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智能化油气田建设的技术思路与实施——访中国石油勘探开发研究院鄂尔多斯分院院长贾爱林教授

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智能化 油气田 建设 技术 思路 实施 中国 石油勘探 开发 研究院 鄂尔多斯 分院 院长 贾爱林 教授
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首先是时效性.时效性是指所有生 产动态实时监测,并体现到模型中,为 决策者提供的始终为最新的动态模型 优化、决策与实施都是在第一时间作出 反应,同步进行。根据不同项目的不同 需求与不同阶段,模型数据群分为按 秒 分、时获取的高频实时数据 同时 为了油田综合管理建立全油气田流动模 型,获取的数据也可以按天、月以至整 个油田生命期来计。 其次是一体化协同 智能化油气田 注重的是整个系统的一体化协同运作.在 技术上采用的是实时远程控制 实时数据 共享,实时调整运行与实时决策修正;在 管理上实施的是闭环式管理.价值链环中 各个环节紧密结合.即从勘探 开发、管 理全过程的所有人员就是一个紧密协同的 项目组,而不是分隔式的专业管理。 第三是持续性,智能化油气田3个 重点环节模型建立、决策与实施 实时监 测形成整体价值链环.贯穿油气田开发整 个生命周期,持续进行最优化.以实现产 量、采收率和整体效益的最大化目标。 问:在近期,智能化油气田的发展趋 势是什么? 答:智能化油气田发展经过10余 年历程,始于2000年前后的四维地震 和智能井等单一技术,历经作业优化一 生产优化~油藏优化一提高采收率优化 等过程,目前通过光缆技术和纳米技术 的应用 更加注重项目的协同运作,实 现闭环式油气藏管理(见图1)。 智自 井 四维地震 价值链环 I . 童协同作业环境 l l l 光缆、纳米技术 l 闭环式油气藏管理 1 2000侄 2005笠 2010年 图1 智能化油气田发展历程 从早期智能化油气田概念的提出, 到目前世界上多家公司、研究机构和大 学(坦福大学等)都认可参与, 智能化油气田的发展将会更加深入。 8 J 2012年第3期 展望未来,今天的智能化,明天将 常规化 而新技术始终是支撑智能化油 气田不断向前发展的基础和动力。目前 国外石油公司正在着手研发光缆监测技 术 通过集成光缆传感器实现对井与油 气藏实时监测,可以同时监测温度、压 力、应力、声波、流量 化学组份等多 方面信息,使得决策模型更加科学可靠。 具体来说 主要包括四个层次的优 化:单井优化、生产优化 油气藏优化 以及资产整体优化。单井优化主要是通 过智能井实时采集井下与井场多参数资 料,对以井为单元的生产设施实施远程 控制和作业 实现所有流程自动化 达 到设施监控 生产制度优化以及管线优 化等目的。该过程强调的时间尺度是即 时的.从1秒到1天,该层次的优化强 调的重点是实时与准确。 生产{的优化,包括井流入曲线分析、井的 增产措施、短期预测、水化物/结垢分 析等.通过集中监控,使每口井最佳工 作,达到整个生产系统的最优化。该过 程时间尺度是从1天到3个月.该层次 的优化强调的重点是系统的协调与优化。 油气藏优化主要是通过实时的动静 态数据采集修正、集成油藏模型,通过井 与油藏管理,达到对油藏认识的准确化与 油气田开发的最优化。具体包括不同井不 同层产量配分、油气藏驱动方式管理、长 期和短期生产目标的平衡、实现采收率最 大化技术优选、长期生产预测以及区域监 测等等。该过程时间尺度是从3个月到2 年,该层次的优化重点强调油气藏模型的 动态化与生产制度的科学化。 资产整体优化则主要是通过多专业 协同工作.达到油气田采收率与资产效 益最大化。具体做法是不断优化以提高 采收率为目的的油气田开发方案,包括 生产上的加密调整、剖面调整、注采系 统优化,未来的滚动扩边开发方案 以 效益最大化为目的的产量调整、新技术 应用、生产设施升级等,该层次优化的 重点是整体资产效益的最大化。 