西南油气中江气田305脱水站。宋 军 摄

    □姚麟昱 黄万书 朱洪宇 聂 岚

    当前全球能源行业正经历以数字化、智能化为核心的第四次工业革命浪潮，油气行业数字化转型已从战略选择演变为生存发展的必然路径。西南油气致力于打造新一代智能采气技术，突破传统人工诊断、决策、排采模式，形成了自动诊断、自主决策、智能作业的智能采气新模式，加快推动智慧气田转型。

    川西致密气、威荣页岩气等属于边际气田，具有“低渗透、低品位、快递减”特征，单井产量低，平台井数多，排采强度大，措施类型多，精细管理难度大。传统的“人找异常、人工作业”模式已难以满足生产需要，亟须发展新一代智能采气技术。

    西南油气工程院在2015年成立了智能采气新技术孵化团队，依托气田生产信息化平台（PCS），围绕“数据孤岛、数据挖掘深度不够、采气业务流分散、智能装备不成熟”等技术瓶颈，通过多维数据整合，全业务流顶层设计、智能决策模型开发、智能装备制造等，历经8年成功研制出以井群智能泡排、系列化智能柱塞、采气智能决策系统等为代表的一批智能采气技术，形成了实时诊断、自主决策、智能作业的智能采气工程示范模式，决策响应达分钟级，推广应用1000多口气井，单井平均增产10%。

    智能泡排助力气田高效稳产

    泡沫排水采气是气井生产中后期应用最广泛的采气工艺，在川西致密气、川南页岩气中的覆盖率超过了90%。此前的泡排工艺采用人工加药，效率低、响应慢、工作强度大，无法满足新形势下排采需要。科研人员通过将传统泡排与快速发展的信息化、自动化技术相结合，优化流程设计，开发自控程序，创建智能模型，集成橇装设备，如今已建成了单井式、多井式、便携式等系列化智能泡排装置，具有一键式智能加药、起消泡一体作业、井群泡排、设备轻量化等优势。

    “初代样机是改了试、试了改，反反复复折腾了一年，总算运行稳定了。”西南油气工程院采输所副所长刘通说。初代样机的研发历经波折，反复遭遇单流阀失效、泵阀寿命短、加注精度低，自控程序也屡屡出错，攻关团队一度产生了放弃的想法。但通过无数次的推演试错，总算找到了症结，他们优化自动加注流程、优化泵阀选型、优化加注量计算程序等，逐一攻克难题，大幅提升设备稳定性，最长免修期达3年，加药量误差控制在1%以内，工艺流程也得以简化，焊接管道数仅为最初的1/3。

    平台井开发模式的推广对井群自动泡排提出了新要求。由于平台井数多、加注频率高、占地要求小、成本控制严，科研人员提出了一机多井自动泡排理念，通过自控阀组设计、轻量模块化设计、配注一体与起消泡一体设计，研发了平台井整体自动泡排装置，最多实现一机12井整体泡排，占地面积只有冰箱那么大，最轻仅0.2吨，在平台井中获得推广应用。“过去泡排车每天要跑几十公里轮换加药，现在足不出户就能实现每口井每天加注，方便多了。”井站技术员感叹。

    为了实现自动化向智能化的跨越，研发团队迎难而上，通过实验研究、模型建立、程序开发，形成了泡排自适应加注系统。系统可以根据泡沫流型、积液量，自主提示加药时机与加药量，自主运行加药，在保障泡排效果的同时，药剂用量节约了20%。

    智能泡排工艺在川西致密气、川南页岩气300多口井推广应用，全程无须人工干预，平均单井增产10%，显著增强了泡排效果。智能泡排技术授权发明专利6件、实用新型专利5件。

    智能柱塞实现低压低产井排液提效

    随着气藏压力降低，低压间开井日益增多，此时泡排效率降低，需要辅助柱塞工艺。柱塞工艺是通过向井内投入柱塞工具，在间歇开关井生产时，利用其机械密封界面排液。但此前柱塞产品多来自国外公司。为打破国外技术垄断、降低成本、提升工艺适应性，西南油气工程院通过系列化工具设计、自控软件开发，自主研发了智能气举技术，措施有效率达90%，生产成本降低了80%。

    “国外的柱塞都是固定的几种型号，但是我们川西致密气的气井类型多、生产阶段差异大。”西南油气工程院采气室主任许剑说。通过工具设计、试验优化，科研人员自主研发了满足不同井况的系列化柱塞工具，包括适用于生产中前期的旁通式、棒式柱塞，适用于生产后期的射流膨胀柱塞，适用于高含凝析油气井的刮蜡式柱塞，以及适用于组合油管的接力式柱塞。

    针对川南深层页岩气井产水多、水平井井斜大的特点，他们自主研发了井口套筒+井下撞针+分体柱塞高频排液工具，以及能够下至水平段的柱塞限位器，将周期内柱塞举升频率由传统的1次提高至3次，排液深度由传统的井斜60度拓展至90度，周期排液量提高37%。后期该技术与气举工艺复合，还实现了不关井连续高频排液，日均排液频次高达10次，开辟了柱塞辅助气举复合排采新模式。

    “柱塞除了工具本身，另一个关键是运行制度优化，如果开关井制度控制不好，柱塞可能根本上不来，或者空载到达井口，排不出液。”西南油气工程院科研人员卢波说。于是，他们通过引入载荷因子、柱塞速度，结合柱塞举升临界气量计算，构建了“四线五区”柱塞运行工况图版，形成了柱塞制度自适应优化模型，开发了柱塞地面智能控制系统，实现了柱塞制度的自动调参，确保高效运行。

    智能柱塞工艺在川西致密气、川南页岩气推广应用50余口井，实现了自动排液、自动调参，性能稳定，操作简便，平均单井增产20%。智能柱塞技术实现全自主化，授权发明专利3件、实用新型专利7件。

    智能决策系统为采气植入“智慧大脑”

    智能决策系统犹如为采气过程植入“智慧大脑”，为采气管理提效开辟了新路径。

    采气工艺是一项集工况诊断、异常提示、工艺决策、现场作业、效果反馈于一体的系统工程。此前PCS平台已经实现了采集气数据的实时监测，数字化率接近100%，但在实际运行过程中，仍然存在一些问题，如海量数据利用程度和挖掘深度不够，采气业务流分散，工艺决策与评价困难重重等。为了解决上述问题，西南油气工程院通过对数据的二次处理，将杂乱无章的数据进行梳理，并对各项业务进行深度整合，最终成功建立了一个全新的数据分析平台，为后续智能决策系统的搭建奠定了坚实基础。

    “要实现采气工艺的科学决策，首先需要攻克工况异常诊断这一难题，因为它直接关系采气工艺的选择及最终效果的评价。”西南油气采气专家张国东说。攻关团队致力于打造井下流型可视化“透明井筒”的理念，通过对水平井沿程流型、持率分段规律研究，创建了积液动态仿真模型，首次实现了流型尺度下的积液程度量化表征，以及持率、流型、积液量等多参数同步在线计算。此外，他们还建立了递减加速、井下堵塞、油管穿孔等异常工况提示方法，并给出了风险概率，实现了从“人找异常”到“异常找人”的转变。