占海，宋漢化，高仕舉

(中國石油長慶油田蘇里格氣田研究中心 低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室， 西安 710018)

過程控制技術(shù)

氣田智能化氣井監(jiān)控系統(tǒng)研究

高玉龍，朱迅，于占海，宋漢化，高仕舉

(中國石油長慶油田蘇里格氣田研究中心 低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室， 西安 710018)

蘇里格氣田儲(chǔ)層表現(xiàn)出“低滲透、低壓、低豐度”和極強(qiáng)的非均質(zhì)性特征，氣井生產(chǎn)管理中面臨著氣井壓力下降較快、氣井井?dāng)?shù)多、管理工作量大、管理難度大等諸多難題。通過氣井氣藏地質(zhì)與動(dòng)態(tài)生產(chǎn)情況相結(jié)合，形成“流量控制、套壓控制、時(shí)序控制、套壓流量復(fù)合控制”氣井生產(chǎn)模式。智能化氣井監(jiān)控系統(tǒng)集成應(yīng)用了電子巡井技術(shù)、動(dòng)態(tài)分析技術(shù)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)、遠(yuǎn)程泡排技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了氣井按制訂模式、參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，有效地提高了儲(chǔ)量動(dòng)用程度和開發(fā)效果。開展智能化氣井監(jiān)控系統(tǒng)研究，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)管理、精細(xì)化氣井管理、程序化組織管理，較好地克服了氣田管理中存在的問題，實(shí)現(xiàn)了低滲透氣田的科學(xué)有效生產(chǎn)管理。

智能化 氣井 生產(chǎn)管理 采收率

蘇里格氣田氣井壓力下降快，產(chǎn)量遞減幅度大，穩(wěn)產(chǎn)階段短，恢復(fù)程度低，氣井產(chǎn)水甚至積液較為嚴(yán)重，迫切需要對(duì)氣井采用精細(xì)化管理，提高氣井采收率和氣井累計(jì)產(chǎn)氣量。通過控制氣井壓降速率，對(duì)低產(chǎn)低效井采用間歇生產(chǎn)，對(duì)積液井采取排水采氣措施，延長氣井自然穩(wěn)產(chǎn)期，以“一井一法”方式精細(xì)化管理氣井[1-5]。由于氣田開發(fā)面積大，井?dāng)?shù)眾多，采用人工方式管理難以實(shí)現(xiàn)精細(xì)管理。因此，如何平衡精細(xì)化管理氣井生產(chǎn)與控制用工總量之間的關(guān)系就成為難點(diǎn)問題。為了解決人力資源不足的問題，提高氣井管理效率，該氣田結(jié)合氣井生產(chǎn)管理需求，探索完善井口數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、視頻定時(shí)拍照巡檢、井口遠(yuǎn)程智能控制、遠(yuǎn)程語音報(bào)警、井口生產(chǎn)異常診斷、風(fēng)光互補(bǔ)供電、井站數(shù)據(jù)整合監(jiān)控等八項(xiàng)井口數(shù)字化應(yīng)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了氣井管理數(shù)字化[6]。氣井?dāng)?shù)字化生產(chǎn)管理，有效地解決了氣井生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的井堵、管線凍堵、緊急關(guān)井等問題。然而缺乏對(duì)氣井的氣藏地質(zhì)、動(dòng)態(tài)分析的關(guān)聯(lián)應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)管理氣井沒有較好地與氣井儲(chǔ)層及生產(chǎn)動(dòng)態(tài)情況結(jié)合，無法實(shí)現(xiàn)氣井精細(xì)化管理。

面對(duì)“三低”氣藏而又井?dāng)?shù)眾多的氣田，亟需開展智能化氣井生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)研究，實(shí)現(xiàn)氣田高效生產(chǎn)管理和氣井精細(xì)化管理[7]。智能化氣井生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析技術(shù)和氣井?dāng)?shù)字化管理技術(shù)，自動(dòng)形成氣井優(yōu)化運(yùn)行策略，通過氣井井場(chǎng)設(shè)備對(duì)氣井遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了控制氣井壓降速率，延長氣井自然穩(wěn)產(chǎn)期，實(shí)現(xiàn)“一井一法”氣井生產(chǎn)管理，形成了智能化氣井生產(chǎn)管理。

