馮高城，尹彥君，馬良帥，張 亮，王 偉

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 塘沽 300452

引言

自1997 年北海Snorre 油田成功完成世界上第一口智能井以來(lái)，智能井技術(shù)已經(jīng)在北海、巴西等油氣田得到廣泛應(yīng)用，滿足作業(yè)者實(shí)時(shí)了解油藏動(dòng)態(tài)、遠(yuǎn)程優(yōu)化油氣生產(chǎn)，具有極強(qiáng)的管理優(yōu)勢(shì)。隨著開發(fā)進(jìn)入中后期諸多問(wèn)題的逐漸暴露，海上油田開發(fā)亟待更科學(xué)、更經(jīng)濟(jì)、更高效的技術(shù)解決手段，以緩解薄散小邊際油藏經(jīng)濟(jì)難動(dòng)用的困境、高含水期水平井過(guò)早水淹導(dǎo)致全井報(bào)廢的窘境、注水開發(fā)層間干擾嚴(yán)重以致驅(qū)替不均衡的痛點(diǎn)。同時(shí)，深水、臺(tái)風(fēng)等惡劣的海洋環(huán)境條件，對(duì)常規(guī)生產(chǎn)方式和工程裝備也提出了更高的挑戰(zhàn)。

因此，針對(duì)復(fù)雜油藏開發(fā)的要求和海上工程應(yīng)用的需求，中國(guó)海上亟待自主研發(fā)出與油氣生產(chǎn)現(xiàn)狀和特點(diǎn)相符合的智能井工程裝備，并在人工智能、新型通訊、新興材料等高新科技推動(dòng)下[1]，逐步完成自動(dòng)化與數(shù)字化油田的升級(jí)建設(shè)，打造油氣勘探開發(fā)上游領(lǐng)域的核心裝備重器，以解決油田開發(fā)所面臨的復(fù)雜經(jīng)濟(jì)技術(shù)環(huán)境等一系列挑戰(zhàn)。為此，有必要梳理國(guó)內(nèi)外智能井技術(shù)進(jìn)展與應(yīng)用現(xiàn)狀，分析智能井技術(shù)在海上油田深化應(yīng)用存在的技術(shù)瓶頸，探討未來(lái)進(jìn)一步改造升級(jí)的潛力目標(biāo)與應(yīng)用方向，助力中國(guó)海洋石油開發(fā)的增儲(chǔ)上產(chǎn)。

1 智能井國(guó)內(nèi)外理論發(fā)展與應(yīng)用

1.1 國(guó)外智能井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外智能井技術(shù)作為一項(xiàng)前沿的、集成性的技術(shù)，其主流技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：圍繞井下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的更有效采集與調(diào)節(jié)工具的更高效優(yōu)化，進(jìn)而提升獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度、提高智能工具的控制質(zhì)量、保持油藏最佳的生產(chǎn)狀態(tài)。

1.1.1 國(guó)外理論內(nèi)涵與進(jìn)展

國(guó)外智能井主要泛指智能完井技術(shù)，由井下狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)優(yōu)化處理系統(tǒng)以及生產(chǎn)流體控制系統(tǒng)等組成[2]，簡(jiǎn)單概況主要涵蓋“監(jiān)、傳、優(yōu)、控”4 個(gè)層面。

（1）智能井技術(shù)“監(jiān)”方面，即感知系統(tǒng)。信號(hào)監(jiān)測(cè)采集主要包含有近井監(jiān)測(cè)技術(shù)和遠(yuǎn)井成像技術(shù)[3-6]，并在近井監(jiān)測(cè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用。近井監(jiān)測(cè)指標(biāo)涵蓋溫度、壓力和流量3 項(xiàng)主要參數(shù)，信號(hào)感知監(jiān)測(cè)提取了背向散射光譜中拉曼頻段的核心參數(shù)，形成了單點(diǎn)、多點(diǎn)以及分布式光纖測(cè)量技術(shù)[7]；合理運(yùn)用了石英晶體諧振器，量化了諧振頻率與壓力的函數(shù)關(guān)系，發(fā)展了以分布式光纖溫度和布拉格光柵傳感器為監(jiān)測(cè)參數(shù)的技術(shù)載體[8-10]；基于伯努利方程求斷面收縮壓差的方法，演化形成了多相流量器嵌套的實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)。2019 年，在有線傳輸信號(hào)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步突破了井底與完井段間的“作業(yè)禁區(qū)”，完成了永久型混合絕緣硅測(cè)量裝置與無(wú)線監(jiān)測(cè)技術(shù)的有機(jī)融合。

