機械式智能分層注水工藝技術研究與應用

金艷艷　豐宇

摘 要：科技在快速的發(fā)展，社會在不斷的進步，針對目前海上油田注水技術存在調(diào)配工作量大，測調(diào)周期長，測調(diào)精度低，受井斜影響嚴重等問題，開展了機械式分層注水工藝技術研究。該工藝技術首次采用液壓機械式控制方式，并集成了機械式智能化井下監(jiān)測、自動化工具調(diào)控等特點，實現(xiàn)了實時監(jiān)測、在線測調(diào)的功能。

關鍵詞：機械式 機械式智能 分層注水 液壓 多級流量控制裝置

引 言

隨著油田開發(fā)的深入，油田注水開發(fā)的效果變差，層間矛盾突出，對于一個含油層系多、層內(nèi)、層間、平面非均質(zhì)性嚴重的油田，由于各分層的地質(zhì)特性存在較大的差異，造成各層間的吸水指數(shù)不同，通常水不是按比例進入油層，則必須采取分層注水技術。

1機械式智能分注技術類型

1）可投撈式實時監(jiān)測分層注水工藝可投撈式實時監(jiān)測分層注水工藝組成結構，包括可投撈一體化機械式智能配水器、力感定位投撈工具、接力通信系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)以及偏心分層管柱。可投撈式實時監(jiān)測分層注水技術將電池、傳感器、控制器、無線通信天線等全部集成在配水器上，實現(xiàn)自動測調(diào)和參數(shù)監(jiān)測功能，是典型的機、電、液一體化系統(tǒng)工程。2）預置電纜式實時監(jiān)測分層注水工藝預置電纜式分層注水技術借鑒了國外機械式智能完井技術，將機械式智能配水器長期置于井下，通過外置電纜將各層段配水器與地面控制平臺實現(xiàn)連接，完成對采油層的參數(shù)采集和注水調(diào)配工作，同時能穩(wěn)定地為井下機械式智能裝置提供電能。3）可充電式實時監(jiān)測分層注水工藝可充電一體化配水器主要包括電源模塊、遠程雙向通信模塊、參數(shù)采集模塊、主控單元模塊和流量調(diào)控模塊。其中遠程雙向通信模塊包括天線、電力載波模塊和無線通信模塊;電源模塊包括非接觸電源轉(zhuǎn)換模塊、電源管理系統(tǒng)和高能充電電池;流量控制單元有大扭矩直流減速電機、傳動總成、流量控制閥;參數(shù)采集模塊由一路溫度傳感器、兩路壓力傳感器（分別采集地層壓力和注水管內(nèi)壓力）、渦街流量傳感器組成;主控單元模塊包括整套配水器各功能模塊的控制電路，實現(xiàn)整體調(diào)配工作的核心控制。

2機械式智能分層注水工藝技術

2.1測調(diào)工藝流程。數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)將井下溫度、流量、壓力等數(shù)據(jù)采集后，作業(yè)人員通過地面控制系統(tǒng)手動或自動調(diào)節(jié)井下多級流量控制裝置，工藝圖如圖3所示，具體測調(diào)流程如下：（1）通過穿越液控管線的隔離/定位密封進行分層;（2）油藏監(jiān)測系統(tǒng)（井下流量計）測得各層實際流量反饋至地面數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng);（3）根據(jù)油藏對各層配注量要求，確定對應層位多級流量控制裝置水嘴的開度;（4）地面控制柜操控（手動/自動）調(diào)節(jié)對應的多級流量控制裝置至需要的開度;（5）油藏監(jiān)測系統(tǒng)（井下流量計）測得實時更新的流量數(shù)據(jù)至地面顯示;（6）根據(jù)需要再次調(diào)整多級流量控制裝置開度大小。循環(huán)以上步驟，直到調(diào)配結果達到設計要求。

2.2機械式智能配水器。機械式智能配水器完成井下測調(diào)功能，是整個系統(tǒng)的核心。其主體主要包括流量調(diào)節(jié)模塊、流量測試模塊、壓力測試模塊、控制電路、供電系統(tǒng)等部分。其中流量調(diào)節(jié)模塊中主要由電機、限位機構、密封機構、傳動系統(tǒng)、可調(diào)堵塞器（水嘴）構成。機械式智能配水器主要完成流量、壓力、溫度等數(shù)據(jù)的采集和處理，控制電機、水嘴調(diào)節(jié)等工作。

