2.3  技术对标与优势分析

        中国自主研发的智能油气生产关键技术，与国际上同类技术相比，具有独创性和先进性，整体上达到国际先进水平，部分处于国际领先水平，但部分还存在较大差距。

1）井下监测与数据传输存在很大差距

        井下监测与数据传输是实现分层开发数字化的关键和难点，需要更加高效、可靠、经济的井下监测传输技术。鉴于井底长距离数据传输和线路连接的复杂性，以及恶劣或极端作业和生产环境对系统可靠性提出更高的要求，获取井筒和油藏实时数据面临巨大挑战。在井下传感、双向通信、服役周期、水平井适应性等方面仍存在技术难题，中国与国际先进技术相比存在很大差距，目前还处在探索发展阶段。

2）中国已形成了复杂油气藏精细化开发的智能化技术体系

        针对深井、薄层注水油藏的精细开发发明了井下智能分采分注技术，开展了基于液压控制和电动控制的分层注采的智能化技术试验；研究了改善复杂储层均衡入流剖面的自适应调流控水完井技术及生产调控系统，形成了低效井有效开发的智能生产理论方法和技术体系，提升了中国水驱老油田和低渗难开采油藏的智能化开采自主研发水平和创新设计能力，该技术体系水平与国际技术成并跑态势。

3）中国陆上油田已实践了新能源+智能的“智慧油气生产模式”

        建成了绿色采油井场，包括新能源多能互补微网；智能注采、井站间开、热洗清蜡新工艺、新型举升等“低碳、减碳+”系列技术，从源头减少能耗和碳排放。多能互补微网生产协同控制技术在长庆油田数十个井群组稳定运行表明，“光风电+直流母线+智能间开+电机柔性驱动”的组合创新技术已成功迈入规模应用阶段。在保证油井产量的前提下，提高了油井群生产节能和新能源占比，减少了CO₂排放，填补了国内外多能互补微网抽油机井群生产协同优化技术的空白。

3. 中国陆上油气田智能分层注采技术探索

        伴随中国陆上油田开发步入中后期，非均质油藏区块层间矛盾突出，分层开采和分层注水是化解层间矛盾、充分发挥不同渗透层的生产能力、维持油田稳产高产、提高油层动用程度及提高油藏采收率的重要手段。中国重点开展了基于液控和电控的分层注采的智能化技术研究与实践；开展了“多能互补”微电网的注采井筒与地面协同运行优化研究及现场试验；开展了基于数字孪生的注采单元生产优化调控技术探索。

3.1  分层注水井生产智能测调技术

        国内分层注水工艺经历了固定式分层注水、钢丝投捞式分层注水、电缆测调式分层注水3个发展阶段。发展了分层注井的投捞井下存储式传感器数据通信技术、电缆直读通信与测调技术、预置电缆井下参数实时监测通信技术及井下无线通信技术。重点发展了电缆永置式测调分注技术，可同步控制多级井下测试装置进行数据监测和流量调配，对各层段注入压力、流量和温度进行实时监测及堵塞器开度控制，实现全自动分层调配及参数监测。

        分注井电缆永置式测调系统由井口和井下两部分组成。井口主要由温度、压力、流量传感器，定量控制阀，远程终端单元（Remote Terminal Unit, RTU）和边缘计算一体化机等组成；井下部分主要由电动测调配水器，过电缆定位密封，过电缆插入密封，钢管电缆，温度、压力、流量传感器等组成。该系统具有如下作用：

1> 监测井口注水压力、温度、流量；

2>监测井筒每个层段嘴前/嘴后压力、温度、流量等，实时获取油套管及水嘴前后压力值、各注入层瞬时流量值、吸水指数；

3> 通过压力监测流量计工作状况，用流量和压力监测各密封位的工作状况；

4> 井下电动测调配水器采用机电一体化设计，集分层验封、分层吸水量测试、分层水嘴无级调控功能于一体，依据地面测调控制器的指令，各层流量控制机构调控阀芯运动状态，实时监测分层注水温度、压力、注入量，快速自动调整配水器水嘴开度。

        该技术作业井深可超过3800 m，数据传输速率可达1 kb/s，数据实时性好，数据量大，供电通信一体化，较好地解决了井下仪器供电和井下监测与数据传输难题，目前在分层注水中已进入示范应用阶段。