（2）智能井技術(shù)“傳”方面，即神經(jīng)系統(tǒng)，涵蓋了信號(hào)處理、解釋與傳送3 個(gè)維度。在數(shù)據(jù)處理技術(shù)方面，建立了時(shí)間、深度與溫度的熱傳導(dǎo)預(yù)測(cè)模型[11]，提出了注入熱流體的傳熱系數(shù)簡(jiǎn)化方法[12-13]，完善了混合點(diǎn)處液流溫度的噴嘴模型，模擬了高溫氣藏試井的井筒瞬態(tài)溫度場(chǎng)，推導(dǎo)了井筒循環(huán)流動(dòng)溫度模型[14-18]，識(shí)別了壓力多步處理的突變點(diǎn)與遺漏點(diǎn)[19]；在信號(hào)解釋技術(shù)方面，深化了壓力-產(chǎn)量反褶積試井解釋方法，解決了變產(chǎn)量轉(zhuǎn)化為定產(chǎn)量求解的關(guān)鍵問(wèn)題[20]，進(jìn)一步發(fā)展了多傳感器的反演解釋技術(shù)[21-22]；在信號(hào)傳輸技術(shù)方面，主流技術(shù)仍然是基于井口貫入、管內(nèi)坐封、電纜斷開及動(dòng)力存儲(chǔ)的有纜式傳輸方式。

（3）智能井技術(shù)“優(yōu)”方面，即大腦系統(tǒng)，是最能體現(xiàn)油藏智能化需求的領(lǐng)域?；诓煌哪繕?biāo)函數(shù)優(yōu)化油藏狀態(tài)，延長(zhǎng)生產(chǎn)井無(wú)水采油期，得到最大凈現(xiàn)值。以1987 年Bang-Bang 優(yōu)化方法與隱式微分控制理論為起點(diǎn)，直至2000 年實(shí)驗(yàn)證實(shí)了優(yōu)化控制理論在流體驅(qū)替優(yōu)化中的應(yīng)用價(jià)值，奠定了現(xiàn)代控制理論在油藏優(yōu)化中的理論根基，發(fā)展了以油藏滲流力學(xué)為理論基礎(chǔ)的智能優(yōu)化控制技術(shù)[23-24]。油藏優(yōu)化控制理論圍繞宏觀與微觀兩條優(yōu)化主線發(fā)展，宏觀層面圍繞油藏的系統(tǒng)性優(yōu)化，解決剩余油挖潛的實(shí)時(shí)優(yōu)化問(wèn)題。微觀層面圍繞多段井近井地帶的流量控制閥局部?jī)?yōu)化，解決均衡井筒壓力減緩井段間干擾問(wèn)題[25-31]。近年來(lái)，圍繞微觀近井優(yōu)化與宏觀井間優(yōu)化，二者向著協(xié)同耦合調(diào)控延伸[32-33]。

（4）智能井技術(shù)“控”方面，即控制系統(tǒng)。智能井控制系統(tǒng)先后經(jīng)歷了3 代智能井技術(shù)的發(fā)展，目前正向第四代智能井技術(shù)演進(jìn)。第一代為直接液控型智能井系統(tǒng)，多點(diǎn)液壓控制及流量控制閥集成的液壓控制系統(tǒng)。第二代液控型智能井系統(tǒng)體現(xiàn)了過(guò)渡與集成的技術(shù)演化特點(diǎn)，即數(shù)液混控型智能完井系統(tǒng)，演化了全開全關(guān)式、精細(xì)可調(diào)式及步進(jìn)式的流入控制閥。第三代全電控智能井系統(tǒng)，迭代升級(jí)了無(wú)級(jí)節(jié)流閥套、高精度的壓力和溫度傳感器[34-39]。目前，雖然全電式智能井系統(tǒng)已經(jīng)成功獲得了礦場(chǎng)應(yīng)用，但在超深井等特殊環(huán)境下仍存在可靠性等問(wèn)題。國(guó)外技術(shù)解決方法是通過(guò)引進(jìn)航空領(lǐng)域技術(shù)及小型數(shù)據(jù)庫(kù)修正等方法，增強(qiáng)集成電路的適應(yīng)性[40]。隨著物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展，新型智能控制閥正逐步替代傳統(tǒng)“導(dǎo)線控制”及“機(jī)械控制”的遠(yuǎn)程開關(guān)[41]，催生出第四代智能井控制技術(shù)。

