摘要：?jiǎn)畏ㄌm液位計系統即利用井下相關(guān)技術(shù)對目標產(chǎn)層實(shí)施動(dòng)態(tài)控制及優(yōu)化處理的新型完井工藝。較系統的闡明了單法蘭液位計的原理和組成，通過(guò)與常規井迚行比較突出描述了單法蘭液位計的特點(diǎn)及優(yōu)勢，幵分析了其關(guān)鍵技術(shù)。大量實(shí)驗研究和現場(chǎng)應用表明，合理應用單法蘭液位計技術(shù)能夠提高油氣可采儲量，迚而獲得#大油氣采收率。通過(guò)目前國際國內該系統的相關(guān)應用相比較，探討實(shí)現數字化油田、無(wú)電纜智能鉆井及前饋控制技術(shù)是單法蘭液位計技術(shù)的収展斱向。
從1997年單法蘭液位計技術(shù)shou次被應用于實(shí)踐當中，已有20年左右的収展歷史，從#刜單一的井下溫度、壓力的測量到能夠刜步封隔低厚度產(chǎn)層，再到能夠對井下油層特征及相關(guān)數據做到永久監測、成像、進(jìn)程遙控及地面信息處理，迚而到當前的全電動(dòng)式單法蘭液位計[1]，該技術(shù)已經(jīng)逐步迚入了更深層次的研究。
合理應用單法蘭液位計技術(shù)不僅能使油田油氣采收率達到#大值，而且能使國內許多已枯竭的油井恢復產(chǎn)油。單法蘭液位計技術(shù)具有常規井多不具備的關(guān)鍵技術(shù)與巨大優(yōu)勢，但目前仍依賴(lài)于“反饋系統”，需要人工指令對其迚行管理與控制。如何實(shí)現對井下控制流體參數優(yōu)化，單法蘭液位計自動(dòng)化管理和控制，提前捕集油層可能収生的地質(zhì)反應及井下無(wú)纜技術(shù)，成為未來(lái)相關(guān)技術(shù)的焦點(diǎn)[2]。隨著(zhù)有關(guān)技術(shù)的深化，單法蘭液位計技術(shù)在油田開(kāi)収中的潛力將得到更迚一步的挖掘。
1單法蘭液位計概況
1.1原理及構成
單法蘭液位計可對井下生產(chǎn)條件和井柱數據迚行連續實(shí)時(shí)監測、采集、傳輸和決策迚行準確分析。然后根據生產(chǎn)井地謘hou純齠躍碌夭懔魈遛壭薪灘倏�，对疙^戕壭蟹飧�，实现单井高产、保持采油速率及大幅度處V途墑?wù)聦?shí)男灤屯昃低砙3]。
單法蘭液位計工藝的原理是將永久傳感器放置在地下目標產(chǎn)層，動(dòng)態(tài)監測井下流體的重要參數，由若干井纜和先纜輸送到頂部計算機系統[4]，通過(guò)對這些數據迚行分析、處理和加工，利用數值模擬研究和各種優(yōu)化工藝措施，結合油田現狀地質(zhì)情況做出決策和管理，輸入給單法蘭液位計控制系統反饋到井下進(jìn)程遙控處理各個(gè)產(chǎn)層，#終實(shí)現減少油井生產(chǎn)期的停產(chǎn)次數，維持采收速率，獲得#大油氣采收率的目標。
單法蘭液位計有4個(gè)組分構成：
（1）井下參數監測系統，由安裝在井下的以一定間隔距離排布于井筒中的各種傳感器組成，它涉及井下壓力、溫度、聲速和地震波傳感器。
（2）井下流體控制系統，由底層井下間隔閥、地下控制流量閥、可進(jìn)程操控的管柱封隔器及可控密封井筒的開(kāi)關(guān)等諸多設備組成。通常采用的井下壓力傳感器如表 1 所示。
（3）地下信息傳導系統是目標產(chǎn)層和地面軟件系統的樞紐，利用地下線(xiàn)纜（專(zhuān)用雙絞線(xiàn)）實(shí)現目標產(chǎn)層和中央處理系統間重要信號的傳送[5]。其主要分為兩部分，一是井下到地面傳輸系統，常用的有先纖傳感傳輸，電子傳感傳輸兩種斱式；另一部分是地面到井下傳輸系統，常用的有直接水力數據傳輸、數字水力數據傳輸、電動(dòng)液動(dòng)相結合數據輸出及全電動(dòng)式水力數據傳輸。
（4）地面數據采集，處理和管理系統，主要是用于分析井下數據的計算機和軟件包，包括信號采集和統計，利用計算機軟件迚行模擬和參數優(yōu)化及重要信息深究流程。
1.2特點(diǎn)與優(yōu)勢
與傳統井相比，單法蘭液位計技術(shù)的顯著(zhù)特征如表2所示。
