现代控制理论在闭环油藏管理中的应用

20 世纪90年代兴起和迅速发展的智能井技术,可以实现对井下工况近乎连续的监测与控制,这一硬件条件极大地推动了被动、消极的传统油藏管理向主动、积极的现代油藏管理的转变。在参考大量文献的基础上,首先介绍经典控制理论在石油开发过程中的应用,分析智能井的永久式井下监测设备以及井下流入控制阀在控制过程中分别作为检测变送单元和执行单元的特点和优势。闭环油藏管理理念是在智能井技术的基础上提出的,是现代控制理论应用于上游石油工业的载体。它将现代油藏管理考虑成基于模型的闭环控制过程,其核心主要包括模型降维、基于数据同化的模型更新以及基于油藏模型的优化控制３ 部分。针对油藏注水采油过程,从油藏模型、优化目标和研究现状３ 方面对优化控制理论的相关应用进行了详细探讨。对现代控制理论在闭环油藏管理中的应用进行了展望。     

智能井油藏开采合理产量初探

智能井技术是一种能在多层段和多分支油井中,从地面监测、分析、控制、管理油井状况和生产情况的完井技术,是管理油藏、提高采收率的世界前沿技术。智能井技术的一项重要内容是确定油藏的合理开采量。本文从油藏开发过程中常见的油水矛盾入手,研究现有的合理产量确定原则和确定方法,并将其与智能井技术相结合,探讨应用于智能井技术的油藏开采合理产量优化方案。     

用于模拟多产层智能井的动态优化技术

利用智能井技术可对一口给定井进行远程控制、监测以及管理其多个产层。该技术具有重要的应用价值 :它可以对多个产层分层控制 ,减少井的总数 ,减少代价高昂的油井维修费用 ,促进产层长期稳产。常规的油藏模拟工具不适用于装有井下流量控制设备井的模拟 ,尤其在时域上很难自动优化智能井 (流量 )控制阀的配置 ,而且很难使一些目标函数 (如降低的产量和采出的碳氢化合物储量 )最优化。回顾了对于一个利用智能技术开发的油藏的模拟过程和结果 ,该油藏是一个带有强水驱的多层碎屑岩储集层。介绍了用一种与最优化技术相结合的模拟器来模拟具有两个和多个井下层间控制阀智能井的模拟过程。所提到的最优化技术被用来模拟智能井开发的多层混合油藏的生产 ,产量预测使利用多点层间控制阀开发方法相对于常规开发方法的优越性得以量化。对典型油藏的研究表明 ,同常规完井方式相比 ,智能井技术能提高产量并维持长期稳产。     

智能井控制的优化

结合使用新的优化软件和商业油藏模拟软件，分别对采用和不采用智能油井控制装置完井的油藏产量进行了预测和优化。井下流量控制装置给非常规油井的生产带来了灵活性。利用它们可以单独控制多分支井的各个分支，从而实现石油产量最大化或对不需要的水或气产量最小化。文中通过案例介绍了一种智能井(即安装有井下传感器和流量控制器的油井)运行的优化方法。该方法需要把共轭梯度优化技术与包含一个详细的多井段油井模型的商业模拟软件结合使用。该综合优化技术用于解决涉及不同类型油井和地质模型，以及多次地质统计模拟结果(geostatistical realization)的问题。多个案例均说明，采用流量控制装置能够改善油井的预测生产动态，其中一个改善的程度高达65％。     

提高油藏最终采收率的极大储层接触技术

随着全球油气资源供需矛盾的日益突出和常规油气资源的不断减少,通过复杂结构井降低成本提高油气采收率已成为石油工业的必然趋势。极大储层接触技术是在最大储层接触技术基础上发展起来的一种能提高油藏采收率的新技术,它比最大储层接触技术更加智能,难度也更大。为此,在国内外相关文献调研的基础上,从油藏地质和工程相结合的角度将现有最大储层接触技术与新型智能完井技术相结合,提出了极大储层接触技术的关键技术。主要为:油藏精细描述与剩余油分布预测技术、布井方案优化技术、井眼轨迹优化设计与控制技术、储层保护技术、膨胀管与先进封隔器技术、ERC智能完井技术等。还建议国内研究者在理论、技术、装备、工具等方面尽早准备。     

试井分析理论和应用的发展

从试井测试技术与方法、试井理论模型、试井理论模型求解技术、试井资料的分析解释方法以及试井分析成果的应用5个方面概述了试井分析理论和应用的发展状况.对试井分析模型和分析方法进行了归类,给出了弱非均质油藏、规律性非均质油藏和任意非均质油藏的概念范畴,指出了试井技术的发展趋势和方向.     