1.1.2 國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)狀與特點(diǎn)

智能井技術(shù)之所以具有突出的油氣田開發(fā)優(yōu)勢(shì)，除了可以大幅提升數(shù)據(jù)傳輸效率，更主要的是在油氣生產(chǎn)過(guò)程中可以控制氣水指進(jìn)與錐進(jìn)的速度、減緩或避免層間的干擾、調(diào)節(jié)多層段或多分支的分采與合采、提高分布式注入的注水效率、降低產(chǎn)量分配不均衡的風(fēng)險(xiǎn)、提高凈現(xiàn)值收益及重復(fù)回收使用等，以8個(gè)典型現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況為例[42-46]。

（1）智能井控水提產(chǎn)領(lǐng)域。沙特Ghawar 油田28口多分支智能完井，連續(xù)生產(chǎn)2 a 平均含水率都保持在1%以內(nèi)。（2）智能井極限增油領(lǐng)域?？仆? 級(jí)雙分支智能完井凈現(xiàn)值增長(zhǎng)100%，俄羅斯5 級(jí)雙分支智能水平井產(chǎn)量超過(guò)51 000 bbl/d（1 bbl=159 L）。（3）智能井多層合采領(lǐng)域。尼日利亞三段礫石充填智能完井有效釋放單層段壓力，累產(chǎn)油量超過(guò)300×104bbl。（4）智能井可控回注領(lǐng)域?？仆赜吞锢脄ubair 層天然能量閉式注入minagish 層，達(dá)到了低碳式注水驅(qū)油目的。（5）智能井二次開采領(lǐng)域。阿曼石油加強(qiáng)了對(duì)驅(qū)替前沿監(jiān)測(cè)與控制裂縫閉合，提高水驅(qū)波及效率。（6）智能井控氣防竄領(lǐng)域。Brunei Swa 油田地層伴生氣驅(qū)油與監(jiān)視注氣速度，生產(chǎn)17 個(gè)月控氣效果較好。（7）智能井注氣調(diào)剖領(lǐng)域。美國(guó)SACROC 碳酸巖油藏CO2混相驅(qū)替，阻止了CO2氣竄快速井間突破。（8）智能井深水出砂領(lǐng)域。巴西深水油藏控制壓力降低速度，減少地層脫砂與出砂風(fēng)險(xiǎn)。

雖然智能井已在國(guó)外深水領(lǐng)域取得了較好的技術(shù)應(yīng)用，但仍需持續(xù)解決若干關(guān)鍵問(wèn)題。目前，深水智能井開發(fā)面臨的一大難題是水合物溢出對(duì)完井的影響[47]。坐放水下采油樹時(shí)，須在井口內(nèi)注入甲醇和乙二醇，減少后續(xù)對(duì)生產(chǎn)作業(yè)的影響；另一大問(wèn)題是流量控制閥（ICV）在安裝和運(yùn)行過(guò)程中，可能會(huì)發(fā)生因ICV 腐蝕或堵塞等原因的生產(chǎn)故障，從而導(dǎo)致無(wú)法完成關(guān)鍵控制裝置的調(diào)節(jié)功能，例如Snorre 油田中ICV 失效率達(dá)到39%。

1.2 中國(guó)智能井技術(shù)現(xiàn)狀回顧

國(guó)外智能井技術(shù)經(jīng)歷了二十多年的發(fā)展歷程，已在智能井相關(guān)理論研究與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐方面，取得了全面的發(fā)展與應(yīng)用。中國(guó)從智能井概念與理論的引入，到關(guān)鍵技術(shù)消化、探索、起步的自主攻關(guān)，在近十年的技術(shù)發(fā)展歷程中逐步達(dá)到了整體布局與多點(diǎn)開花的效果。

1.2.1 國(guó)內(nèi)理論進(jìn)展與迭代

2008 年，中國(guó)石油依托國(guó)家863 計(jì)劃“智能完井技術(shù)與裝備”課題，率先啟動(dòng)智能完井技術(shù)的攻關(guān)與研發(fā)，形成了一套液壓控制與光纖監(jiān)測(cè)集成的IC-Riped 系統(tǒng)。2011 年，中國(guó)石化也加強(qiáng)了智能井技術(shù)的研發(fā)力度，深化了低滲油氣田智能完井關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)[48]。2013 年，中海油啟動(dòng)“深水油氣田智能完井關(guān)鍵技術(shù)”，解決了制約中國(guó)深海油氣開發(fā)的技術(shù)裝備等問(wèn)題[49]。

