無線智能配水器在吳起油田精細注水中的應用

蔡永孝

（延長油田股份有限公司吳起采油廠，陜西延安 717600）

無線智能配水器是一種利用壓力或流量波動實現地面設備和井下配水器之間信號傳輸，并達到控制井下配水器水嘴開度和實現井下數據返回接收的一種新型配水器。該配水器與封隔器配合使用，不需要過多的人為干預即可進行流量測調，實現精確的分層注水。

1 技術機理、指標參數、技術亮點

1.1 技術機理

無線智能配水器系統包括井下配水器和地面控制器，二者之間通過壓力波進行信號傳輸通信。

現場使用時，將地面控制器安裝在井口，將井下配水器（包含水嘴開關、電機、電池、控制電路系統、孔后壓傳感器、管外壓和內壓傳感器、溫度傳感器）下放置于相應的注水層，各個注水層之間安裝封隔器隔斷。地面控制器首先對發往井下配水器的命令進行編碼，編碼完成后根據編碼控制地面注水開關產生對應的壓力波，各注水層井下配水器實時檢測并解析此壓力波，如果解析出的層位號與該層井下配水器的層位號相同，該層井下配水器將壓力波信號轉化為控制信號，自動調節水嘴開關大小，進而控制相應層段注水量。

同時，井下配水器電路控制系統可將需要傳輸的數據進行編碼，根據編碼調節自身水嘴開關狀態，使流入油層水的壓力呈現規律性變化，地面控制器實時檢測并解析壓力波，最終獲得注水流量、井底溫度、管內壓力和地層壓力數據。

1.2 系統總體設計

1.2.1 井下配水器技術指標

井下配水器技術指標見表1。

表1 配水器技術指標

1.2.2 井下配水器技術指標

地面控制系統技術指標見表2。

表2 地面控制系統技術指標

1.2.3 技術亮點

無線智能配水器在技術上具備以下方面的亮點：

①有效減少工作量。不需要反復投撈井下流量開關，只需要一次施工，就可以完成精細化分注控制，無須后期人工干預和測量。

②智能測調，注水分辨率高。井下配水器配帶流量計，可隔一段時間進行一次流量調配，可精準地監測井下流量，為流量調節器提供實時參考；能實現遠程人工調整水嘴開度大小，滿足分層注水量要求。

③能夠實現驗封。由于配水器可監測管柱內外壓力差，因此只需要關閉井下流量開關即可實現該層封隔器驗封。

④非接觸式數據傳輸。該技術用非接觸傳輸方式，為儀器長時間置于井下提供了可能，減少了電纜式配水器因電纜故障造成的各種井下配水器問題，并且通過該方式實現了地面指令與井下儀數據的雙向傳輸。

⑤能夠長期檢測井下壓力、溫度、流量等數據，實現對地層壓力、流量等參數的實時監測。

⑥井下工作長期化，井下電路采用超低功耗設計，電池供電為儀器長期置于井下提供了方便，井下儀器定時自啟采集數據并保存，這樣的設計使得儀器井下工作長期化成為可能。

⑦不需要投撈水嘴，縮短了調配時間，降低了勞動強度，且在大斜度井和水平井也能廣泛應用。

⑧采用壓力波和流量波雙重通訊方式，單純的壓力波通信有重大的缺陷，通信速率慢，功耗大，誤碼率高。儀器在壓力波的基礎上，增加了流量波的檢測，實現了雙重檢測，作為壓力波通訊的輔助參數，提高了檢波的速度，提高了解碼的準確性與時效性，提高了通信速率，降低了單次傳輸的功耗，有效提高了壓力波通訊的可用性。

⑨能夠實現長期監測，井下配水器每隔一段時間進行一次數據采集，并將數據存儲到指定芯片中，當通信時將數據傳送給地面控制儀，通過分析數據即可得到注水井的長時間注水狀況，具有累計注水量功能，對分析各個地層的吸水性具有現實的指導意義。

⑩提高調配效率，由于分注系統采用的是智能測調方式，可以將所有配水器調配注水時間設定為同一時刻，極大提高了調配效率。

1.2.4 適用條件

可適用于層系多、油層非均質性嚴重的深井及偏心配水工藝無法測調的注水井。

2 技術或產品預評價

2.1 性能評價指標

（1）對井下配水器的工作溫度、工作壓力、溫度檢測、壓力檢測、壓力流量測調、壓力波通信、水嘴開關、連續工作時間等技術參數進行試驗，將試驗結果與給出的指標參數進行對比，確定井下配水器實際參數。