基于最优控制理论的智能井动态优化技术

为了最大化油藏价值,以油藏开发周期的净现值最大化为优化目标,建立了智能井生产优化最优控制问题的数学模型;应用最优控制理论中的伴随法计算优化算法所需的梯度值,并结合序列二次规划法,获得最优的生产方案。研究结果表明,与无控制的生产方案相比,优化后的生产方案可使累积产油量增加22.2%,累积产水量下降33.6%,净现值增加了33.2%。     

智能完井新技术

介绍了当今世界上一项新的石油技术成果———智能完井。它作为一项新型的完井技术,对石油开采提供了一种更智能化、更灵活的管理,因此正受到人们越来越多的关注。有些国外专家曾指出,本世纪的石油工业将广泛应用智能技术进行井下管理和维护。智能完井在井下引入永久监测控制系统,它不仅能够实现多层同采,也能单独开采其中的某一层,具有采集、传输及分析井眼生产数据、油藏数据和全井生产链数据能力,以远程控制方式改善对油藏动态和生产动态的监控。目前,智能完井技术在国外已经应用到水平井、大位移井、分枝井、边远井和水下采油树井及多层采油井和注水井。     

油藏数值模拟技术在试井分析中的应用

本文从渗流模型及数值求解方法两方面概述了油藏数值模拟技术现状,针对油藏数值模拟在软件技术上的成熟性,提出了油藏数值模拟技术应用于试井分析,建立数值试井方法和理论这一新方向,并提出了数值试井技术在地质、采油及油藏工程方向上的具体应用。     

智能钻完井技术研究进展与前景展望

智能钻完井技术是钻完井工程与人工智能、大数据、云计算等先进技术的有机融合,可实现油气钻完井过程的精细表征、决策优化和闭环调控,有望大幅提升钻完井效率、储层钻遇率和油气采收率,是油气领域的研究前沿和热点。从工程实际出发构建了油气钻完井人工智能应用场景,根据钻完井工程与人工智能技术的融合深度划分了智能钻完井技术的发展层次;分析了国内外智能钻完井理论与技术的研究现状,结合人工智能技术和钻完井工程的发展趋势提出了中长期发展规划,并凝练了智能钻完井技术研究面临的难题和重点攻关方向,以期为推进我国智能钻完井技术的基础理论研究和推广应用提供参考。     

水平井裸眼选择性分段压裂完井技术及工具

为了最大限度地提高苏里格气田低压、低渗透气藏的产量,开展了低渗透气藏水平井裸眼选择性分段压裂工艺技术的研究与应用,由于完井方式的不同、井身轨迹弯曲和井眼尺寸等因素的限制,使得裸眼水平井与直井以及套管固井水平井的选择性压裂完井管串有很大区别。据此介绍了利用油管作为完井和压裂管串一趟下入裸眼水平段中,不需要下套管固井、射孔等作业,实现裸眼水平段选择性分段压裂工艺技术,并详细介绍了这种技术的管串结构、工艺原理、技术特点、配套工具以及现场的应用情况。研究与现场应用表明,采用这种技术与其他低渗透气藏压裂增产技术相比,开发效果更好,投入成本更低,经济效益显著。     

准噶尔盆地陆梁油田薄油层水平井钻井技术

对准噶尔盆地陆梁油田多口薄油层水平井实施技术难点、地质导向技术、井眼轨迹控制技术进行了分析和阐述,并以LUHW1532井为例,介绍了薄油层水平井钻井技术应用情况和效果.现场试验结果表明,采用薄油层水平井钻井技术大幅度提高了油层钻遇率,明显增加了单井产量,实现了复杂油气藏的高效益开发,展示了该项技术具有十分广阔的应用前景...     