（1）智能井?dāng)?shù)據(jù)采集。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)M了電導(dǎo)測(cè)量的含水率測(cè)量方法，礦場(chǎng)試驗(yàn)了壓力或流量脈沖信號(hào)載波的雙向傳輸技術(shù)，攻克形成了晶體吸收的光纖溫度傳感器等工具[50-51]，優(yōu)先解決了傳感器的高壓密封和光纖保護(hù)問(wèn)題[52-53]，加快改進(jìn)了臥式橫切的機(jī)械化光纖開槽裝置，推廣應(yīng)用了無(wú)線信號(hào)與協(xié)議接口的雙向信號(hào)傳遞采集系統(tǒng)[54-55]。近年來(lái)，井下分布式光纖溫度（DTS）和應(yīng)力（DSS）傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟并得到了大量應(yīng)用[56]。但對(duì)于多相流體中單相流的量化解釋與井筒固態(tài)沉積物的準(zhǔn)確定位，尚存在較大的技術(shù)困難。

（2）智能井信號(hào)解釋。小波分析完成了長(zhǎng)時(shí)井下監(jiān)測(cè)的降噪處理[57]，探索提出了多層合采井筒溫度場(chǎng)異常的解釋方法[58-59]，量化分析了流量控制閥溫度誤差的原因[60-66]，解析建立了海上深水井筒的分段穩(wěn)態(tài)傳熱模型[67-68]，理論推導(dǎo)了自動(dòng)氣舉閥的井下流動(dòng)方程[69]，實(shí)驗(yàn)對(duì)比了變產(chǎn)量反演表皮系數(shù)的數(shù)學(xué)模型，回歸了壓力損失與進(jìn)油量的定量關(guān)系，對(duì)比重構(gòu)了移動(dòng)窗與正交設(shè)計(jì)的流量模型[70]，模擬反演了井筒沒有安裝井下測(cè)量計(jì)條件的分層含水率[71]。當(dāng)前階段，井下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)解釋的可靠性與準(zhǔn)確性尚有一定的提升空間。

（3）智能井優(yōu)化理論。中國(guó)優(yōu)化理論研究以油田宏觀產(chǎn)能規(guī)劃起步，到2010 年將油藏?cái)?shù)值模擬與離散極大值原理相結(jié)合[72-73]，運(yùn)用遺傳或粒子群等算法加速收斂的特點(diǎn)，大幅提升了最優(yōu)解的求取效率與運(yùn)算速度，形成了與國(guó)際接軌的現(xiàn)代油藏閉環(huán)控制理論。微觀層面，以分支多段井的智能閥附加降壓模擬起步，依據(jù)二次規(guī)劃算法調(diào)節(jié)井下閥孔面積，模擬累產(chǎn)油量和凈現(xiàn)值的增長(zhǎng)[74]。當(dāng)前，強(qiáng)化學(xué)習(xí)等人工智能尚處于起步階段，也具有較高的研究潛力，須優(yōu)先解決物理意義與樣本采集方法等問(wèn)題。同時(shí)，注采井間與近井耦合的大規(guī)模分區(qū)優(yōu)化與代理提速算法研究較少，未來(lái)主動(dòng)式生產(chǎn)控制理論已成為發(fā)展趨勢(shì)。

（4）智能井控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)研發(fā)了液控型流量控制閥和電控型流量控制閥、穿越式封隔器等關(guān)鍵器件，攻克了與國(guó)外同類封隔器性能水平接近的高強(qiáng)壓縮式管外封隔器，形成了能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用要求的遇油（水）自膨脹管外封隔器[75-77]，優(yōu)選提出了井下流量微型液壓控制解碼器的設(shè)計(jì)方案，大幅減少了控制管線數(shù)量[78-81]。深化了液控式調(diào)節(jié)閥控制，降低了長(zhǎng)液控管線在動(dòng)作時(shí)間、運(yùn)行壓力及可靠性等因素的不確定性，但仍需在井下流量控制閥設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與流量壓力脈沖的無(wú)線控制上持續(xù)優(yōu)化。

