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　　智能油田和智能钻采技术的应用与发展第27卷第3期2005年6月石油钻采工艺OILDRILLING&PR0DUCT10NTECHNOLOGYV0l_27No.3June2005文章编号:1000—7393(2005)03—0001—04智能油田和智能钻采技术的应用与发展石崇东李琪张绍槐(西安石油大学,陕西西安710065)摘要智能油田是21世纪的发展方向之一,是利用内嵌导线的智能油井管建设一套连接地面与井下的闭环信息系统,可伴随作业过程实时指导各项技术的应用和勘探开发方案的执行与管理.指出了智能油田和智能油井的目标和总体结构.利用基于Web的面向多智能体的应用软件平台,应用虚拟现实技术和协同决策的方法为不同地域的多方专家创建一个具有临场感的远程协同决策环境.智能油田和油井不仅能连接作业现场与油田基地的信息,尤其能连接地面与井下的信息,地面与井下的连接是关键技术.国外现场应用表明,智能油田及智能钻采技术具有良好的技术效益和社会效益关键词智能油田钻采信息网络虚拟协同决策中图分类号:TE242;TE319文献标识码:A21世纪早期,世界石油工业开发已步人中年时期,国内多数油气田已处于开发中后期,勘探开发的目标已面向复杂地区,滩海及深海等难采难动用储量.因此,国内外在21世纪都面临着地下油气资源开发经济价值最优化和最大化的问题.在钻井方面,由于现在使用的钻井液脉冲信息传输能力非常有限,能获得的随钻信息量太少,也不能实时反映随钻井底参数和井眼参数的真实程度….井下信息既少又不能及时被掌握和应用.在钻水平井,多分支井等复杂结构井时,井下安全和井身轨迹,导向,钻井参数优化之间的矛盾尤为明显,漏,喷,塌,卡,钻柱振动等情况都不能及时准确的判断并相应调整,无法实现最优化钻井.在采油方面,尤其西部地区井与井之间相距较远,依靠人力和交通工具实行非自动化采集,统计,传输,费时费力.地面测量结果一般不能满足精细描述油藏特性的要求,采用生产测井和试井等技术采集井下信息,仍不能及时预测异常情况.1智能油田的国内外发展现状近几年,国际上智能油田的建设发展很快.智能油田具有一套高质量,高水平,高效率的油藏管理与信息管理的方法,能够决策与指导最优技术的应用和最合理开发方案的实施.20世纪90年代后期,BakerHughes,Schlumberger和Roxar等几家公司都进行了测量和控制井下相结合及元件一体化集成的智能完井技术开发.贝克石油工具公司(BakerOilTools)于1995年开始研制无需修理干预的流量控制技术.该公司1999年研制的第1台液压智能井系统In—Force投入商业应用.2000年下半年全电子智能井系统In—Charge投入商业应用J.ABB公司智能井的具体系统是一个综合的油藏可视系统,在油藏中安装了一个具有永久的地震传感器,具有先进的井下监测和油藏控制系统,该系统采用传感器结合井下流量控制阀和控制系统组成,目前正在试验中J.21世纪初,壳牌石油公司的70口智能井仅一年多就为公司创造了约200万美元的额外净产值.壳牌公司目前已经拥有建设智能化油田的关键技术.壳牌公司认为智能油田可以实现的近期目标是J:(1)油田开发方案设计时间降低75%;(2)现有油田和新油田的产量可提高10%;(3)新油田的采收率至少可提高5%.目前,国内还没有智能油田,也没有真正意义上的智能钻采技术和智能油井.基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(编号50234030)部分研究成果.作者简介:石崇东,1978年生.2002年7月毕业于西安石油学院机械工程系机械设计及制造专业,现为油气井工程专业硕士研究生.电话:***—******27(88382608),E—mail:shicd-o@126con.2石油钻采工艺2005年6月(第27卷)第3期2智能油田和智能钻采技术2.1基本概念智能油田和智能钻采技术是一套联接地面与井下的闭环信息采集,双向传输和处理应用系统,能够伴随作业过程实时地指导勘探开发方案的执行和相关技术的应用,覆盖所有主要的价值循环过程,整个过程主要由数据采集,模拟,解释和决策组成.2.2总体结构由于计算机技术的不断发展以及应用软件的推广,信息的集成程度增加了,从单个过程,单个领域延伸到了勘探开发的整个过程.智能井不仅包括实时监测与控制部分,而且还包括大规模数据的快速与准确的传输,储存,处理,解释和决策功能,这样才能将监测结果转变为实时有效的行动.面对日益竞争激烈的市场,充分利用现有的因特网技术,在企业内部建立起内联网,在企业外部联接企业,市场,合作伙伴,供应商,客户等建立起外联网.其中内联网与现场总线技术的进展有关.现场总线是综合运用微处理器技术,网络技术,通信技术和自动控制技术的产物.将微处理器置人传统的测量控制仪表中,使其具有数字计算和数字通信能力,成为能独立承担某些控制,通信任务的网络节点.这样,现场总线使自控系统与设备加入到信息网络的行列,成为企业信息网的底层,改变了原有控制系统的结构产生“控制网”,也称底层网.石油企业将勘探,地质,油藏,钻井,采油等单学科实时采集到的数据综合集成发布在网上,可建成一套能在因特网上和油田企业内联网上的多方协同工作与实时指导的信息共享,综合集成的智能应用系统,见图1.企业外联网远程应用数据银行控制网企,Ik内联I叫羔询望.