2.3液壓3-2控制原理（含解碼器）。液壓3-2控制模式是在每層的流量閥上端連接一個解碼器，通過三根液控管線精準選擇對應解碼器，從而控制對應層位的流量閥?？刂圃砣鐖D1所示，1#控制線與解碼器的關閉口連接;2#控制線與解碼器的打壓口和解碼器進入多級流量控制裝置關閉口連接;3#控制線與解碼器保壓口和解碼器進入多級流量控制裝置開啟口連接。通過三根液控管線打壓、保壓、泄壓的順序不同實現(xiàn)多級流量控制裝置的開關，具體過程如下：通過地面控制柜給出開啟解碼器指令時，3#控制線先保壓，2#控制線再打壓，此時解碼器開啟。2#對應的解碼器進入流量閥關閉口與流量閥關閉口導通，3#對應的解碼器進入流量閥開啟口與流量閥開啟口導通;地面給出開啟流量閥指令時，3#控制線打壓，流量閥開啟。地面給出關閉流量閥指令時，2#控制線打壓，流量閥關閉;地面給出關閉流量閥指令時，1#控制線打壓，解碼器關閉。

2.4井下供電技術。井下機械式智能配水器電能的獲取方式主要有四種：第一種是將一次性高能電池組裝在配水器上，可在預定周期內(nèi)為機械式智能配水器系統(tǒng)提供電能;第二種是采用電磁感應原理的非接觸電能轉(zhuǎn)換裝置為井下配水器長期供電;第三種是電纜永置式井下供電技術，預置電纜隨管柱置于井下，地面電源直接為井下配水器提供電能;第四種是在井下配水器中安裝自發(fā)電裝置，目前已經(jīng)試驗應用的有渦輪發(fā)電機，在為系統(tǒng)長期提供電能之外還能作為流量計測量流量。

2.5技術特點。該技術可實現(xiàn)井下數(shù)據(jù)實時采集、多級注水裝置在線液壓控制一體化，主要優(yōu)勢及技術特點如下：（1）該工藝注水監(jiān)測及調(diào)配裝置采用井下常置式安裝，實現(xiàn)了注水井實時監(jiān)測和在線測調(diào)的功能，無需鋼絲/電纜作業(yè)，測調(diào)效率高，同時受井斜影響小，滿足大斜度定向井、水平井、深井的作業(yè)需求;（2）采用液壓機械控制方式調(diào)節(jié)井下多級流量控制裝置，相比電動控制方式，推力大、可靠性高，更適應井下復雜工況;（3）井下多級流量控制裝置可實現(xiàn)多達11級調(diào)控，流量可控范圍靈活，調(diào)節(jié)精度高，采用了關閉鎖、防漂移壓力鎖等先進機構，充分保證了長期安全注水的要求;（4）建立了“液壓N+1控制”和“液壓3-2解碼控制”兩種井下控制模式，研制的解碼器能滿足井下多級流量調(diào)控裝置的伺服調(diào)控要求及遠程調(diào)控要求;（5）無需對當前的生產(chǎn)設施進行改造，適應性廣，井下無活動的電子元器件，系統(tǒng)壽命長，可隨時進行海上酸化、測試等作業(yè)。

結 語

隨著油田開發(fā)程度的深入，我國油田已進入高含水開發(fā)后期，面對更加復雜變化的油層狀況，目前所開發(fā)的機械式智能分注技術水平與生產(chǎn)需求相比還存在一定的差距，有必要發(fā)展生產(chǎn)工況下井下壓力、流量、溫度等參數(shù)的長期連續(xù)機械式智能監(jiān)控技術，為精細油藏分析提供數(shù)據(jù)支持。首先實現(xiàn)油田穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)，進一步提高挖潛效果;實現(xiàn)合理注采，保持層段間能動平衡，層實時自動調(diào)整、無需動用測試車和人工現(xiàn)場操作，嚴格保障注水合格率，降低投入成本，進而實現(xiàn)科學注采和數(shù)字化油田建設。今后機械式智能分層注水技術將會適應不同油藏條件、適應不同井型。

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