鄂爾多斯超低滲儲(chǔ)層智能注水監(jiān)控技術(shù)

楊玲智 于九政 王子建 王爾珍 胡改星 孫爽

1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司油氣工藝研究院；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第十采油廠

鄂爾多斯盆地是我國(guó)第二大沉積盆地，地跨陜、甘、寧、蒙、晉五省區(qū)，開發(fā)目標(biāo)層位主要為三疊系長(zhǎng)1到長(zhǎng)10油層，是典型的低滲、低壓、低產(chǎn)“三低”油藏，提高采收率潛力巨大，“十二五”期間鄂爾多斯盆地是中國(guó)石油增儲(chǔ)上產(chǎn)的主戰(zhàn)場(chǎng)［1-4］。目前，油田注水是國(guó)內(nèi)油田補(bǔ)充地層能量最經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)手段，但層間和層內(nèi)非均質(zhì)性強(qiáng)，水驅(qū)儲(chǔ)量動(dòng)用程度低，限制了常規(guī)注水開發(fā)效果，需開展精細(xì)分層注水工藝研究與應(yīng)用［5-10］。2013年以來，長(zhǎng)慶油田緊密圍繞叢式井組的開發(fā)技術(shù)特點(diǎn)，開展油藏精細(xì)描述，關(guān)鍵分注技術(shù)攻關(guān)研究，探索形成超低滲儲(chǔ)層智能注水監(jiān)控技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用流體波碼技術(shù)及井下流量智能調(diào)節(jié)理論，實(shí)現(xiàn)了井下分層流量自動(dòng)測(cè)試、自動(dòng)調(diào)節(jié)，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)長(zhǎng)期測(cè)試及存儲(chǔ)，地面與井下遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸，推動(dòng)了注水管柱由單一的注水功能向著注水、信息采集、測(cè)試調(diào)配等集成化和一體化方向發(fā)展，提高了注水合格率，加速了注水井智能化管理，引領(lǐng)精細(xì)分層注水發(fā)展方向，為油田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)儲(chǔ)備了新的利器。

1 分層注水面臨的挑戰(zhàn)

Challenges of separate layer water injection

（1）長(zhǎng)慶油田分注井具有定向井小水量特點(diǎn)，定向井比例達(dá)90%以上，單層注水量10～15 m3/d，常規(guī)工藝需下鋼絲或電纜測(cè)調(diào)，現(xiàn)場(chǎng)施工勞動(dòng)強(qiáng)度和作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大。

（2）分注井逐年增多，測(cè)試工作量大、費(fèi)用高。隨著分層注水工作的不斷推進(jìn)，長(zhǎng)慶油田分注井總數(shù)近7 000口，年測(cè)試工作量1.5萬余井次，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試負(fù)擔(dān)重。

（3）人工測(cè)試數(shù)據(jù)少，無法長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)。采用人工周期測(cè)調(diào)，只能掌握瞬時(shí)分層注水動(dòng)態(tài)，不能長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，制約油藏開發(fā)動(dòng)態(tài)分析可靠性。

（4）分注合格率下降快，無法及時(shí)調(diào)節(jié)。人工測(cè)試只能周期性開展，受壓力波動(dòng)、地層吸水能力變化等因素影響，分層注水合格率下降較快，不能及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)達(dá)到配注要求。

2 智能注水全過程監(jiān)測(cè)技術(shù)

Whole-process intelligent waterflood monitoring technology

2.1 結(jié)構(gòu)組成

Structural components

智能注水全過程監(jiān)控技術(shù)包括井下智能配水管柱、地面?zhèn)鬏斂刂埔惑w化裝置及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用流體波碼技術(shù)及井下流量智能調(diào)節(jié)理論，實(shí)現(xiàn)了井下分層流量自動(dòng)測(cè)試、自動(dòng)調(diào)節(jié)，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)長(zhǎng)期測(cè)試及存儲(chǔ)，地面與井下遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸，油田數(shù)字化系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能，如圖1所示。

圖1 智能注水全過程監(jiān)控系統(tǒng)Fig. 1 Whole-process intelligent waterflood monitoring system