1 氣井生產(chǎn)管理

蘇里格氣田氣井管理經(jīng)歷了“單一管理—分類管理—精細(xì)化管理”的轉(zhuǎn)變。通過加強(qiáng)氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析，根據(jù)氣井不同生產(chǎn)特征，開展壓力和產(chǎn)量復(fù)合分類，制訂合理的管理措施。針對(duì)連續(xù)生產(chǎn)井，嚴(yán)格控制產(chǎn)量和壓降速率，延長自然穩(wěn)產(chǎn)期；針對(duì)間歇井，采用“長關(guān)短開”、“短關(guān)短開”、“長關(guān)長開”的生產(chǎn)方式，通過優(yōu)化間歇生產(chǎn)制度，提高氣井開井時(shí)率和產(chǎn)能貢獻(xiàn)率；積液井采用“注劑泡排+間歇”、“投棒泡排+間歇”和其他新工藝排水措施，及時(shí)排出氣井積液[8-9]。

2 智能化氣井生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)

單井生產(chǎn)智能化，是氣井精細(xì)化管理的有效手段，控制氣井以最佳生產(chǎn)方式生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)降低人員工作強(qiáng)度、延長氣井壽命、提高氣井采收率的目的[10-11]。

2.1 系統(tǒng)原理

從氣藏動(dòng)態(tài)入手，結(jié)合工藝優(yōu)化，對(duì)同一地質(zhì)區(qū)塊內(nèi)氣井的井型、生產(chǎn)層位、井口壓力、產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量、壓降速率等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，深化氣井生產(chǎn)對(duì)比認(rèn)識(shí)，制訂合理工作制度，創(chuàng)建氣井精細(xì)化生產(chǎn)管理模型，制訂每口氣井的生產(chǎn)參數(shù)和運(yùn)行控制模式[12]。具體包括： 梳理流程，建立監(jiān)控流；選擇典型氣井作為研究對(duì)象；對(duì)氣井井口計(jì)量；軟件開發(fā)；建立智能化單井(小站)生產(chǎn)監(jiān)控示范區(qū)；驗(yàn)證并完善氣井生產(chǎn)監(jiān)控模型。智能化單井生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，通過井口RTU對(duì)氣井智能化、精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)局部(單井)自治，整體協(xié)從。單井生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)采出氣量、壓力變化和井靜態(tài)信息等數(shù)據(jù)定期優(yōu)化運(yùn)算，完善計(jì)算模型和運(yùn)行控制模式，循環(huán)往復(fù)，優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，保證氣井處于最優(yōu)模式生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)智能精細(xì)管理氣井。智能化氣井生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 智能化氣井生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)示意

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

1) 電子巡井技術(shù)。監(jiān)控氣井生產(chǎn)情況和井場(chǎng)生產(chǎn)畫面，實(shí)時(shí)采集氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)，主要包括油壓、套壓、瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、外輸溫度、外輸壓力、電源電壓、緊急切斷閥狀態(tài)等參數(shù)。按設(shè)定報(bào)警值，比對(duì)實(shí)時(shí)采集的井場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)分析判斷氣井和井場(chǎng)工況，異常及時(shí)報(bào)警(界面字體顏色變化)[14]。目前的巡井頻次為1次/5 min[14]。

2) 井場(chǎng)侵入報(bào)警技術(shù)。氣井井場(chǎng)闖入報(bào)警，將井場(chǎng)安裝的紅外探測(cè)器與井場(chǎng)視頻攝像機(jī)相結(jié)合，在井場(chǎng)安全警戒區(qū)內(nèi)無外物入侵情況下，攝像頭處于休眠狀態(tài)，當(dāng)有外物入侵時(shí)攝像頭進(jìn)行自動(dòng)拍照并將照片傳輸至監(jiān)控中心，提高了氣井井場(chǎng)安全性。

