智能分注技術發展現狀與應用前景

王波

摘 要：我國作為世界上最大的石油消耗大國，進口和自主開采是現階段國內石油資源供應的主要形式。智能分注技術的試驗成功標志著油田分注技術上升到一個新的臺階。智能分注技術不需要在井下下去電纜或鋼絲來調配各段注水量，在井口通過壓力信號來控制井下各段水量，同時井下各段數據也可無纜傳輸到井口。智能分注技術能夠顯著提升分注井水量調配的效率和精度，大大節省了后期調配水量的成本投入。本文結合智能分注技術的基本特點和油田開發過程中的發現需求，探索智能分注技術的發展前景和具體應用。

關鍵詞：智能分注技術;發展現狀;應用前景

0 引言

油田注水技術是我國石油開采的重要環節。智能分注技術的提出有效解決了我國在分層注水工藝技術水平上存在的缺陷，能夠精確控制注水量，實現地上地下的持續連接，動態監測。智能分注技術能夠促進注水驅油效率的顯著提升，在強化對地下油層精確控制的同時，精確控水，既能夠提升驅油效率，有能夠降低水資源的浪費，實現零污染開采。現代化人工智能技術的發展能夠通過點對點控制實現分層注水，充分考慮了不同巖層、土壤間質對地下石油開采的影響。智能分注技術能夠顯著提升地下多層次結構的注水效率。

1 智能分注技術

近年來，我國關于油田開采技術的理論研究不斷成熟，而智能分注技術也在不斷發展中實現自我創新、自我突破。我國地質結構復雜多變，油田分布缺乏規律，油氣資源開采的過程急需通過智能化設備提高自身效率。注水工藝作為石油開采中的重要步驟對石油資源的開采質量和開采效率均有著明顯的影響。優化注水工藝既是節約水資源的需要，更是優化開采流程，促進智能產品運用的客觀需要。以下將會就當前主流的三種分層注水工藝進行論述。注水開采工藝能夠顯著提升地下儲油空間中的內部壓力，是石油開采行業穩產增收的重要途徑。

1.1 可投撈式實時監測分層注水工藝

作為機械式智能分層注水工藝的一種，可投撈式監測設備的核心是配水器芯子，傳統的測試裝配工作需要對配水器芯子進行反復投配和打撈，整個過程相對繁瑣且測量的精度和覆蓋面十分有限。尤其是井下情況相對復雜、井斜角度過大時，測試工作就難以有效完成。而實時監測分層注水工藝也能夠保證井下監測工作的連續性和持久度，它能夠實時監測井下不同深度，各層次的流量、溫度、注水量、注水壓力等因素，通過無線電接受設備實現信息的無纜傳輸。可投撈式監測設備在使用方法上與傳統投撈設備不無差異，但勝在監測行為的持續性和連續性上，地面接收裝置能夠進行實時反饋的信息對不同層次的注水量和注水速度進行調整。

1.2 可充電式實時監測分層注水工藝

可充電式監測設備實現了真正意義上的無纜信息傳輸，也是機械式智能分層注水設備的最新研發成果。由地面信息接收系統和地下數據感應裝置兩個主要部分組成，通過信號發送和信號采集實現對井下壓力、水流量的多方位監測。可充電式監測設備具備更長的井下工作時間，且輻射范圍、勘測的深度更大。在整體注水量控制和限流方面，地面計算機設備能夠通過網絡實現對井下設備的手動操控，控制流量閥的閉合程度。可充電式注水工藝在整體結構設計與組成方面更加精密，整體功能和使用性能更強。無纜信息傳輸的核心在于無線電接收與發送裝置，而其控制系統的核心在于電機傳動。

1.3 預置電纜式實時監測分層注水工藝

通過預先放置的電纜連接監測設備，通過延長電纜將各層段配水器與計算機控制中心銜接起來，預置電纜和監測設備能夠針對性的就井下監測目標進行長期的監測，其電力供應和信息傳導的穩定性更強，不容易受到外界人為因素和自然因素的影響。預置電纜實時監控系統建立在成熟的完井施工體系之下，現階段我國完井施工體系和施工方法尚有待完善。近年來，預置電纜式實時監測分層注水工藝在國外廣泛運用的根源在于系統化的完井施工流程。

2 智能分注工藝與原理

2.1 智能分注系統基本構成及工藝

智能分注系統主要由四個部分構成，分別是地面集成控制系統、控制管線和電纜、多級分層流量控制裝置、井下信息監測系統。智能分注系統功能的實現主要從這四個部分出發。首先，位于進行不斷石油層斷面的采集裝置對周圍環境進行信息采集，采集內容主要有注水流量、流速、水壓、水溫。操控人員可以根據實習監測需要對信息采集裝置進行控制，轉動其方位或角度。地面操控中心接受到井下監測信息后，下發指令，指令從控制管線和電纜周圍的封閉系統中進行動力系統，通過液壓和聯動裝置，控制流水閥的開合。井下流量監測系統將會持續監測進行情況，通過動態反饋不斷了解流量閥的開關程度，通過不斷嘗試和不斷調整，就會形成一個逐漸規范流量控制限度。

2.2 智能分注系統的工作原理

智能分注系統的另一個關鍵在于測調原理。測調工藝主要通過計算機自主判定，從而啟用不同的控制流程。主要的控制體系分為n+1或3+2兩種。

2.2.1 n+1控制原理

由一個控制開關控制多個流量閥。所有流量閥同開同關控制體系中任何一個控制器都能夠控制整個系統的運行狀態。開關以串聯合并并聯的模式進行，例如，流量閥A、B，控制開關1.2.3，當開關1.3同時閉合時，流量閥A開始啟動，當開關1.3同時閉合時，流量閥B開始啟動。該控制模式具有較強的連帶性，能夠發揮不同開關之間的協同作用。