—__/H勘探应用l应用lH圭兰堕旦l平台I甄司—匕一电子商务l图1智能油田勘探开发总体结构2.3技术基础利用计算机科学的最新技术来解决复杂的油气传统勘探开发问题,所涉及到的核心基础技术有4个.(1)计算机支持的协同工作方法.是用于网上群体决策的主要支撑环境;是--I’]由计算机技术,通  信工程,系统工程以及一tt,理学和社会学等多个学科  综合而成的新的交叉领域.  (2)数据仓库技术.是企业中,高层管理人员  和工程技术人员决策支持系统的重要组成部分.数  据仓库是面向主题的,集成的,稳定的和随时间变化  的数据集合,主要用于制定决策.  (3)建立适用于网络上的油气钻采工程典型作  业模型和软件系统.以往只针对单个作业模型中的  具体问题,相互独立,油田勘探开发的多个作业工程  模型难以相互沟通和连接.从油田全局出发,建立  面向多个作业工程的智能体,集成各类模型与软件,  使资源得到共享.  (4)利用虚拟技术构成一个信息处理的虚拟现  实环境.虚拟现实是当代信息技术的高度发展的多  种技术(人工智能,计算机图形学,人机接口技术,  多媒体技术,传感技术等)综合集成的产物,是一种  高度逼真的模拟现实世界中视,听,动等行为的人机  界面技术.是利用计算机生成的一种由多维信息所  构成看似线 技术目标  从油气勘探开发的全局出发,利用基于互联网  模型的面向智能体的应用软件平台,建立抽象化协  同决策系统,由专用化和功能化对象组成的共享工  作空间,用户接口,耦合模型以及感知模型.从而能  够建成一套可在网络分布式计算环境下实施的综合  集成的智能系统J.能够自动将井场资料传输最  高标准语言转换成相关的基本数据格式,并且实时  将其写入项目数据库.运用虚拟现实技术对作业过  程中采集的实时信息构成一个信息处理虚拟现实环  境.实现全等式钻采分析,解释,并通过网络通信技  术,计算机支持,协同工作技术,分布计算技术等,为  时空上分散而工作上相互关联的多个专家和工程技  术人员提供一个高度可视化的协同决策虚拟现实环  境,使其能够实时针对作业过程中的具体问题同步  进行协同决策与控制.  油田勘探开发作业管理包括4 个层次的集成  (综合一体化).  (1)数据集成.解决不兼容,不同格式与数据  结构问题,实现为技术人员提供通用的实时信息.   石崇东等:智能油田和智能钻采技术的应用与发展3  (2)专业集成.在项目组内的专业集成,以多  学科团组重组工作流程.为此需要4 个方面技术支  持;能实时访问数据;跨学科易于共享数据的集成应  用软件;高度交互的计算环境;三维模拟与可视化技  术等深化项目组的工作过程和成果.  (3)部门集成.不同项目组之间的工作集成,  如油藏描述小组与钻井采油等小组及地面工程建设  装备小组的工作一体化,以缩短油田开发周期.  (4)全企业范围内的集成.顶层人员能够交互  使用公司积累的知识资产,以便作出正确的决策.  3 智能钻采信息流程  石油的勘探开发信息主要涉及到地面和地下2  个领域.而采用智能技术可将2 个领域的工作有机  结合起来.由于钻井液脉冲随钻传输方法存在的局  限性和滞后性,难以建立地面与井下实时,有效,双  向,闭环信息高速公路.为此,研制开发了新一代智  能管柱传输系统J.在钻杆本体及其接头内壁埋  置裹有绝缘层的铜导线或在油管外壁卡装光纤.能  以10～10bps 的传输速率实时双向传输40 个左  右的分类参数,同时通过智能管柱向井下输送电力.  智能管柱系统在井下采用分布式传感器短节,将微  处理器分别安装在传感器内部,然后通过耦合元件  将微处理器信号耦合到电力线上,再传输到地面传  感器.该系统先进的办法是采用直流电传输,如井  下硬件需用交流电,可在井下硬件上增设逆变器  DC/AC.为随钻导向,实时优化和动态诊断提供技  术支持,运用了井下电子软硬件最新技术,从而使现  代钻采技术智能化.随着信息,微电子,通讯以及可  借鉴的航天,水下机器人等技术的迅速发展,钻采  自动控制技术可使用智能传感器采集静,动态信息,  发挥智能计算机的功能来运用信息,再利用双向通  讯传输技术来传输和反馈信息,形成闭环双向信息  流,以达到闭环自动控制韵目的,见图2.  在采油时,在井下安装永久性传感器及必要的  硬件和软件,能够通过智能油管提供作业数据,降低  或消除为采集数据而发生的成本;能直接向油藏和  完井专家提供压力,单点与连续分布的温度,流量,  流相和井下泵工作状态等方面的数据.利用这  些数据可以更准确地诊断生产问题,预测未来生产  动态,使资产评估组随时了解情况,增强及时决策能  力,不断改进设计方案,以提高油井的采收率.油藏  作业与维护均采用遥控作业,实现智能采油,见图3.  厂  图2 智能钻井信息流程  地面部分井下部分传输系统…  ,  堑  蕊:1  数据采集li  型::  ,  II  ji  图3 智能采油信息流程  4 钻采智能化的优点  (1)智能勘探开发将从根本上改变以往的油田  管理以及勘探开发模式.首先,运用信息化,对油田  和油井集成化管理.在油田勘探开发的各个阶段都  有相应的数据,模型和措施,借助这些数据资料的解  释分析可以为油藏的成功开采,降低不确定因素和  风险,综合得出油藏的模拟模型——可视化油藏,尽  量真实地反映油藏,油井的特征.  (2)任何地区在勘探开发中遇到的任何一个具米博体育 米博平台米博体育 米博平台