3) 遠(yuǎn)程開關(guān)井技術(shù)。通過指令對(duì)氣井井口緊急切斷裝置進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)氣井間歇生產(chǎn)的遠(yuǎn)程開關(guān)需求，實(shí)現(xiàn)了批量關(guān)井(干線/集氣站所轄井)。井口緊急切斷裝置能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)高低壓自動(dòng)切斷，提高了氣井生產(chǎn)過程中應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力。

4) 遠(yuǎn)程自動(dòng)加注泡排技術(shù)。在井場(chǎng)RTU或上位機(jī)編寫自動(dòng)加注系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制模塊，利用太陽能智能泵注、平衡罐自動(dòng)滴注、遠(yuǎn)程自動(dòng)投放泡排棒等方式進(jìn)行泡沫排水采氣，智能化控制注劑泵或電磁頭啟停，實(shí)現(xiàn)泡排藥劑的自動(dòng)加注。

5) 自動(dòng)調(diào)節(jié)井口流量技術(shù)。將井口針閥改為電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用井口太陽能，氣井RTU根據(jù)井口外輸流量計(jì)流量大小，進(jìn)而調(diào)整閥門開度大小，實(shí)現(xiàn)了井口自動(dòng)調(diào)節(jié)氣井生產(chǎn)氣量，其工作原理如圖2所示。

圖2 氣井生產(chǎn)流量控制系統(tǒng)示意

6) 氣液兩相計(jì)量技術(shù)。在氣井井場(chǎng)，利用物理分離或者光譜分析原理，在線計(jì)量氣井產(chǎn)液、產(chǎn)氣量，計(jì)算氣井氣液比，分析氣井產(chǎn)液量和產(chǎn)氣量規(guī)律。通過氣液兩相計(jì)量技術(shù)，制訂氣井合理生產(chǎn)制度，確保氣井生產(chǎn)時(shí)合理攜液，有效控制了井筒積液[13]。

2.3 智能化生產(chǎn)模式

蘇里格氣田低滲、低產(chǎn)、低效氣井壓力下降快，產(chǎn)量遞減幅度大，穩(wěn)產(chǎn)階段短，恢復(fù)程度低，為保證氣井進(jìn)入流程，在生產(chǎn)經(jīng)過一段時(shí)間后便改為間歇生產(chǎn)。氣藏的開發(fā)和開采是衰竭式開采，因而，隨著天然氣的不斷采出，氣井壓力將逐漸降低。在氣藏開采的中、后期能量消耗較多，氣藏處于低壓開采階段，此時(shí)氣井的井口壓力較低，而一般輸氣干線的壓力往往較高(4.0～6.4MPa)，所以當(dāng)氣井的井口壓力接近輸壓或者低于輸壓而使氣井被迫停產(chǎn)或被水淹沒，將造成較多還有一定生產(chǎn)能力的氣井過早停產(chǎn)，大幅降低了氣藏的采收率，使氣井能量不能充分利用。因此，采取以下措施控制井口壓力是必要的：

1) 流量控制。根據(jù)氣井生產(chǎn)管理系統(tǒng)的優(yōu)選方法，通過某類產(chǎn)能計(jì)算出某井限制流量并在一定范圍內(nèi)生產(chǎn)，有利于提高該井采收率。對(duì)某類井采用限制流量的生產(chǎn)方式進(jìn)行生產(chǎn)，給出流量上下限值或參考流量，智能化單井生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)井口針閥開度，實(shí)現(xiàn)了控制氣井流量生產(chǎn)。

2) 時(shí)序控制間歇井。部分間歇井壓力下降較快、流量較小，因而對(duì)其進(jìn)行一定的時(shí)序控制來達(dá)到最佳的生產(chǎn)條件。設(shè)置氣井時(shí)序控制的起止日期以及生產(chǎn)周期，由氣井RTU按時(shí)序控制氣井外輸電磁閥開關(guān)，實(shí)現(xiàn)氣井按設(shè)定周期生產(chǎn)[15]。