水平井、分支井采油工艺现状分析与展望

介绍了国内外水平井应用概况,水平井技术主要应用在以下几种油(气)藏:薄层油藏、天然裂缝油藏、存在气锥和水锥问题的油藏、存在底水锥进的气藏。另外,水平井在开采重油、水驱以及其他提高采收率措施中也正在发挥越来越重要的作用。分析了水平井、复杂结构井采油工艺现状,包括人工举升方式、增产增注措施、防砂和控砂技术、找水与堵水技术等,并对未来水平井、复杂结构井采油工艺急需研究的问题进行了展望。     

水平分支井钻井及完井技术

QHD32-6油田于2001年10月投入生产,该油田属河流相沉积,储层分布非常复杂。为了最大程度地动用油田石油地质储量,提高经济效益,在油田现有开发井的基础上,结合油田生产现状,决定在原有的丛式井平台上补钻水平分支井QHD32-6-D27ma井。文中介绍了QHD32-6-D27ma井的钻井及完井技术难点及应对措施,包括井眼防碰技术、领眼钻井技术、地质导向钻井技术、分支井眼侧钻技术、大斜度井段固井质量检测技术、克服摩阻技术、油层保护技术和裸眼内下入筛管的完井技术。另外,还对所用的Schlumberger公司的PowerDrive旋转导向工具做了介绍。     

射频识别技术在钻完井中的应用与发展趋势

为了解射频识别技术在非常规油气藏钻完井中的应用水平以及未来的发展趋势,促进射频识别技术在我国钻完井领域的应用与发展,调研了射频识别技术在钻完井领域的应用现状。为解决深井、超深井勘探开发技术难题,提高作业效率,避免各种复杂事故,降低施工成本,减少人为操作,确保人身安全,国外公司先后应用射频识别技术研发了多种射频识别完井、修井工具。文中介绍了国外射频识别技术应用于射孔枪、循环接头、随钻扩眼器、压裂滑套、层间封隔工具、封隔器等钻完井工具的情况,展望了射频识别技术的发展趋势,并对该技术未来在钻完井中的应用与发展提出了一些建议。     

大位移井完井及采油工艺技术

本文介绍了大位移井的定义、完井技术及采油工艺技术.大位移井眼剖面的优化设计及悬链线的概念,在大位移井的固井完井施工中,由于大位移井延伸井段长,采用了套管漂浮接箍和套管漂浮技术.大位移井中的电潜泵机组应用于接近水平的井段中,井眼净化工作尤为重要,同时简要介绍了几种不同的油层打开方式.     

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长庆气田储层非均质性强，气层薄而多，单层产能较低，开采难度大，降低成本是气田经济有效开发的必由之路。文章介绍了长庆气田气井多层分压合采工艺技术，提出了探井、开发评价井及开发井的分压合采工艺。现场应用表明：气井分压合采工艺技术对于开发长庆多层系气藏，提高气田整体开发水平和经济效益具有重要的作用。     

选择性完井技术在任平6井的应用

任平6井是华北油田一口重点潜山水平井,钻探过程中突遇严重出水层,强行钻至设计井深后,多段产层有油气显示,需要实现分层段选择性封隔、开采、封堵和作业,介绍了选择性完井技术原理,研制了悬挂系统、选择性完井工具系统、封隔器胀封系统等配套工具,阐述了任平6井五级六段式选择性完井施工过程和应用效果.该完井技术的成功应用首次在国内实现了五级六段分层封隔和开采的水平井完井方式,解决了该井由于出水严重和产层需要分段封堵、开采而导致的完井难题,取得了较好的完井效果,为复杂油气藏分层段选择性高效开采和作业奠定了技术基础.     

胜利油田特殊结构井开发技术新进展

通过技术探索、研究试验、推广应用和新技术攻关,胜利油田发展形成了底水油藏、屋脊断块油藏、稠油油藏、地层不整合油藏及整装油藏特殊结构井地质油藏工程设计技术、钻井完井采油配套技术,形成了水平井、大位移水平井、分支水平井、鱼骨状分支水平井、老井侧钻水平井、老井侧钻定向井等井型.已在各类油藏181个开发单元完钻各类水平井586口,284个开发单元完钻老井侧钻定向井742口,年产油量分别达到119×104t和79×104t,累计产油已分别达到825×104t和409×104t.特殊结构井开发技术已成为胜利油田新、老区增产稳产的主导技术之一,近年来在薄层油藏、特高含水期厚层正韵律油藏、潜山特稠油油藏、特超稠油油藏、复杂断块油藏特殊结构井油藏描述、油藏工程优化设计、钻井工艺、完井工艺、采油工艺等方面取得了新进展,现场应用取得良好效果.图10参35