別香平

（中國石化江漢油田分公司采油工藝研究院，湖北 武漢430035）

1 智能分層開采技術(shù)背景

智能完井系統(tǒng)（Intellingent Completion System）從1997年投入應(yīng)用以來，在國外得到了迅猛的發(fā)展，取得了令人矚目的成績。2007年，中石化江漢油田分公司自主研究完成的井下智能分層開采與測控技術(shù)（下文簡稱為智能分采技術(shù)）開始應(yīng)用于國內(nèi)油田。智能分采技術(shù)具備了智能完井系統(tǒng)的主要特征，如井下參數(shù)長期監(jiān)測、井下流動狀態(tài)遠程控制等，因此，可以說該技術(shù)開創(chuàng)了我國準智能完井技術(shù)的先河。

智能分采技術(shù)在管柱結(jié)構(gòu)上由智能開關(guān)器、懸掛封隔器、隔離封隔器及其他配套工具組成（見圖1）。該完井管串通過自動時序及遠程控制智能開關(guān)器狀態(tài)可一趟實現(xiàn)找水、堵水、分層開采及測試等功能，適用于邊底水油藏堵水及層間非均質(zhì)嚴重的油藏挖潛。智能分采技術(shù)與國外智能完井系統(tǒng)均以優(yōu)化油藏開發(fā)方案、提高油藏開發(fā)效果和采收率為最終目標的；不同的是，智能分采技術(shù)憑借價格優(yōu)勢能在國內(nèi)大多數(shù)低品位油田獲得較好的投入產(chǎn)出比。

圖1 智能分采管柱結(jié)構(gòu)示意圖

2 智能分采技術(shù)在塔河油田應(yīng)用前景及適應(yīng)性分析

2.1 塔河油田碎屑巖油藏概述

中石化西北分公司塔河油田與中石油塔里木油田類似，同屬塔克拉瑪干大沙漠塔里木盆地，具有埋藏深、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、井控風險較大的特點。1997年發(fā)現(xiàn)塔河油田，隨后開始應(yīng)用水平井技術(shù)開發(fā)碎屑巖油藏。截至2012年8月底，共有碎屑巖水平井259口。其中，含水＞80% 的水平井107口，其平均單井日產(chǎn)油僅2.3t。碎屑巖水平井底水嚴重突進造成含水急劇上升，這為智能分采技術(shù)在該區(qū)域的應(yīng)用提供了現(xiàn)實需求。

2.2 技術(shù)應(yīng)用初期面臨的挑戰(zhàn)與對策

2.2.1 適用基礎(chǔ)

多年來，一直在中東部油田應(yīng)用智能分采技術(shù)，而在西部油田特別是塔河和塔里木油田從未涉及，其根本原因是受到井深和完井方式的限制。

1）井溫適應(yīng)性。超深水平井除了對工藝管柱起下安全性要求嚴格外，最大的考驗來自智能開關(guān)器125℃ 的耐溫指標。數(shù)據(jù)顯示，塔里木盆地已投產(chǎn)水平井平均測量井深5 174m、平均垂深4 697m。其中，塔河油田4 576m，塔中油田3 887m。以平均地溫梯度23℃／km計算，智能開關(guān)器最大可下入的垂深為5 435 m。由此可見，隨著對塔里木盆地油藏埋深和地溫梯度的進一步排查，智能開關(guān)器的井溫適應(yīng)性相對早期的判斷明顯樂觀，特別是平均地層溫度在110℃左右的塔河油田。

2）完井方式適應(yīng)性。為提高階段效益，塔里木油田在2005年以前多選擇裸眼、割縫襯管等成本較低的方式進行水平井完井。隨著開發(fā)的深入和穩(wěn)油控水難度的加大，在區(qū)塊綜合治理、精細化管理的要求下，新投產(chǎn)水平井中套管分段射孔完井方式所占比例越來越大。以塔河油田碎屑巖水平井為例，從2005年開始水平井全面采用射孔完井。目前，套管射孔完井比例已經(jīng)占69.5% （見表1）。

表1 塔河油田碎屑巖水平井完井方式構(gòu)成

綜上所述，塔里木油田現(xiàn)有完井方式已經(jīng)適合開展智能分采措施。

2.2.2 工藝要求及解決思路

1）完井管柱的下入。智能分層開采工藝在超深水平井中應(yīng)用尚屬首次。因此，首先必須確保工藝管串的順利下入。①充分的井筒預(yù)處理。井筒預(yù)處理是管串下入的先決條件，其主要目的是處理掉套管壁周邊的結(jié)垢、毛刺及其輕微變形。常用的預(yù)處理工序包括通井、刮管、磨銑、沖砂洗井以及試下模擬管柱等。②合理的工具選型。實施智能分采工藝時，必須結(jié)合措施井井眼軌跡確定工藝管串所有下井工具的外徑尺寸，確定每套工具最大外徑和長度。TK946H井生產(chǎn)套管主要有95／8"、7"（內(nèi)徑157mm）及51／2"（內(nèi)徑118.6mm）三種套管規(guī)格（見圖2）。

“宇宇才9個月大，那天他要喝水，我也疏忽大意了，倒完開水隨手就將熱水瓶放在腳邊，宇宇就這樣撲上了熱水瓶，結(jié)果他的整個大腿全燙傷了。已經(jīng)住院半個月了，還需要繼續(xù)治療，估計還需要一個星期?！?/p>

圖2 TK946H井智能分采技術(shù)管柱示意圖

TK946H 井最大狗腿度 15.99°／30m，位于 51／2"套管內(nèi)4 686m處，井斜88.18°。經(jīng)計算，外徑110mm工具的最大允許下入長度為2.72m。通過管柱強度校核軟件計算，完井管柱與送入管柱能夠安全下至井內(nèi)設(shè)計位置。例如，TK946H井優(yōu)選過的下井工具清單（見表2）。