3) 套壓控制。由于間歇井大部分套壓較低，當(dāng)套壓低于一定值時(shí)，氣井生產(chǎn)將受到較大影響，因而對(duì)部分低產(chǎn)、低壓井實(shí)施套壓壓力智能控制。設(shè)置氣井最低或最高套壓值，由氣井RTU按套壓實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)控制氣井外輸電磁閥開關(guān)，使氣井在設(shè)定套壓值范圍內(nèi)生產(chǎn)。

4) 流量套壓控制。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，部分間歇井套壓較低，但是流量非常穩(wěn)定，從而給流量套壓復(fù)合智能控制提供了很好的條件。在套壓流量復(fù)合智能控制中，設(shè)定氣井智能控制條件，日流量小于一定值時(shí)，電磁閥執(zhí)行關(guān)閉動(dòng)作；套壓高于某值時(shí)，電磁閥執(zhí)行開啟動(dòng)作。

3 應(yīng)用情況

從2008年開始，經(jīng)過6年的探索與改進(jìn)，智能化氣井生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)在蘇里格氣田726口井上推廣運(yùn)行，運(yùn)行表明： 該系統(tǒng)實(shí)用性能好，可靠性高。

1) 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。2013年對(duì)726口井運(yùn)行智能化氣井生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)氣井調(diào)節(jié)井口流量、間歇生產(chǎn)、積液井自動(dòng)泡排等進(jìn)行嚴(yán)格控制，井口操作有效率達(dá)93%以上。

2) 提高工作效率。以每天有200口井為例，按照原有的人工操作開關(guān)井、泡排、調(diào)節(jié)流量，每口井執(zhí)行操作為5 min，至少需要2名工作人員，工作8 h的重復(fù)操作；使用智能化氣井生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，只需1人審核井口操作運(yùn)行情況，工作效率提高了約20倍。

3) 減少井口操作工作量。采用井口自動(dòng)泡排、調(diào)節(jié)流量和遠(yuǎn)程開關(guān)井等技術(shù)，極大地減少了井口工作量。以前每100口井需3輛車6人，30井次開關(guān)井、泡排、調(diào)節(jié)流量等井口操作?，F(xiàn)在只需2～3人檢查設(shè)備或補(bǔ)充泡排劑(棒)，減少了80%以上的工作量。經(jīng)過試驗(yàn)前后統(tǒng)計(jì)對(duì)比，節(jié)約車輛和人員費(fèi)用每口井1萬元以上。

4) 減少氣井壓降速率，提高氣井產(chǎn)氣量。對(duì)采用智能化氣井生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)前后200口氣井產(chǎn)氣量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，核算每口氣井增產(chǎn)氣量為1×104m3。

4 結(jié) 論

該技術(shù)已在蘇里格氣田逐步推廣應(yīng)用，通過科研和生產(chǎn)密切結(jié)合，快速有效地指導(dǎo)了氣井生產(chǎn)管理工作，加快了智能化氣田建設(shè)的步伐，取得了顯著的效果。

1) 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，氣井“流量控制、套壓控制、時(shí)序控制、套壓和流量復(fù)合控制”生產(chǎn)模式符合蘇里格地區(qū)氣井生產(chǎn)的工作需求，提高了氣井各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)。

2) 智能化單井生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)采出氣量、壓力變化和井靜態(tài)信息等數(shù)據(jù)定期優(yōu)化運(yùn)算，完善計(jì)算模型和運(yùn)行控制模式，循環(huán)往復(fù)，優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，保證了氣井處于最優(yōu)模式生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了智能精細(xì)管理氣井。

3) 通過智能化氣井生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，控制了氣井壓降速率，對(duì)低產(chǎn)低效井采用間歇生產(chǎn)，對(duì)積液井采取排水采氣措施，延長氣井自然穩(wěn)產(chǎn)期，實(shí)現(xiàn)了“一井一法”方式精細(xì)化管理氣井。

[1] 何光懷，李進(jìn)步，王繼平，等.蘇里格氣田開發(fā)技術(shù)新進(jìn)展及展望[J].天然氣工業(yè)，2011，31(02)： 12-16.