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

Key technologies

（1）井下遠(yuǎn)程無線通訊技術(shù)。結(jié)合分層注水井下長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)及低成本要求，優(yōu)選可靠性高、技術(shù)成熟及成本相對(duì)較低的流體波碼方式，實(shí)現(xiàn)井下與地面雙向遠(yuǎn)程無線通訊。分注管柱坐封完井后，在地面配水間電控調(diào)節(jié)閥穩(wěn)壓模式下調(diào)節(jié)各層智能配水器注水量，通過開關(guān)電控調(diào)節(jié)閥（降壓法）形成壓力波碼，將指令信息傳送給井下智能配水器，如圖2所示。

井下智能配水器通過水嘴開度變化建立流體波碼，運(yùn)用流體載波技術(shù)傳輸給地面控制器，從而實(shí)現(xiàn)地面與井下動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、指令的雙向遠(yuǎn)距離傳輸。

圖2 井下智能配水器Fig. 2 Bottom-hole intelligent water flow regulator

（2）井下分層流量測(cè)調(diào)技術(shù)。如圖3所示，智能配水器接收到開度信息后自動(dòng)調(diào)節(jié)水嘴開度并監(jiān)測(cè)水嘴前后壓差，通過水嘴自動(dòng)調(diào)節(jié)（升壓法）形成壓力波碼，將壓差信息傳送給電控調(diào)節(jié)閥，電控調(diào)節(jié)閥和智能配水器內(nèi)的控制系統(tǒng)根據(jù)人工智能理論建立壓差-流量-水嘴開度三者之間的關(guān)系模型，形成三維云圖圖版，實(shí)現(xiàn)智能配水器配注量的設(shè)置。

圖3 井下配水器自學(xué)習(xí)原理Fig. 3 Self-leaning principle of bottom-hole water flow regulator

配水器自學(xué)習(xí)模型為

式中，Q為流量，m3/d；Cd為速度系數(shù)；w為水嘴面積梯度，m；xv為可調(diào)水嘴位移量，m；ρ為水密度，kg/m3；P1為嘴前壓力，MPa；P2為嘴后壓力，MPa。

通過數(shù)學(xué)模型得出井下配水器自學(xué)習(xí)曲線如圖4所示。

在新聞?wù)Z體中，由于新聞報(bào)道受到時(shí)間、版面等因素的制約，以及圖片、影像等條件提供的幫助，所以無論是平面媒體，還是網(wǎng)絡(luò)媒體、電視媒體、廣播媒體，都極為注重表意的簡(jiǎn)明性和通俗易懂，力爭(zhēng)在有限的時(shí)間和篇幅內(nèi)把新聞事實(shí)明白無誤地表達(dá)出來，以便于受眾以最快的速度接收相關(guān)信息。例如：

圖4 井下配水器自學(xué)習(xí)曲線Fig. 4 Self-leaning curve of bottom-hole water flow regulator

（3）注水井流量自動(dòng)控制技術(shù)。配注量調(diào)節(jié)完成后，電控調(diào)節(jié)閥設(shè)置為穩(wěn)流模式，保證全井達(dá)到配水要求，同時(shí)井下智能配水器根據(jù)監(jiān)測(cè)的壓差和三維云圖自動(dòng)調(diào)節(jié)水嘴開度達(dá)到分層配注量，實(shí)現(xiàn)分層流量達(dá)標(biāo)注水，如圖5所示。

圖5 人工智能建立數(shù)據(jù)云圖Fig. 5 Data cloud chart established by artificial intelligence

（4）地面遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)。如圖6所示，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)安裝于注水站站控電腦，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分層流量、壓力數(shù)據(jù)，結(jié)合油藏研究需求，遠(yuǎn)程控制分層注水動(dòng)態(tài)，滿足油藏、工程一體化研究需求。

圖6 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)Fig. 6 Remote monitoring system