表2 TK946H井下井主要工具清單

2）封隔器的密封。井下封隔器對層段的有效封隔是智能分采工藝成功的基礎(chǔ)。表2中列出的7"MCHR封隔器和51／2"Y341封隔器均是現(xiàn)場應(yīng)用廣泛且技術(shù)成熟的產(chǎn)品，坐封后分別可承壓52MPa和35MPa；封堵射孔炮眼的2#Y341封隔器，因無現(xiàn)場應(yīng)用實例，需用TK946H井的試用效果來驗證。

3）管串的錨定及起出性。在措施有效期內(nèi)能雙向錨定管串以及措施完成后能順利起出管串是智能分采技術(shù)能否成功的兩個重要方面，方案設(shè)計時必須加以考慮。①良好的封隔器錨定及解封性能。作為丟手式工藝管串，7"MCHR封隔器能實現(xiàn)雙向錨定，坐封時既受到卡瓦向下的保護，又能通過自身水力錨克服下部液體的上頂力作用。另外，7"MCHR封隔器在塔河油田的應(yīng)用較為普遍，其在直井段坐封、解封穩(wěn)定可靠。在水平段內(nèi)51／2"Y341封隔器的解封力為5t，膠筒在上提管串時摩擦力僅為2t，如沒有特殊問題時上提管柱也能順利解封。②建立油套連接通道。工藝管串起出前，在密封打撈筒與丟手管柱對接后，油管打壓到40MPa，可打開壓差滑套，使油套連通，避免抽吸效應(yīng)以及井筒液柱重量作用在管串上，從而大幅度減少管柱起出載荷。

4）井控。在下入和起出工藝管串時，隨時保證井筒處于受控制狀態(tài)是修井作業(yè)的基本要求。本工藝管串中三支智能開關(guān)器以全開狀態(tài)入井，留有壓井液反循環(huán)通道，確保了井控要求。

2.2.3 設(shè)計計算細化

1）精算壓強門檻值。智能開關(guān)器的遠程控制是基于壓力脈沖信號來實現(xiàn)的，當井口壓強高于滿井筒靜液柱壓強2MPa時（即達到壓力門檻值），智能開關(guān)器信號響應(yīng)被激活。在措施井正常生產(chǎn)過程中，為避免無謂耗電和干擾信號，技術(shù)人員并不希望激活開關(guān)器，因此壓強門檻值需要設(shè)置的較高，但過高的設(shè)置值要求用調(diào)層施工泵壓彌補井底實際壓力與門檻值的壓強差，因此準確計算出合理的壓強門檻值對于工藝的成敗也同樣重要。

式中:p－靜液柱壓強，Pa；ρ－液體密度，kg／m3；g－重力加速度，N／kg，g≈9.8N／kg；h－液柱高度，m。

以TK946H井為例，該井三支智能開關(guān)器同處水平段，垂深平均h≈4 596m，以經(jīng)驗值方法算出開關(guān)器所處位置的靜液柱壓強p1＝45.96MPa。經(jīng)現(xiàn)場取樣測量，ρ＝1.155×103kg／m3，g≈9.8N／kg，由公式1算出p2＝52.02MPa，兩者相差6MPa。若以經(jīng)驗取值設(shè)置壓強門檻，同時該井動液面較高的話，則井下3支開關(guān)器在生產(chǎn)過程中長期處于激活狀態(tài)的風險極大。

2）細算調(diào)層泵壓值。調(diào)層時所需要施加的理論激活泵壓值為2MPa，考慮到井筒摩阻、壓力傳感器系統(tǒng)誤差和溫漂，經(jīng)驗保險值為5MPa，但是隨著智能分層開采技術(shù)在TK946井的應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)該保險值并不保險。

已知壓強門檻值 p3＝ p2＋5＝57.02MPa，TK946H 井原油密度ρ＝9.15×102kg／m3，以液面在井口的極端情況計算井下智能開關(guān)器位置靜液柱壓強p4＝41.21MPa，則井口需要施加的極限泵壓值p5＝p3－p4＝15.81MPa。

因此，在以塔里木盆地為代表的西部大多數(shù)油田，不推薦使用各種經(jīng)驗值，而應(yīng)該充分考慮每口井的具體情況（包括原油、油田水、措施液、混合液密度及靜液面深度等）來確定調(diào)層泵壓值。

3 結(jié)論

1）隨著油田開發(fā)的深入，以塔河、塔里木等油田為代表的西部新興油田同樣面臨著層段識別、穩(wěn)油控水的難題，為智能分采技術(shù)在該區(qū)塊的二次完井中發(fā)揮科技優(yōu)勢提供了廣闊的空間。

2）智能分采技術(shù)雖已具備在西部油田大規(guī)模推廣應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)，但仍有部分細節(jié)工作有待開展，如根據(jù)具體措施井設(shè)計并完善全套井下工具、優(yōu)化施工方案及設(shè)計計算等。如能在未來幾年增強研發(fā)力量，形成相關(guān)技術(shù)在超深水平井中應(yīng)用的豐富經(jīng)驗和技術(shù)沉淀，江漢油田將非常有希望占據(jù)該領(lǐng)域制高點，建立又一項具有核心競爭力的優(yōu)勢技術(shù)。

［1］JackAngel，王金旗.智能井系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢［J］.國外油田工程，2004，20（02）:23－25.

［2］張海波，何天文，謝啟安.采油方式對油井含水的影響及降低含水的方法［J］.青海石油，2008，26（02）:26－29.