问:智能化油气田建设有哪些要点? 答:智能化油气田的整个价值链环 包括实时监测 资料获取、模型建立以 及决策与实施等多个方面,这些过程的 优化强调系统的 智能化” 与传统技术 不同的是,这些系统资料的集成与嵌入 模型的修改与完善以及决策建议等都是 系统自动优化完成 从整体智能化油气 田来理解.这些都只是 智能化”过程, 最终目的只有一个,那就是油气田的高 效开发,达到资产整体效益的最大化。 目前我们对模型的研究更多的是关 注建立某一特定时间的油藏模型 而智 能化油气田的计算机模型是基于对油气 田实际运行状态过程而建立与实时修改 的 该模型包括全油气藏的方方面面, 具备处理多信息不确定性能力和即时更 新调整能力,并实时更新优化油气田生 产或采收率指标等。 数据是建立模型的基础,不同来源 途径的数据都会用于计算机模型,包括通 过传感器、测井仪器以及安装在井下和地 面设施的各种测量工具获取的实时数据。 智能化油气田计算机模型是全时改进的, 通过使用实际数据与预期数据的对比,持 续更新模型。因此,通过不同手段获得的 即时数据是智能化油气田的最重要参数, 直接影响模型的准确程度。 基于智能化油气田 工程师们可以 通过修改模型的特定参数 随时快速准 确预测单井、油气田和生产系统的变化, 通过调整某些参数(比如井的产量)达 到决策层想要得到的结果,而以往这一 过程需要几周甚至更长的时间。 问:实现智能化油气田的关键是什么? 答:科学决策基于模型,而实际上 不可避免可能会出现技术人员与模型的 不统一,对一个经验丰富的技术人员而 言,决定权最终是在人而不是模型。 但是 计算机模型会要求技术人员 解释与它做出不一致决策的原因 并将其 考虑到模型中 当今后遇到类似的情况 时,模型记忆功能会提醒技术人员。因 此,对技术人员而言 需要对整个系统有 基本的理解,不同专业领域必须相互了 解,只有这样才能做到一体化工作,真正 做到决策科学化、避免决策的随意性。 智能化油气田实施需要不同行业、 不同专业的公司共同参与,单一的油公 司或目前油公司所具备的专业与能力很 石油知单独完成,需要有专业的动化企业来共同参与。如专业的数据 采集系统、远程监控系统、无线光缆传 输与接收系统以及模型自更新等系列软 件的实现都需要专业的团队来做,油公 司要做的是理解好油气田内在的生产规 律,而其他的合作伙伴更多的是确保数 据采集、传输 集成设备、软件以及系 统的正常工作与维护。 问:我国油气田智能化进展与国外先 进水平还有哪些差距? 答:智能化油气田的提出仅有10年 的时间,国外目前仍然处于智能化的早 期.从国外比较成功的几个实例来看, 单个层面的智能化已经达到一定的水平. 系统的整体集成与智能化仍处于持续推 进与整合之中,但智能化理念已经深入 到从管理层到作业者的各个层面。 综观中国在该领域的现状,虽然没 有明确提出智能化油气田的建设 但在 生产管理的各个环节都做了大量具体工 作,比如数字化油藏描述、钻井实时分 析 随钻测井、生产数据即时传输以及 数字化油气田管理等.只是我们没有开 展智能化油气田整体建设,没有形成有 效的系统及软件把各个环节综合起来协 同运作,整体性与完整性不够。应该说 我们虽然与他们有一定的差距.但整体 差距要比某些特色专业技术差距小,主 要差异表现在以下几个方面。 国外油公司的智能化油气田方案 是对一个油气田的勘探开发整个过程按 照项目运作、资产管理模式来进行,在 其整个价值链环中甚至没有油气田专业 的概念,只有现实物质资产(油气开发就是资产的持续优化过 程.油公司要做的就是如何使资产效益 最大化。而国内按专业管理的模式,油 气藏开发的典型模式是分阶段进行,备 个专业明确界定职责与业务 不同专业 界面的整体性与链条模式尚需优化。 国外大油公司拥有油气勘探开发领 域先进的技术手段和工具,按照其智能化 油气田方案,至少具备智能井、先进的 生产数据管理系统、全自动监测仪、无 线数据传输系统 生产系统一体化模型、 协同作业中心等先进设备和工具。另外 在其合作研究团队中.