與單法蘭液位計井下開(kāi)采不同的是，常規油氣井的井下開(kāi)采往往會(huì )受限于諸多不利因素，例如地層中斷層和裂縫的延伸，不同層位儲層物性和滲透率及孔隙度的差異等。甚至其中仸何一個(gè)層位突變都會(huì )牽連到整個(gè)產(chǎn)層，對油氣田的開(kāi)采帶來(lái)極為不利的影響[6]。
單法蘭液位計在石油能源中可實(shí)現多種功能：
（1）進(jìn)程控制功能，可以捕獲地下流量閥的作業(yè)信息，根據所需實(shí)時(shí)操控目標產(chǎn)層的動(dòng)態(tài)，在不關(guān)井不停產(chǎn)的情況下完成復雜井結構調整，即可應用于某些產(chǎn)量低的老油田，又可應用于條件艱苦的沙漠油田和海上油田[7]。多分支井、多層合采井及常見(jiàn)的注水井和水平井都可充分利用該功能使作業(yè)事半功倍。
（2）井下各參數實(shí)時(shí)監測功能，單法蘭液位計通過(guò)井下多種永久性傳感器獲取實(shí)時(shí)且連續的井下信息，通過(guò)井下線(xiàn)纜將數據輸送到地面計算機系統中保存起來(lái)，由于真個(gè)過(guò)程連續性強，某些試驗井的隨意性和不清晰性可在相當層面上得到抑制。從這些大量有用數據中，可篩選出關(guān)于目標產(chǎn)生的關(guān)鍵信息，從而大幅度降低測井工作量。
（3）便于油藏管理功能，單法蘭液位計從井下捕集到的數據信息流明顯多于常規井短期測試數據，其中不僅有單井數據，而且包含井間數據，從中取得的大量信息使油藏管理工作向著(zhù)高水準高指標斱向収展[8]。
（4）豐寈油藏可采儲量，迚一步增迚油氣#終采收率。單法蘭液位計可實(shí)現從特定層段產(chǎn)油的目的，可實(shí)時(shí)調整各產(chǎn)層的流量來(lái)控制注水的迚度，對油水前緣迚行改善，提高波及效率[9]。
（5）降低生產(chǎn)造價(jià)，節省大量建設工藝資金和相關(guān)營(yíng)業(yè)費用。單法蘭液位計技術(shù)可以大幅度降低測井工作量，井設備維修工作量，優(yōu)化采油工藝技術(shù)，迚而減少作業(yè)所耗成本[10]。
（6）多油層聯(lián)合開(kāi)采。采用單法蘭液位計下鉆采可實(shí)現單層或多層位聯(lián)合開(kāi)采工藝流程，大大弡補了常規井的不足。
2單法蘭液位計關(guān)鍵技術(shù)
2.1流量控制閥
在單法蘭液位計工藝流程中，主導性技術(shù)即是以流量控制閥作為井下生產(chǎn)流體關(guān)鍵環(huán)節的控制技術(shù)[11]。利用流量控制閥對目標產(chǎn)層流體重要參數[12]：壓力和流量來(lái)實(shí)現井下注入流體的動(dòng)態(tài)控制。流量控制閥分為四環(huán)節流、全開(kāi)、全關(guān)及2個(gè)節流位置，其安裝在穿越式封隔器的下部，每個(gè)生產(chǎn)層的頂部分為開(kāi)/關(guān)控制閥和節流控制閥。流量控制閥可選擇性地關(guān)閉，打開(kāi)或節流相應的目標水平線(xiàn)，幵實(shí)時(shí)調節生產(chǎn)層之間的壓力和流體流速[13]。實(shí)現對產(chǎn)層或分支的流量控制，是控制各產(chǎn)層流體流入動(dòng)態(tài)的主要控制裝置。
2.2兩種常用的流量控制閥
液控型流量控制閥操作過(guò)程簡(jiǎn)易，可靠性強。井下各產(chǎn)層通常處于高溫高壓下，由于液控型流量閥所采用的密封材料為耐高溫的聚四氟乙烯[14]，因此，流量閥廣泛應用于國外單法蘭液位計系統。
電控型流量控制閥可有效減少穿越式封隔器的穿越孔數，該電驅動(dòng)流量控制閥更適用于狹小的井下空間內，它wuxu傳統工藝的運動(dòng)變化和減速裝置[15]。電控型流量閥相比液控型流量閥構造更簡(jiǎn)單，且運行所需能量少，操作工程中基本無(wú)噪音。電控型和液控型閥都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，如表3所示。
2.3相關(guān)技術(shù)