2.2.2 3+2控制原理

該控制原理較上一原理而言更為復雜，其中包含了復雜的解碼器系統，所有的控制線路均通過與解碼器之間的連接從而實現對流量閥的控制，由三根導線同時和一個解碼器相連，三個導線的末端連接的是信息采集裝置和中心設備操控系統，控制線能夠通過一定的數值變化進行自動調整或根據管理人員下達的指令進行有目的的調整。運用解碼器進行控制能夠使得流量閥的開合更具智能化特點。

2.3 n+1控制原理和3+2控制原理的特點

以上兩種控制原理并與優劣之分，其區別在于使用范圍和應用對象不同。二者共同致力于油田注水工藝的智能化發展，實現人工操作到自動控制的過渡。以上兩種注水工藝主要基于預置電纜式實時監測分層注水工藝，通過預先安裝實現對注水井注水情況的持續測量。對于井下結構復雜、井深深度大、井斜角度大等復雜的井下環境，預裝式結構均能夠實現監測和控制效能的最大化。流量閥的主要動力主要是液壓裝置，不同于電機驅動，液壓裝置對動能的要求量較低，在節省能源的同時，液壓裝置可操控性和操控的穩定性更佳。對于流量閥的控制精度進行細化，同時，當井下壓力過高時，液壓裝置也能夠爆發出強大的驅動力，對于高壓下的井下注水作業具有一定的幫助。基于這一特點的井下各類監測元件普遍使用壽命較長，元件之間的連接方式更加合理，動力儲備更加充足。解碼器和控制系統的作用對傳統機械分注系統的改動要求不高，在機械化向自動化轉型的過程中，無需對測量系統和信號傳輸系統進行改造，智能系統安裝更為便捷，采用人工操作和自動操作雙模式，既要保證自動操作的便捷性，又能夠通過人為操作對自動控制進行調節。

3 智能分注關鍵技術

3.1 注水信息的分層監測

向井下注水時，對注水量和注水速度的控制應當進行測速裝置的監測情況進行調整。然后，在井下狹窄的儲油空間下，由于井下空氣壓力較大，且不乏存在一定的雜質堵塞出水口，這時位于出水口處的流速感應器就會得到錯誤的測量結果。是的解碼器和地面操控人員錯誤的認為注水水量一定達到要求。如此一來，目標層次的地下油層就會出現注水量不足的情況，將會嚴重影響出油質量和效率。因此，在后期發展過程中應當重點關注注水流速監測的真實性，通過完善井下注水相關參數，降低部分影響因子對注水質量的影響。

3.2 動態監測

分層注水過程中，需要對不同的層次、不同平面的注水情況進行監測，儲油深度和地質強度的不同對注水量的要求也會隨之變化。在分層注水時，既要完善整個系統監測設備的全面性，又要立足于個體層次，確保特殊儲油層的注水效果。除了在監測形式上的改變，在監測內容上也應當作出進一步突破。即豐富井下監測的內容，從井下氣壓、空氣密度到空氣濕度，不斷完善相關影響因素的監測。智能分注技術的核心與最終落腳點根源在于信息采集的可靠性和有效性。

3.3 無纜通信

基于可充電式實時監測分層注水工藝的無纜信息技術在信息傳輸的形式上作出了明顯的創新。位于井下的配水器將會對井下注水情況進行信息采集，隨后將結果以無線傳輸的形式上傳到中央操控系統。然而這一流程通常會行為油井深度過大而使得信息傳輸的穩定性不夠，這時就需要往井下投入中繼站，縮短信息傳輸的距離。

3.4 井下供電

盡管預置電纜能夠有效保證井下的電能供應，然而預置電纜的鋪設過程對人力、財力的投入仍然很大。且完井工程的全面落實更會大大延長油井的開采時間，導致整體開采進度受到影響。井下供電技術的全面推進將會有效解決井下感性裝置和流水閥的動能問題。目前，井下供電的形式主要有電池供電、電纜供電兩種形式。這兩種方式在供電總量和整體投入上均存在一定的缺陷。未來井下供電發展方向應當朝著自主發電的方向邁進，在注水口增加渦輪發電機，在注水時在感應器帶來源源不斷的動力。

4 智能分注技術的發展前景

4.1 普及率大大提升

未來50年，我國將正式進入石油開采的高速期，智能分注技術將會在一線開采現場得到大規模普及。石油資源的有效性迫使石油開采工程師不斷提升開采效能，只有不斷提升石油開采質量，才能使得有效的資源得到充分利用。

4.2 感應系統的一體化和多樣化

隨著石油開采行業的縱深發展，井下注水作業的精度和要求將會進一步提升，我國石油開采難度將會進一步增大。這時對井下注水感應將會朝著更為精致化的方向邁進。不再局限于溫度、壓力、流速等傳統監測要點。

4.3 信息采集與智能控制

將人工智能運用到計算機程序控制中，積極開發新型解碼系統和均衡器，制定系統化的注水閥管理辦法。運用計算機設備實現對注水量的智能控制。

5 結束語

現階段，我國智能分注技術發展潛力巨大，有著巨大的上升空間和廣闊的市場需求。結合制造業和計算機領域的最新成果，打造系統化的監測系統，智能化的中控系統。加強對井下信息采集裝置的一體化建設，打造尖端科技，促進井下無效數據傳輸系統的建設，全面建成無纜通信系統。

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