李瑞丰，刘景超，张 亮，刘传刚，刘亚鑫

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）

智能完井技术能够对油藏与完井管柱的生产数据进行采集、传输和分析，结合油藏数值模拟形成生产管理决策，通过地面控制系统对目标层位液控滑套开度闭环控制，达到重新配置井身结构目标[1]。根据预测，智能完井技术可使油藏采收率提高10%[2]。智能完井技术涉及地面控制、井下测量、井下流量控制等技术，流量控制是智能完井技术的核心[3]，通过滑套开度变化与封隔器均衡储层的压力、流速，对油藏各层段或分支进行选择性注入或生产，提高油井产能，无需进行修井作业，使油井管理更科学[4-5]。

1 井下流量控制系统

液压驱动井下流量控制系统是目前的主流，通过液控管线将液力作用在滑套上，推动活塞运动,实现液控滑套开度变化。液控滑套处于井下生产状态，无法直观观察，滑套开度位置精确判断至关重要[6]，也是智能完井现场应用需要解决的首要问题。

2 液控滑套开度判定方法

液控滑套开度判定包括监测回油量反映阀门位移和安装位移传感器监测阀门位移。受井下环境影响，电子元件寿命短，管线及液压油膨胀/压缩使体积计量存在误差，存在误判可能。为掌握液控滑套开度调节过程，准确判断液控滑套开度状态，开展压力损失分析和活塞受力运动状态分析。

2.1 压力损失分析

图1 为液控滑套控制管线沿程损失分析图。

图1 液控滑套控制管线沿程损失分析

其中：

1-控制柜；

1-1-地面控制柜油箱液压油密度为ρ；

2-地面控制柜压力输出压力P1、液面高度Z1、流速V1；

3-进油管线；

4-液控滑套活塞；

5-回油管线；

6-回油压力P2、液面高度Z2、流速V2。

假定：控制柜油液充足，进油管线液面高度Z1，油箱液面在滑套开度调节过程中无变化，泵出口输出压力P1；回油管线所在液面高度Z2，回油管线压力P2；油液为不可压缩流体，密度为ρ；进油管线流速V1，回油管线流速V2；流体沿程阻力损失hf；进/回油动能修正系数为α1和α2。

由流体流动能量方程：

进/回油液控管线内径相同均为3.048 mm，进油过程中，流量较小，油液在管线中的流动近似层流，则α1=α2=1，V1=V2。

公式（1）可做简化为：

公式（2）表示：在等截面直管中，粘性损失的能量是由压力和重力克服粘性力做功来提供，沿程水力损失等于位势头和静压头的变化之和[7]。

公式（2）可改写为：

公式（3）表示沿流动方向上压强的变化包括高度变化引起的静水压力变化Δpg=ρg（z1-z2）和粘性耗散导致的压降Δpf=ρghf[7]。

2.2 活塞运动状态分析

如图2：活塞处于静止状态，截面积为A，活塞腔内原有压力P，流体密度ρ。活塞以速度v 在微小时间Δt 内移动微小距离vΔt（1-1→2-2），活塞右侧流体压力增加ΔP，密度增加Δρ，压力波以速度a0传播到达3-3 位置，此时3-3 处流体增加Δp 的压力并开始以速度v 运动。

图2 活塞运动压力波传递示意

略去流体与活塞腔壁面剪切应力，活塞压缩液体产生的压力波传播速度a0是流体压缩性和质量的物理量，压缩性小，弹性模量K 值大，a0值也越大，密度越大，流体惯性大，a0值越小[7]。

图3 为压力转化示意图。

图3 压力转化示意

其中：

1-控制柜；

2-泵出口，压力P1；

3-进油管线；

4-进油管线末端，压力P进末；

5-活塞前端，压力P活塞前；

6-液控滑套活塞摩擦力P摩擦；

7-活塞后端，压力P活塞后；

8-活塞腔末端，压力P活塞腔末；

9-回油管线；

10-回油管线压力P2。

活塞腔、进回油管线充满油，控制柜输出压力P1，活塞腔进油管线末端压力P进末=0，油液在压差Δp=p1作用下以平均流量Q1流入进油管线，泵输出压力P1全部转化为进油管线的沿程损失。

压力波传到4 位置，活塞静摩擦力P摩擦使活塞面5 所受压力P活塞前从0 增加至P摩擦,克服活塞静摩擦阻力，活塞开始运动，此过程油液以平均流量Q2流入进油管线。泵输出压力P1转化为进油管线沿程损失与前活塞面所受压力P2，进油流量降低。

在活塞面5 受压力为P摩擦时, 活塞开始运动压缩后端液体，压力波未传播至8 位置，泵输出压力P1转化为进油管线沿程损失、活塞摩擦力及活塞后端液体压缩增加的压力P活塞后，进油流量降低。

压力波传播至8 位置时，回油管线构成压差，形成流动系统，泵输出压力转化为进/回油管线沿程损失、活塞摩擦力，进油流量降低并出现回油流量，活塞持续运动，P活塞后升高，回油流量升高。

活塞运动到8 位置停止运动，P1与P活塞前仍存在压差，进油管线仍有油液进入，P活塞前持续增大，直至等于泵输出压力P1，此过程进油瞬时流量持续减少；活塞停止运动，P活塞后无压力补充，但持续推动回油管线流体回流，此过程回油管线内流量从峰值持续减少。

2.3 滑套开度变化判定依据

根据能量守恒、质量守恒、液控滑套活塞受力及流量变化，提出液控滑套开度变化的判定依据：

（1） 供油累计体积、回油累计体积与液控滑套活塞腔动作容积值三者数值接近。

（2） 供油流量出现流量平稳后下降的趋势。

（3） 回油流量出现先上升后下降的趋势。

3 液控滑套开度变化判定与验证

3.1 液控滑套开度变化验证管柱方案

智能完井管柱结构见图4。封隔器上方接上层液控滑套，封隔器下方接Y-tool。Y-tool（初期不下入堵塞器）一端接电泵，一端接旁通管，旁通管接下层液控滑套和工作筒（带堵塞器下入）。

图4 试验井和海试井智能完井试验管柱图

其中：

1-上滑套开启管线；

2-上滑套；

3- 9-5/8″套管；

4-关闭管线；

5-下滑套开启管线；

6-下滑套；

7- 7″尾管挂；

8-顶部封隔器；

9-筛管；

10-颗粒；

11- 7″尾管。

3.2 井下液控滑套的开度判定及验证

通过液控管线打压，记录和监测打压过程压力流量数据，实现液控滑套多级开度调节（见表1）。

表1 供油/回油液控管线累计计量体积统计

图5 为高低压回路液压油累计体积对比曲线图，由图5 可知，无论低压/高压实测累计体积均与理论体积变化趋势一致，判定液控滑套执行相应的动作。

图5 高低压回路液压油累计体积对比曲线

4 结论

（1） 液控滑套是智能完井井下流量控制的执行机构，其开度位置精确判断至关重要。

（2） 液控滑套活塞腔进回油量与活塞腔容积对比，结合流量变化趋势可判定液控滑套开度状态。

（3） 试验井液控滑套开度状态判定准确，该判定方法对后续智能完井系统的现场应用具有参考和借鉴意义，为建设数字油田提供支持。