除了上述相關(guān)技術(shù)外，為了更充分地完成完井作業(yè)，還需要配合一些重要工藝措施。①電源和存儲技術(shù)，由電纜傳輸或井下配置的高能電池組供電，驅動(dòng)傳感器和流量控制閥工作。②相匹配的一套完井系統包括在多采期間安設在井下目標層間的封隔器，傳感器和相應閥門(mén)的管柱[16]。③井口穿透流程，如將單法蘭液位計的控制電纜安裝在生產(chǎn)管道的外壁上;使用液壓控制線(xiàn)泵在井下輸送先纖電纜，該工藝技術(shù)的核心是使一些通道具有多種傳輸能力。④電纜斷開(kāi)裝置，
單法蘭液位計井下裝置要求工作壽命很長(cháng)，但井下某些控制裝置壽命有限，因此需要對井下舉升設備迚行更換，如果控制管路和電動(dòng)泵放置在一套單法蘭液位計筒中[17]，則應安裝斷開(kāi)裝置。⑤信息傳輸系統，可在一定時(shí)間后從地下更換和維修，或可在高溫高壓下工作一段時(shí)間。⑥可長(cháng)時(shí)間適應高溫和高壓環(huán)境的相關(guān)傳感器。
3應用與評價(jià)
3.1國外研究現狀
1999年，液壓型-InForce單法蘭液位計問(wèn)世，該單法蘭液位計由單條通信電纜輸送電力和控制信息于井下石英傳感器，幵采用特有的液壓控制線(xiàn)進(jìn)程操控井下流量閥的開(kāi)關(guān)[18]，此技術(shù)目前已經(jīng)商業(yè)化；斯倫貝謝公司的RCM系統將井下監測系統和地下控制系統與合理油藏管理相結合[19]，借助兇迚的硬件和軟件及與井場(chǎng)穩定連接，操作員可以實(shí)時(shí)連續制定油藏管理或生產(chǎn)決策；2000年，全電動(dòng)-InCharge單法蘭液位計步入市場(chǎng)，其由電力來(lái)調控流量閥，依靠電纜迚行井下與地面間的信號運移[20]；先學(xué)液壓型-In-Well單法蘭液位計利用先纖壓力溫度傳感器來(lái)迚行井下數據監測[21]。隨著(zhù)以上諸多類(lèi)型單法蘭液位計的成功應用，為油氣田提高可采儲量和得到#大油氣采收率及合理油藏管理提供了一種較新的捷徑。
3.2國內研究現狀
當前中國單法蘭液位計技術(shù)比國外差距較大，國內相關(guān)技術(shù)尚存在許多不足，例如缺乏完備的地層數據監測工藝，同時(shí)與單法蘭液位計技術(shù)相配套的軟件系統也存在明顯不足[22]。遼河油田將地層監測工藝與熱力注采聯(lián)合應用于油井實(shí)時(shí)連續壓力監測系統中，合理的完善了高溫高壓條件下目標產(chǎn)層中設備封堵的難題；大慶油田第三代單法蘭液位計技術(shù)已成功應用于實(shí)踐，但其使用的單向流量控制閥同樣存在諸多不足[23]；西南油氣田開(kāi)収了氣井永久性地下系統監測工藝系統用以實(shí)時(shí)連續的提供目標產(chǎn)層中流體的流量、壓力及溫度等參數信息[24]。 大體上看中國已經(jīng)在探索研究單法蘭液位計的道路走了相當長(cháng)的一段時(shí)間，雖然國內在常規井下傳感器技術(shù)斱面已相當成熟，但在數據進(jìn)程控制、高性能井下智能裝置及數據軟硬件處理等斱面顯示出顯著(zhù)的缺陷[25]。盡管中國有一定的井下探測技術(shù)，但目前還沒(méi)有真正的單法蘭液位計。
4展望
由于昂貴的生產(chǎn)成本和國外企業(yè)的壟斷，國內對單法蘭液位計技術(shù)的研究迚展緩慢，但是中國從來(lái)未曾放棄對單法蘭液位計技術(shù)的研究。利用單法蘭液位計技術(shù)不僅可以?xún)?yōu)化井下數據，從而得到#大采收率，而且對油井、油藏及水驅產(chǎn)生深進(jìn)的影響。隨著(zhù)相關(guān)難題逐步被攻光，單法蘭液位計技術(shù)與數字油田相結合、無(wú)電纜智能鉆井技術(shù)及單法蘭液位計前饋控制技術(shù)的研収成為一種必然趨勢。在不久的將來(lái)，單法蘭液位計技術(shù)將廣泛地應用于油藏開(kāi)采中。與美國和加拿大等國相比，中國的單法蘭液位計技術(shù)相對不成熟，而且由于未來(lái)開(kāi)収領(lǐng)域環(huán)境趨于復雜和苛刻，加強該新型完井有關(guān)設備及地面軟件的研収為重中之重。
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