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：科技在快速的發展，社會在不斷的進步，針對目前海上油田注水技術存在調配工作量大，測調周期長，測調精度低，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測、自動化工具調控等特點，實現了實時監測、在線測調的功能。

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

隨著油田開發的深入，油田注水開發的效果變差，層間矛盾突出，對于一個含油層系多、層內、層間、平面非均質性嚴重的油田，由于各分層的地質特性存在較大的差異，造成各層間的吸水指數不同，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）可投撈式實時監測分層注水工藝可投撈式實時監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、地面控制系統以及偏心分層管柱。可投撈式實時監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，實現自動測調和參數監測功能，是典型的機、電、液一體化系統工程。2）預置電纜式實時監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連接，完成對采油層的參數采集和注水調配工作，同時能穩定地為井下機械式智能裝置提供電能。3）可充電式實時監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、參數采集模塊、主控單元模塊和流量調控模塊。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換模塊、電源管理系統和高能充電電池;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，實現整體調配工作的核心控制。

2機械式智能分層注水工藝技術

2.1測調工藝流程。數據信號采集系統將井下溫度、流量、壓力等數據采集后，作業人員通過地面控制系統手動或自動調節井下多級流量控制裝置，工藝圖如圖3所示，具體測調流程如下：（1）通過穿越液控管線的隔離/定位密封進行分層;（2）油藏監測系統（井下流量計）測得各層實際流量反饋至地面數據采集和控制系統;（3）根據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）調節對應的多級流量控制裝置至需要的開度;（5）油藏監測系統（井下流量計）測得實時更新的流量數據至地面顯示;（6）根據需要再次調整多級流量控制裝置開度大小。循環以上步驟，直到調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功能，是整個系統的核心。其主體主要包括流量調節模塊、流量測試模塊、壓力測試模塊、控制電路、供電系統等部分。其中流量調節模塊中主要由電機、限位機構、密封機構、傳動系統、可調堵塞器（水嘴）構成。機械式智能配水器主要完成流量、壓力、溫度等數據的采集和處理，控制電機、水嘴調節等工作。

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。控制原理如圖1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，可在預定周期內為機械式智能配水器系統提供電能;第二種是采用電磁感應原理的非接觸電能轉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電裝置，目前已經試驗應用的有渦輪發電機，在為系統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。該技術可實現井下數據實時采集、多級注水裝置在線液壓控制一體化，主要優勢及技術特點如下：（1）該工藝注水監測及調配裝置采用井下常置式安裝，實現了注水井實時監測和在線測調的功能，無需鋼絲/電纜作業，測調效率高，同時受井斜影響小，滿足大斜度定向井、水平井、深井的作業需求;（2）采用液壓機械控制方式調節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多達11級調控，流量可控范圍靈活，調節精度高，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控裝置的伺服調控要求及遠程調控要求;（5）無需對當前的生產設施進行改造，適應性廣，井下無活動的電子元器件，系統壽命長，可隨時進行海上酸化、測試等作業。

結 語

隨著油田開發程度的深入，我國油田已進入高含水開發后期，面對更加復雜變化的油層狀況，目前所開發的機械式智能分注技術水平與生產需求相比還存在一定的差距，有必要發展生產工況下井下壓力、流量、溫度等參數的長期連續機械式智能監控技術，為精細油藏分析提供數據支持。首先實現油田穩產和高產，進一步提高挖潛效果;實現合理注采，保持層段間能動平衡，層實時自動調整、無需動用測試車和人工現場操作，嚴格保障注水合格率，降低投入成本，進而實現科學注采和數字化油田建設。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。

參考文獻

[1] 李常友，劉明慧，賈兆軍，等.液控式分層注水工藝技術[J].石油機械，2008，36（9）：102-104.

[2] 賈慶升.液控式同心雙管分層注水技術[J].石油機械，2009，37（5）：59-60.

[3] 車爭安，修海媚，譚才淵，等.SmartWell機械式智能完井技術在蓬萊油田的首次應用[J].重慶科技學院學報（自然科學版），2017，19（2）：47-50.

[4] 張鳳輝，薛德棟，徐興安，等.機械式智能完井井下液壓控制系統關鍵技術研究[J].石油礦場機械，2014，43（11）：7-10.

[5] 劉正禮，胡偉杰.南海深水鉆完井技術挑戰及對策[J].石油鉆采工藝，2015，37（1）：8-12.