3 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

Laboratory experiment

3.1 配水器密封性測(cè)試

Test of sealing capacity of water flow regulator

將配水器安裝于密封性測(cè)試裝置內(nèi)，由配水器內(nèi)打壓驗(yàn)證配水器密封性，具體步驟：?jiǎn)?dòng)試壓泵，正向打壓，逐步升壓至15 MPa，穩(wěn)壓300 s，逐步升壓至30 MPa，穩(wěn)壓300 s，再逐步升壓至40 MPa，穩(wěn)壓1 800 s，無滲漏；反向打壓，逐步升壓至15 MPa，穩(wěn)壓300 s，逐步升壓至30 MPa，穩(wěn)壓1 800 s，無滲漏。

3.2 配水器流量自動(dòng)調(diào)節(jié)功能測(cè)試

Test of automatic flow rate control of water flow regulator

設(shè)置配水器配注量及自動(dòng)測(cè)調(diào)時(shí)間間隔后，將其安裝于流量測(cè)試裝置內(nèi)，啟動(dòng)流量測(cè)試裝置入口開關(guān)，并調(diào)節(jié)流量為配水器配注量150%，再逐步減少流量至130%，再逐步減少流量至110%，監(jiān)測(cè)裝置出口流量，分別記錄測(cè)調(diào)時(shí)間后流量，流量滿足5%誤差。

3.3 遠(yuǎn)程無線通訊測(cè)試

Test of remote wireless communication

將配水器安裝于模擬井中，將井筒內(nèi)注滿水，模擬現(xiàn)場(chǎng)注水工況，由地面控制器向模擬井中配水器發(fā)送流體波碼，連續(xù)執(zhí)行全開、50%開度、全關(guān)操作，指令發(fā)送后，接收配水器反饋動(dòng)態(tài)信息，并與指令對(duì)比，符合率100%。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

Field application

長(zhǎng)慶油田成功開展智能注水全過程監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。應(yīng)用壓力波編碼建立井下與地面遠(yuǎn)程無線通訊，每3 s傳輸一組分層動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，借助油田站控系統(tǒng)，建立遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控體系，同時(shí)運(yùn)用人工智能理論測(cè)試水嘴前后壓差，解析分層流量數(shù)據(jù)，達(dá)到分層流量自動(dòng)測(cè)調(diào)的目的。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)20口井，試驗(yàn)井分層注水合格率長(zhǎng)期保持95%以上，確保分注井全天候達(dá)標(biāo)注水，減少年測(cè)調(diào)費(fèi)用100余萬元。

以關(guān)A井為典型試驗(yàn)井，試驗(yàn)時(shí)間2016年5月10日，井深2 257 m，井斜28.5°，注入介質(zhì)清水，上層配注15 m3/d，下層配注10 m3/d。關(guān)A井上層實(shí)測(cè)流量范圍14.2～15.1 m3/d，下層實(shí)測(cè)流量范圍9～10.5 m3/d，均能滿足地質(zhì)配注要求，結(jié)合油藏動(dòng)態(tài)調(diào)整需求，可及時(shí)調(diào)整分層流量。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了分層流量自動(dòng)測(cè)調(diào)、自動(dòng)壓降測(cè)試、封隔器自動(dòng)驗(yàn)封、井下分層注水參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)錄取等功能。試驗(yàn)后，關(guān)A井吸水剖面得到明顯改善，儲(chǔ)層吸水厚度由5.08 m上升到8.96 m，對(duì)應(yīng)4口油井見效，生產(chǎn)狀態(tài)得到明顯改善，日產(chǎn)油量由3.8 t上升到4.94 t。

5 結(jié)論

Conclusions

（1）智能注水全過程監(jiān)測(cè)技術(shù)將推動(dòng)注水管柱由單一的注入功能向著配水、信息采集、測(cè)試等集成一體化方向發(fā)展，提升油田注水精細(xì)化管理水平。

（2）智能注水全過程監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)分層注水動(dòng)態(tài)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，采用電子巡井、注水系統(tǒng)分級(jí)管理等方式，實(shí)現(xiàn)注水?dāng)?shù)字化監(jiān)控，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

（3）智能注水全過程監(jiān)測(cè)技術(shù)運(yùn)用人工智能理論，采用自學(xué)習(xí)方式模擬計(jì)算分層流量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，簡(jiǎn)化流量測(cè)試結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)降本增效，具有廣闊推廣應(yīng)用前景。

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