除了油气业务领 域 还从事动化等领域,目前正 在花巨资研发无线光缆监测技术。我们 目前在专业技术手段上差异比较大.特 别是测井技术、地球物理、钻完井工艺、 数据采集与集成以及新技术的研发等。 从智能化油气田生产与决策来看, 时效性始终占有非常重要的地位。壳牌 计划用5~10年的时间,通过智能化油 气田方案,每天24 资产,按照资产的重要性进行排序 对重要资产需要解决的问题集中其全球 人才与技术优势优先进行解决。我们在 这一方面目前尚未建立重要性排序体系, 全公司人才调配的灵活性不够。 国外油公司在人才管理方面实施专 业人才分级制度,不同序列的专业人才 解决不同层次的专业技术难题,管理人 员的职责是如何有效组织与管理不同专 业的人员.不具体参与技术研发。而国 内目前的管理人员与技术人员没有很好 的界定,同时在技术人员的管理上也都 没有明确的分级制度。 从开发对象来看,西方大油公司在 全球的油气田资产整体条件较好,油气 田高产带来的高收益为智能化油田管理 提供了成本优势。而我们近几年发现的 新油气田类型复杂,单井产量低 开发 效益比较差,实施智能化管理初期,必 然会带来成本上的进一步上升。 问:目前智能化油气田的应用效果女 丁? 答:壳牌公司在智能化油气田建设 上处于国际领先地位,在全球共有59 个智能化油气田 经济收益已达50亿 美元。下面是壳牌实施智能化油气田的 3个典型实例,涵盖了海上与陆上、油 与气、全面智能化与简单智能化等几种 类型.具有代表性 英国尼尔森(气田,该 油气田1 994年投产,位于近海大陆架 目前处于开发中后期。该油气田目前面 临包括工作流程低效和海量数据管理、 产量过低和过早衰竭 生产设施故障导 致停产以及气举效果需要优化等方面的 主要问题。通过对该油气田实施智能化 对策后.将试井数据采集、生产数据监 测、动态配产、模型修正等工作在办公 室集成,实施 动态优化 ;通过总部办 公室远程指挥海上平台现场作业.提高 决策效率;通过多专业协同工作,缩短 了停产时间、提高了生产能力和整体效 率,降低了作业成本 另外气举优化由 原来约1月/次,每次耗时45分钟的 优化过程改进为实时的气举优化、每次 优化只需2分钟。目前该油气田原油产 量4500立方米/天、天然气产量3百万 方/天 效果良好。 荷兰格罗宁根(田. 该气田1963年投产,原始地质储量 29000亿方,累产气达1 7 700亿方.气 田拥有29个生产井组、300口产气井, 现生产能力约3 3亿方/天,建有2个 地下储气库。夏季储存周边小气田的产 气,冬季调峰,补偿格罗宁根的产量不 足。气田主要面临3个方面的问题,一 是气井受到最高产能限制,需要改善细 化动态模型 二是如何确保气田采收率 最大化:三是如何确保长期可靠正常运 行。该气田智能化对策是实施全自动生 产管理系统.多点进行实时监控:全气 田产 储 输动态自动化 全自动启动 与关停,无人值守(全气田仅2人)。 俄罗斯萨雷姆(田,该 油田项目2003年启动,处于开发早 期,属多薄层陆上油藏。每年要进行 超过400次油田监测作业,每年要打新 井1田面临的主要问题是海 量井的作业管理;需要减少电潜泵故 障,减少停产并降低成本;环境恶劣 (30。C).需要减少用工。通过 实施智能化油气田对策.在莫斯科建立 远程监控中心,对偏远的500余口电泵 井实施有效监测、控制和优化。 通过以上3个实例分析可以看出, 不同油气田智能化的程度和内容不一 样,需要根据具体油气田面临的实际问 题重点实施,可以是局部智能化,也可 以是全面智能化。 最后.贾教授表示:目前中国在该 研究领域与国外有一定的差距 同时鉴 于中国现有油气田的多样性与复杂性, 具体实施智能化油气田方案时,可在相 对条件比较成熟的油气田优选不同类型 与不同开发阶段的油田或气田实施,按 照智能化油气田资产管理的理念建立全 新的项目运作与管理模式,实施过程中 可根据油气田的实际情况先部分智能 化,试验成功后再逐步推广到中国其他 油气田口 2012年第3期l 9
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