（5）設(shè)備優(yōu)選與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。建立了深水智能井的設(shè)備組合數(shù)學(xué)模型，探討不同工況下的智能完井最優(yōu)設(shè)備組合方案。運(yùn)用浴盆曲線深化評(píng)價(jià)了智能完井流量控制閥的適應(yīng)性，降低流量控制閥開關(guān)動(dòng)作的失效率[82]；同時(shí)，進(jìn)一步發(fā)展了國(guó)家ISO 及石油天然氣行業(yè)API 的采標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)[83-84]，制定了與智能完井密切相關(guān)的18 項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，促進(jìn)了中國(guó)智能井技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。

1.2.2 國(guó)內(nèi)探索應(yīng)用與趨勢(shì)

在智能井理論研究上已取得進(jìn)展的同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)配套試驗(yàn)有序?qū)嵤?。?duì)標(biāo)國(guó)外智能井技術(shù)，中國(guó)石油起步較為迅速。2004 年，西南油氣田實(shí)施了J17、Z7 氣井永置式井下壓力溫度監(jiān)測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[85]，實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下壓力、溫度狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；2011 年，遼河油田L(fēng)ei632 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)智能分采，稠油熱采開發(fā)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)成功應(yīng)用，試驗(yàn)表明，高含水期雙層分采智能井的單井產(chǎn)油量提高了10.5%[86]；2016年，吐哈油田現(xiàn)場(chǎng)成功試驗(yàn)了電控智能完井系統(tǒng)，同步實(shí)施了智能找堵水和分段生產(chǎn)[87]。

中國(guó)海上油田以國(guó)外智能井技術(shù)引進(jìn)與合作起步，摸索智能井對(duì)不同類型沉積儲(chǔ)層的開發(fā)效果，并在海外印尼爪哇NE Intan、南海礁灰?guī)rLH4-1 和渤海疏松砂巖油田嘗試了智能完井技術(shù)[88-90]，實(shí)現(xiàn)了在不動(dòng)管柱條件下對(duì)壓力和溫度等參數(shù)的實(shí)時(shí)采集。2017 年繼續(xù)開發(fā)了液電混控型智能完井系統(tǒng)[91-92]，完成了智能井工藝系統(tǒng)的全部國(guó)產(chǎn)化，并于2019 年在南海P18-1 油田進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。在歷經(jīng)了近十年的研究，中國(guó)智能完井系統(tǒng)技術(shù)突飛猛進(jìn)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明中國(guó)海上液控型智能完井系統(tǒng)已經(jīng)基本成熟，可以對(duì)各層段進(jìn)行井下生產(chǎn)流體調(diào)控，已達(dá)到了國(guó)際公司第一代智能完井系統(tǒng)技術(shù)水平。特別是近幾年，智能井動(dòng)力控制系統(tǒng)類型從液控型到液電混控型的過(guò)渡，逐步發(fā)展了區(qū)別于國(guó)外智能完井技術(shù)的智能分層注水裝備，為克服現(xiàn)有技術(shù)瓶頸和數(shù)字化升級(jí)奠定了基礎(chǔ)。

2 海上智能井瓶頸與制約

2020 年，中國(guó)已邁入數(shù)字技術(shù)發(fā)展的新時(shí)期，數(shù)字新基建必將催生5G 等數(shù)字化技術(shù)進(jìn)一步向各領(lǐng)域衍生應(yīng)用[93]，智能井、智能油田建設(shè)將駛?cè)敫咚侔l(fā)展的快車道，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有油藏?cái)?shù)字化技術(shù)提出了更高的要求。當(dāng)前海上油田智能井應(yīng)用主要圍繞自主流量控制裝置（AICD）、流量控制裝置（ICD）等平衡控水技術(shù)[94]，調(diào)節(jié)流體流入水平井筒的流入剖面，合理分布水平段徑向流量、均衡水平段產(chǎn)液產(chǎn)出，但其智能化程度仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。面對(duì)海上油田上產(chǎn)的有序?qū)嵤?，智能井技術(shù)與數(shù)字油田建設(shè)相結(jié)合，建立以油藏工程科學(xué)為基礎(chǔ)的面向未來(lái)生產(chǎn)方式，形成一種高效的生產(chǎn)優(yōu)化決策制定手段，平衡當(dāng)前最佳產(chǎn)量和未來(lái)最終采收率之間經(jīng)濟(jì)矛盾。

