中海油田服务股份有限公司油田生产事业部完井中心 天津市 300459
摘要：智能完井是将分层传感器和流量遥控装置直接下放到底层油层，通过远程调节井下流量控制器的开度来控制多个油层或流体。通过井下压力、温度、流量的实时监测，为油藏优化管理提供依据，实现油井生产的实时优化，最终提高油田的采收率和优化产量。特别是在作业成本较高的海底井和深井，对油井进行分层、多层开采等，以进一步提高油井的生产管理水平，延长油井的生产寿命，实现经济效益最大化。通过实时监测，智能完井技术可以提前对储层能量进行干预，最大限度地减少修井次数和成本。
关键词：智能完井；井下流量控制器
引言：
智能完井技术的实质是集井下监测、层间流体控制和智能油藏管理技术于一体的油藏监控技术。智能完井系统一般由井下信息采集与传感系统、井下生产控制系统、井下数据传输系统、地面数据采集分析与反馈控制系统组成。井下控制阀是井下生产控制系统中最简单的执行机构。它可以调节储层不同剖面间的产量，直接控制井下流量。
1智能完井控制系统
智能井作为修井作业的一种替代技术，已发展成为集油藏优化与管理为一体的技术。智能完井实时监测井下生产状况，并将采集的数据反馈给储层。地面控制系统根据油井生产情况，智能调整目标层滑套开度，实现油井稳定生产，使测量更加准确，油井管理更加科学。在油田开发的过程中，若油井全部实施智能完井开采，可以实现对油井的全生命周期管理，为建设智能生产油田奠定基础，也代表着未来数字油田的发展方向。智能完井的目的是延长油井的生产寿命，提高采收率。在油井生产过程中，利用实时监测数据更新油藏模型，形成新的生产方案，积极干预油井生产，使油井生产处于一个重复举升的闭环系统中。
2智能完井控制阀系统机械设计
2.1智能完井生产控制系统整体结构
用牵引器通过升降缆绳将供电及通信装置下放。（1）定位：电源及通讯装置通过检测谐振电流判断是否到达电磁阀控制板预埋处，然后通过通讯电缆反馈到控制台停止升降。（2）电源：电源和通信装置通过非电接触耦合向电磁阀控制面板供电。装置和控制板上应装有由铁氧体磁芯组成的耦合器，以实现电能、磁能和电能的转换。（3）通讯：控制板通电后，控制板供电后将自身的ID信息发送给装置，设备识别出ID信息后，将控制命令发送到控制板。信号传输过程是由耦合器以非接触方式实现的。（4）控制：根据指令信息，控制板对电磁阀施加正向或反向电压，改变电磁阀的通断状态。上述功能完成后，装置向控制台发送信息，继续向井下其他电磁阀移动。
2.2智能完井控制阀结构设计
井下控制阀主要由控制阀体、推拉电磁铁、阀芯、楔块、小球和流道组成。为了保证电磁铁动作时有足够的推力，设计了三组电磁铁驱动阀芯同时直线运动，并在控制阀阀体上钻一组三个小孔，以满足阀芯和电磁铁的安装要求，同时降低了对控制阀体整体结构的损伤，保证了其结构强度。阀芯前端与楔形块配合，楔形块的斜面对电磁推力有放大作用。当电磁铁推出阀芯时，楔形块横向移动，流道开口打开，流体进入机壳；当电磁铁收回阀芯时，楔形块反向移动，小球在弹簧力作用下返回，小球堵塞流道开口，所以液体不能进入套管。
3智能完井控制系统的构建
典型的智能完井系统由操作站、地面控制单元、井下流量控制器和井下测量装置四部分组成。
3.1操作控制站
地面作业控制站主要接收、分析、处理和反馈数据，根据开采方案对井下滑套进行远程控制。主要由计算机、上位机数据接收处理软件、液压系统遥控软件和报表打印机组成。由于物理环境复杂，井深大，技术难点在于数据的准确性、可靠性和实时性。通过对液压控制管路中的液压油压力、管路中的进油量和回油量的数据采集、分析和处理，反馈井下流量控制器的运动，实现对井下流量控制器的精确控制。
3.2地面控制单元
地面控制单元主要接收作业控制站的指令，驱动井下流量控制器。主要困难在于驱动压力的计算。
在长距离液压传动过程中，压力损失主要体现在一路的压力损失上。液压控制管路内径小（3.048mm），管路内壁光滑，进油过程中液压油流量小。可以认为液压控制管路中液压油的流动与层流相似。利用达西公式可以估算出液压油在管道中的压力损失。选择液压油、管道类型和长度时，压力损失只与进油量有关。当管道中的油量增加时，管道的压力损失也相应增加。根据井下流量控制器所需的运动时间和最大进油量，计算出平均进油量，最后计算出地面液压控制系统的最大输出压力。
3.3井下流量控制器
井下流量控制器是直接控制油井生产的工具。其工作原理是通过液压油推动活塞实现不同开度，控制出油量。
3.4井下测量装置
井下测量装置采集井下温度、压力、流量信号，通过1/4in钢管电缆传输至作业控制站，实现对生产层的监测。
4试验井试验
jjsy-1井在钻采试验基井下入９ 5／８″套管和液控智能完井管柱工具。通过原井１３ ３／８″套管９ 5／８″套管９ 5／８″套管和液控智能完井管柱形成的两层环空，模拟了2层储层剖面，通过地面控制系统，利用三根１／４″液压管线实现两个井下流量的开度调节功能。
4.1开泵循环排量验证
根据海试靶井0.8ｍ３／ｍｉｎ开式泵循环排量，进行了模拟计算。泥浆泵效率按0.80计算。通过对循环系统压力损失的计算，理论值与实测值基本一致，验证了井下滑套四级开启动作的准确性。
4.2试验滑套状态验证
根据试验现场要求，井下上下套管全部作业完成后，上套管处于一级打开过渡状态，进行封隔器解封和起下钻。进一步验证了该智能竣工测控系统能够实现滑套开度的精确控制。在陆上试验井进行了两层滑套四级开度调整试验。滑套运行稳定，流动状态动作准确，实现了滑套的精确控制，证明了设备的可靠性和系统的稳定性，达到了预期的目的。
5智能完井技术发展前景
（1）智能完井控制技术可以利用地面控制单元对井下流量控制器进行远程控制，实现四种开度调整动作。不使用修井、钢丝绳等设备和工具，可以解决大斜度井无法使用钢丝绳或电缆进行测试的问题，有效降低后期修井成本，特别是无人平台或需要钢丝绳复杂井的大斜度井和水平井意义重大。（2）智能完井控制技术利用井下测量装置实时采集和分析井下温度、压力和流量数据，指导井下流量控制器的实时调整，有效控制产液剖面，最终提高采收率。（3）智能完井控制技术作为一项自主研发的技术，首次投入地面试验井并成功通过试验，为后续技术现场应用积累了经验，也推动了完井技术向智能化、自动化方向发展。同时，智能完井技术可以进一步提高油井的监控和生产控制能力，通过远程网络实现对油田的远程控制，为数字油田建设和数字智能油藏开发的实现提供支持。
结束语：
井下控制阀系统有严格的尺寸要求，需要在保证结构强度的基础上进行设计。通过实时监测，智能完井技术可以提前对储层能量进行干预，最大限度地减少修井次数和成本。智能完井技术提升了油井的监测和生产控制能力，是一个不断优化升级的系统。智能完井系统也为油田生产自动化和智能油田和数字油田的实现奠定了基础。
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