[2] 張本全，袁萬榮，陳鄲，等.抓技術(shù)集成與管理創(chuàng)新快速實(shí)現(xiàn)蘇里格氣田規(guī)模有效開發(fā)[J].天然氣工業(yè)，2007，27(12)： 12-15.

[3] 趙政璋，杜金虎.從勘探實(shí)踐看地質(zhì)家的責(zé)任[M].北京： 石油工業(yè)出版社，2012： 26-34.

[4] 廖曉蓉，孟慶華，楊宇，等.新場(chǎng)氣田運(yùn)用高低壓分輸技術(shù)提高氣田采收率[J].天然氣與石油，2003，21(02)： 18-19.

[5] 楊華，付金華，包洪平.鄂爾多斯地區(qū)西部和南部奧陶紀(jì)海槽邊緣沉積特征與天然氣成藏潛力分析[J].海相油氣地質(zhì)，2010，15(02)： 1-13.

[6] 朱天壽，劉祎，周玉英，等.蘇里格氣田數(shù)字化集氣站建設(shè)管理模式[J].天然氣工業(yè)，2011，31(02)： 9-11.

[7] 吳曉東，肖偉，劉曉娟，等.蘇里格氣田氣井工作制度優(yōu)化[J].天然氣工業(yè)，2007，27(12)： 108-110.

[8] 馮曦，鐘兵，劉義成，等.優(yōu)化氣井配產(chǎn)的多因素耦合分析方法及其應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2012，32(01)： 53-56.

[9] 黃建東，孫守港，陳宗義，等.低滲透油田注空氣提高采收率技術(shù)[J].油氣地質(zhì)與采收率，2001，8(03)： 79-81.

[10] 李祖樞，涂亞慶.仿人智能控制[M].北京： 國防工業(yè)出版社，2003.

[11] 何生厚，毛鋒.數(shù)字油田的理論、設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京： 科學(xué)出版社，2001.

[12] 冉新權(quán)，朱天壽，劉偉，等.蘇里格氣田地面系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2008，19(04)： 1-3，6.

[13] 李佚.多相流測(cè)量技術(shù)在海洋油氣開采中的應(yīng)用與前景[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014， 54(01)： 88-96.

[14] 朱迅，韓興剛，高玉龍，等.蘇里格氣田數(shù)字化應(yīng)急指揮系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2012，32(05)： 78-80.

[15] 楊方勇，張亞斌，武海鵬，等.智能控制技術(shù)在蘇里格氣田低效井中的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2013，33(06)： 117-120.

Study on Intelligent Monitor System of Gas Well in Gas Field

Gao Yulong， Zhu Xun， Yu Zhanhai， Song Hanhua， Gao Shiju

(Changqing Sulige Gas Field Research Center CNPC & Low Permeability Oil and Gas Field Exploration and Development of National Engineering Laboratory， Xi’an， 710018， china)

Sulige gas well reservoir has characteristics of low permeation， low pressure and low abundance and strong anisotropy. The gas well production managements are encountered with problems of quick pressure dropping， too much gas wells， too high management workload and difficult managements. Through combination of gas well gas pool geology and dynamic production， the gas well production mode of flow control， casing pressure control， sequential control， casing pressure and flow combined control is formed. The intelligent gas well monitoring system integrates application of electronic inspection， gas well dynamic analysis technology， remote control technology， remote foam drainage technology， and so on. The intelligent monitoring system of gas well achieves production by setting models and parameters， and improves the producing degree of reserves and development effect effectively. Through carrying out intelligent gas well monitoring system study， digital production management， delicate gas well management and programming management are realized. Existing problems in gas field management are overcome much better. Scientific and effective production management for low permeability gas field is realized.

intelligent； gas well； production management； recovery yield

國家科技專項(xiàng)(編號(hào)： 2011ZX05015-001)資助。

高玉龍(1961—)，男，畢業(yè)于西安交通大學(xué)電子應(yīng)用專業(yè)，從事氣田數(shù)字化管理。

TP277

B

1007-7324(2015)01-0025-04

稿件收到日期： 2014-08-05，修改稿收到日期： 2014-11-26。