海上油田智能井技術(shù)完成從實(shí)驗(yàn)研究到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的蛻變，仍需克服諸多問(wèn)題，特別是特殊類型油藏開發(fā)與配套技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題。（1）開發(fā)經(jīng)濟(jì)角度制約因素。未來(lái)世界油氣總儲(chǔ)量的44%將來(lái)自于深水，中國(guó)南海深水油氣田有著廣闊的開發(fā)前景。相比于常規(guī)油氣藏，深水油氣田開發(fā)投入和風(fēng)險(xiǎn)更高。通過(guò)智能井技術(shù)可提高開發(fā)動(dòng)用儲(chǔ)量的界限，合理降低邊際儲(chǔ)量動(dòng)用的經(jīng)濟(jì)門檻，為日益增長(zhǎng)的邊際儲(chǔ)量開發(fā)提供技術(shù)可能。（2）井下溫壓角度制約因素。海上水驅(qū)冷采技術(shù)對(duì)普通稠油的開發(fā)發(fā)揮了重要作用，稠油熱采是未來(lái)重要的產(chǎn)量補(bǔ)充方式。由于注入熱流體溫度高，智能井需要解決井筒隔熱、工具耐溫、防砂工藝等問(wèn)題，亟待設(shè)備極限性能的提升，以確保長(zhǎng)期使用的壽命。（3）技術(shù)融合角度制約因素。以蒸汽輔助重力泄油（SAGD）融合技術(shù)為例，通過(guò)蒸汽高效分配可均勻驅(qū)替稠油，最大限度地減少由于黏度指進(jìn)造成的驅(qū)替不均衡，未來(lái)仍需針對(duì)具體油田特點(diǎn)，研發(fā)水平井蒸汽驅(qū)等為場(chǎng)景的定制化工具。

截至2019 年，中國(guó)海洋石油自主研發(fā)的液控型智能井技術(shù)，與歐美國(guó)家的控制6 個(gè)以上層段或分支井電控智能井技術(shù)相比較，在工程應(yīng)用領(lǐng)域仍然有很大的差距。數(shù)字化關(guān)鍵環(huán)節(jié)缺少數(shù)據(jù)處理與解釋，以及工藝裝備與油藏模型直接結(jié)合的生產(chǎn)優(yōu)化策略功能，致使智能井技術(shù)的核心優(yōu)化功能不全，導(dǎo)致平臺(tái)生產(chǎn)系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)僅僅是采集上來(lái)，而沒有得到充分的挖掘利用；同時(shí)，由于關(guān)鍵技術(shù)的門檻較高，國(guó)內(nèi)普遍缺乏核心油藏?cái)?shù)值模擬器。當(dāng)前，圍繞模擬器的生產(chǎn)優(yōu)化偏向于中長(zhǎng)期產(chǎn)能規(guī)劃且優(yōu)化目標(biāo)較為單一，缺少在油田綜合調(diào)整階段將生產(chǎn)制度與層系、井位、井網(wǎng)一體的綜合性優(yōu)化技術(shù)，以致與國(guó)內(nèi)主流的注采平衡開發(fā)理念存在偏差，未來(lái)仍需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)控制指標(biāo)的深入研究，以符合中國(guó)油田“陸相沉積”開發(fā)模式的生產(chǎn)特點(diǎn)。

3 海上油田突破與未來(lái)展望

中國(guó)油田主要為陸相沉積成因的儲(chǔ)集層，儲(chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重、注水開發(fā)效果有限、提高采收率潛力較大。韓大匡指出[95]，在油田高含水后期剩余油呈總體高度分散，局部相對(duì)富集的格局。中國(guó)海上油田中高含水期的剩余油分布仍然符合此規(guī)律，亟待探索新的綜合調(diào)整或剩余油挖潛策略，減緩產(chǎn)量遞減。探索多分支井為突破口的智能井開發(fā)策略，完成產(chǎn)能接替與持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)。以LF13-1 為例[96]，中高含水階段部署2 口水平分支井，生產(chǎn)表明分支井含水上升趨勢(shì)緩慢，含水率50%前單井累產(chǎn)油量達(dá)5.57×104m3，證實(shí)了海上油田多分支水平井提高采收率技術(shù)具有改造升級(jí)的潛力。