（2）對地面控制器的工作溫度、工作壓力、流量檢測、工作電壓、數據顯示、壓控通信、遠程無線通信、連續工作時間的技術參數 進行室內實驗，將結果與給出的指標參數進行對比，確定地面控制器的實際參數。

2.2 性能評價方法

按照行標SY/T 6977—2014《注水井分層流量實時測調儀校準方 法》中規定的注水井分層流量實時測調儀的技術要求和校準方法對配水器進行測試，其結果要符合行標要求。

2.3 性能評價結果

（1）井下配水器的長度、外徑、內通徑、耐溫、耐壓符合要求，溫度、壓力、流量檢測、連續工作時間符合技術指標，壓力波通訊和水嘴開關功能正常。

（2）地面控制器的耐溫、耐壓符合要求，溫度、壓力、流量檢測、連續工作時間符合技術指標，壓控通信正常，數據更新及時，無線傳輸正常。

2.4 預期經濟效益和社會效益評價

無線智能配水器可適用于層系多、油層非均質性嚴重的深井及偏心配水工藝無法測調的注水井，不需要測井電纜、考慮電纜對信號的衰減、電纜絕緣和接頭密封等問題，測井成本低，施工難度小，測井效率高。而且包含直讀驗封，自動測調，數據存儲，井下壓力、溫度、流量等參數測量功能。無線智能配水器一次下井就可實現分層注水、分層驗封，大幅度減少了配注工作量，提高了配注效率，解決了分注井井下至地面遠程無線通信和井下分層壓力、流量實時傳輸等問題，對智能配水的精細化、全面化帶來很大的便利，存儲的歷史數據可對該井的地質描述具有重要意義，具有廣泛的推廣前景。

2.5 現場實驗可行性評價

當前，國內外大多數油田智能注水試驗雖未發生重大安全事故，但現場作業過程中仍存在安全風險問題。借鑒國內外以前的配水器經驗，并通過完整的測試步驟，采取相應的安全預防措施，風險較小，現場試驗具有極大可行性。

3 現場應用試驗

3.1 實驗區基本情況

吳起油田始建于1993年，目前擁有資源面積近2 377km2，探明地質儲量42 279.39萬t，剩余開采地質儲量5 191.29萬t，動用含油面積1 193.8km2，動用石油地質儲量41 751.56萬t；共有各類油水井12 908 口，累計生產原油2 421.64萬t；擁有總資產181.7億元。現有注水開發的區塊共11個，主要層位延9、延10、富縣、長2、長4+5、長6、長7、長8、長9，水驅面積859.79km2，水驅儲量3.07億t。

3.2 現場實施方法、操作步驟

（1）選取試驗的注水井：對分層注水井注水效果進行分析統計，選取分層注水井配注難度大或精確度不高的井4口進行無線智能配水器精細注水試驗。

（2）注水井精細注水實驗，對配注過程動態監測及結果進行分析解釋，檢驗注水井配注精確度是否提高。

（3）對溫度、壓力、流量等參數進行測試，分析測試結果的準確性。

（4）對注水井配注的強度、時間進行對比分析，檢驗配注效率。

（5）實驗技術實施前后效果評價分析。

4 結束語

1）通過分層注水使這幾口井的層間矛盾得到了有效緩解，水驅動用程度得到進一步提高，使這些薄差層、難動用層的能量得到了有效補充，滿足了不同開發層系對能量的需求。

2）采用壓力波和流量波雙重通訊方式，可以有效提高檢波的準確度，同時滿足在低滲井中解碼的成功率。

3）通過現場實施井次作業效果分析，目前4口分注井分注成功率、測試成功率達到100%，層段配注合格率達到90%以上，分層流量測試誤差控制在10%以內，分注管柱有效期一年以上，達到預期指標。

4）通過無線智能配水器技術現場試驗，提高了水井分層注水精度及配注合格率，降低了調配工作量，達到真正意義上的“智能精細注水”。

5）在確保井下注水正常的前提下，達到地質配注要求，必須保證注水壓力正常平穩，波動小于1MPa，水質達標；必須定期實時反洗井措施，確保注水層不受堵塞，可以正常注水；保證配水間220V交流電壓穩定，確保整個系統能夠正常運行。