        随着油田开发的不断深入，其开发难度越来越大，对注水工艺的要求越来越高，还需要深入研究，加强攻关；要有针对性地加强高温、高压、低渗透油藏、裂缝溶洞型油藏、潜山裂缝型油藏分层注水工艺技术研究；进行水平井分层注水系统研究、复杂结构井分层注水工艺技术研究等；开展智能测试调配一体化技术研究，有效提高水井测调施工成功率，监测分注井的分注效果，及时有效地调整注水量，确保水井的层段合格率。

3.2  分层采油井生产智能测调技术

        国内分层采油技术主要分为堵水分层采油和分层配产两大类，具体有井下智能分层采油与测控技术、振动波控制分层采油技术、桥式分采器分层采油技术和井下可调式分层配产技术。以大庆油田为例，随着油田开发进程的不断深入，面临的矛盾不断变化，分层采油技术的功能和实现方法也在发生演变，从“自喷分层配产”到“机采井找堵水”，再到“液压可调层”发展到目前的预置电缆分层电控的“智能分层采油”，配套的分层配产工具、封隔器调整工艺等也随之变化。

        预置电缆分层电控采油调控系统主要由地面井口监测、井下数据传输、井下动态监测与控制等系统组成。井下动态监测与控制系统主要由井下温度、压力和流量传感器组成的井下参数监测系统和流量调节器（即智能配产器）组成。电缆敷设在油管外壁由井口下入井底，连接各个层段的配产器，井口控制指令通过电缆传送到井下各层的配产器，即可实现分层配产。电缆为井下各层配产器供电，同时也是双向通信的载体，井下各个层的流量、嘴前压力、嘴后压力、温度等参数可实时传输到地面，并通过地面边缘计算一体化机，根据生产动态变化对井下油嘴开度进行实时调整。该技术可实现井下状态参数的实时监测和分层配产，是新一代电控分层采油技术。

        分层采油技术的发展适应了油田开发各个阶段的生产需求，一定程度上解决了阶段性生产矛盾。针对高含水油田采出井分层控制水平较低、找堵水困难、作业成本高、缺乏有效的井下参数长期监测手段等问题，未来分层采油技术应着力提高技术水平和适应性，以及注采一体化和平台化等的智能化发展。

3.3  注采生产单元优化调控系统

        以物联网、云平台、边缘计算、人工智能为支撑，以油藏注采生产过程为实体对象，以机理仿真、室内实验、数值模拟、数字孪生为手段，开展自适应调流控水完井技术和注采单元生产优化调控系统研究，研发了新型自适应核心控制器和自适应调流控水装置；形成了评价测试系统和优化设计方法，建立了自适应调流控水完井技术系列和复合技术体系，扩大了智能注采单元的视窗边界，提高了注采生产过程的可视化程度及科学决策能力。

3.3.1  注入端到采出端的注采井生产参数智能调控技术

        基于分层注水和采油实时测控技术、动态优化决策技术构建的注采单元生产协同调控系统，可实现注采单元动态实时全面感知、生产异常预警、注采工况在线诊断和井筒参数智能调控，减少无计划停机时间和修井作业，节约采油成本；建立注入端和采出端自动匹配调控机制，可提高油水井开井时率和作业效率，降低作业风险。

        以采收率、产能、注入/产出剖面均匀、产量、能耗、注采设备寿命为优化目标，实时采集注采井生产参数，包括单井（层段）流量与压力、井口油套压、井筒温度和压力分布、管线压力、注入设备增压和功率、举升设备扬程及功率等。应用机制和大数据融合的方法创建基于实时监测的注采生产单元智能优化决策代理模型，自动匹配调整注入端和采出端设备运行参数，即注采设备的运行频率、流入控制阀（Inflow Control Device, ICD）的开度等联调，如图1所示。

        考虑分层配注量、井下注水阀嘴损-流量函数、阀压力和阀开度等约束，结合阀不同开度的压力差-流量的关系方程，在井口边缘端采集实时数据和通过机器学习建立配水器开度调节的大数据代理模型，应用遗传算法、粒子群算法、强化学习等智能算法进行自动寻优，并通过井口测调控制器发送指令控制阀挡位实现水嘴过流面积的调节，实现注水井各层段精细化调控。以达到采油井各段均衡供液为优化目标，建立分层采油的深度学习决策代理模型方法，智能决策水平井筒的ICD数量、间距；确定ICD分布后，在井口边缘端采集实时采油参数，提出了基于深度强化学习的ICD阀孔径智能调控模型，追踪油藏动态环境变化，自动更新奖励/惩罚机制，以井段压降分布为优化目标，自寻优调节ICD阀开度。