《Oil&Gas》雜志曾預(yù)測(cè)未來(lái)可能最具影響力的油氣藏開發(fā)技術(shù)包括：數(shù)字油田技術(shù)、智能流動(dòng)控制技術(shù)、無(wú)源地震監(jiān)測(cè)技術(shù)、千兆網(wǎng)格技術(shù)和極大儲(chǔ)層接觸技術(shù)等[97-99]，預(yù)示了數(shù)字化與智能化的油藏高效開發(fā)技術(shù)已呈必然趨勢(shì)。隨著國(guó)家“十四五”期間新基建領(lǐng)域的深化，為直接啟動(dòng)第四代智能井及相應(yīng)的配套裝備系統(tǒng)提供了可能，有序發(fā)展具有中國(guó)石油特色的智能油氣田開發(fā)裝備，形成中國(guó)智能井相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、作業(yè)體系和安全規(guī)范，實(shí)現(xiàn)油田開發(fā)技術(shù)的彎道超車。建議以多層砂巖油藏中高含水期智能水驅(qū)為突破口，借鑒大慶、勝利等陸地油田分層注采技術(shù)的成熟經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)集群攻關(guān)與技術(shù)聯(lián)合等途徑，完成信號(hào)解釋與模擬優(yōu)化技術(shù)的海上升級(jí)，并適時(shí)拓展至智能調(diào)驅(qū)及閉式注水（氣）等領(lǐng)域，打造符合中國(guó)海洋石油開發(fā)特色的數(shù)字化裝備序列體系。

一方面，打造先進(jìn)的智能優(yōu)化生產(chǎn)決策系統(tǒng)平臺(tái)。充分利用AI 智能學(xué)習(xí)技術(shù)和油藏工程數(shù)字化手段量化經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，逐步喚醒目前建設(shè)的數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)湖等沉睡資源，催生新型工作方式以提高生產(chǎn)效率、緩解增儲(chǔ)上產(chǎn)壓力；自主攻關(guān)油藏?cái)?shù)字型模擬器，擺脫傳統(tǒng)數(shù)值型技術(shù)的制約，運(yùn)用超算等新型工具大幅提高模擬速度，持續(xù)提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性和優(yōu)化調(diào)整頻次（勝坨不穩(wěn)定注水試驗(yàn)已證明其技術(shù)價(jià)值）；充分借鑒陸地油田部署固定監(jiān)測(cè)井的成功經(jīng)驗(yàn)，摸索出一種較為可行的永久型動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)推廣途徑；探索提升人工智能等新手段的實(shí)用性，攻關(guān)具有物理意義的強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法反演分層井間連通性，深度聚類算法研究與提升流場(chǎng)驅(qū)替效果的表征精度[100-102]，有效識(shí)別出無(wú)效驅(qū)替通道及有效增油區(qū)域；綜合考慮均衡排液、注采平衡、分區(qū)優(yōu)化等不同階段的開發(fā)需求，將國(guó)外主流優(yōu)化算法進(jìn)一步自主化改進(jìn)，滿足水驅(qū)砂巖開發(fā)及在線化學(xué)驅(qū)開發(fā)的智能優(yōu)化要求，為海上智能油田工業(yè)化建設(shè)奠定基石。

另一方面，開發(fā)井下無(wú)線智能流動(dòng)控制應(yīng)用系統(tǒng)?；陔姼旭詈显硌邪l(fā)井下特殊環(huán)境下的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，如邊緣檢測(cè)技術(shù)、無(wú)線頻率發(fā)射與接收器等新型通信，將有線液控系統(tǒng)直接升級(jí)至無(wú)線控制系統(tǒng)。依靠流體能量的電磁場(chǎng)傳播信號(hào)，建立主井眼對(duì)各分支井眼的無(wú)線控制，應(yīng)用北斗衛(wèi)星傳輸逐步替代GPRS 無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，大幅提升數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用。探索井筒內(nèi)部可安裝的無(wú)線信號(hào)微型處理芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下信息的信號(hào)處理、指令傳輸和流量控制，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)井筒各層段的產(chǎn)能與含水，調(diào)節(jié)流量控制閥的閉合程度，優(yōu)化近井流線分布與驅(qū)油效率。井下智能無(wú)線調(diào)控的關(guān)鍵是考慮井筒內(nèi)部空間與穩(wěn)定運(yùn)行能力的電能產(chǎn)生單元，目前，可供探討的無(wú)線供電方式有高性能電池、渦輪發(fā)電機(jī)、超聲納米發(fā)電機(jī)等[103]，其中，渦輪發(fā)電機(jī)研發(fā)進(jìn)度較為迅速。智能井優(yōu)化控制反饋至數(shù)字閉環(huán)系統(tǒng)平臺(tái)，構(gòu)建“智能井近井優(yōu)化與智能油田注采優(yōu)化”的嵌套耦合系統(tǒng)，推動(dòng)海上油氣生產(chǎn)系統(tǒng)的整體升級(jí)。

此外，針對(duì)海上油藏特點(diǎn)研發(fā)具有針對(duì)性的智能井工具，明確液控與數(shù)控智能井在油藏應(yīng)用的范圍，提高智能井在不同油藏開發(fā)的適用性。液控型智能井的井下裝備具備較好的耐高溫與耐高壓特性，維持裝備系統(tǒng)在惡劣井況條件下的穩(wěn)定性是首要的，現(xiàn)階段仍然具有技術(shù)持續(xù)升級(jí)的潛力，如南海西部異常溫壓氣藏、渤海海域稠油熱采油藏等；而對(duì)于冷采油藏應(yīng)該充分發(fā)揮智能井普適性的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將智能井增油與特殊井型的水驅(qū)前緣控制相結(jié)合、智能井控水與工藝的極限增產(chǎn)相結(jié)合，通過(guò)規(guī)模化應(yīng)用逐漸觸及技術(shù)可行的經(jīng)濟(jì)門檻，提升數(shù)字化裝備對(duì)合理開發(fā)油藏的解決能力，如渤海水驅(qū)與聚驅(qū)的碎屑巖油藏、南海天然能量較強(qiáng)的礁灰?guī)r油藏、低滲油藏的注伴生氣開發(fā)，以及由于經(jīng)濟(jì)因素限制的低品位油氣藏等。

4 結(jié)論

（1）中國(guó)智能井技術(shù)目前已達(dá)到國(guó)外第一代智能完井水平，未來(lái)會(huì)繼續(xù)圍繞陸相儲(chǔ)層油藏高效開發(fā)模式，在宏觀與微觀相結(jié)合的多智能井協(xié)調(diào)優(yōu)化控制、分布式光纖DTS、DAS 等測(cè)井技術(shù)解釋與診斷、永久式電控壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和多相流量計(jì)采集裝置、流量控制閥與控制管線的失效因素量化、井下特殊工況條件下耗材的耐溫壓等級(jí)提升等方向進(jìn)一步發(fā)展。在吸收國(guó)外智能完井技術(shù)與持續(xù)攻關(guān)的同時(shí)，仍需完善礦場(chǎng)操作規(guī)范及管理標(biāo)準(zhǔn)，促使技術(shù)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)安全緊密結(jié)合，加快關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)性突破推動(dòng)工業(yè)化與規(guī)?；瘧?yīng)用。

（2）國(guó)外智能井技術(shù)已在海上油氣藏開發(fā)有成功的案例，但在中國(guó)海上油田僅限于相對(duì)簡(jiǎn)單的分層注水和水平井分段控水。針對(duì)海上油藏中高含水期二次開發(fā)及經(jīng)濟(jì)界限約束的難動(dòng)儲(chǔ)量的有效動(dòng)用，可基于中國(guó)石油的液控光纖監(jiān)測(cè)型智能完井系統(tǒng)與中海油的液控深水油氣田智能完井系統(tǒng)升級(jí)，充分吸收5G 數(shù)字時(shí)代的新型無(wú)線通訊、人工智能等新興技術(shù)，直接研發(fā)第四代智能井技術(shù)力求彎道超車，論證多分支井水驅(qū)極限增產(chǎn)、富烴伴生氣與多元熱流體等新型智能井開發(fā)技術(shù)的適用性，完善智能井升級(jí)應(yīng)用的油藏開發(fā)技術(shù)儲(chǔ)備。

（3）海上油田智能井技術(shù)應(yīng)用潛力巨大，對(duì)于油田高效開發(fā)具有前瞻性與顛覆性的意義，智能裝備將會(huì)是中國(guó)走出國(guó)門、保障國(guó)家能源安全的工業(yè)重器，符合數(shù)字技術(shù)深化發(fā)展的規(guī)律。建議以多層砂巖油藏智能水驅(qū)為突破口，集群式攻關(guān)智能井與數(shù)字油田的關(guān)鍵技術(shù)，力求關(guān)鍵數(shù)字技術(shù)的系統(tǒng)性突破，持續(xù)降低硬件技術(shù)應(yīng)用的工業(yè)化成本，推動(dòng)智能井技術(shù)向低品位油藏等領(lǐng)域縱向延展，形成符合中國(guó)海洋石油開發(fā)特色的核心裝備序列體系。