數(shù)字化油田智能分層注水技術(shù)研究與試驗(yàn)

梁鳳霞，袁 帥，謝 敏，趙明陸，張 亮

（長慶油田分公司第三采油廠 郝坨梁作業(yè)區(qū)，寧夏 靈武 750400）

0 引言

新時(shí)期環(huán)境下，我國經(jīng)濟(jì)水平逐漸提升，對(duì)低滲透油藏的高效開發(fā)需求也日益增大，所以對(duì)分層注水技術(shù)提出了更高的要求。以往的分層注水工作為滿足儲(chǔ)層地質(zhì)配注需求，會(huì)通過人工來測量調(diào)節(jié)分層注水量，工作效率較低。而數(shù)字化油田智能分層注水技術(shù)具備較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢，能有效提升工作效率，因此對(duì)其進(jìn)行深入研究意義重大。

1 數(shù)字化油田智能分層注水技術(shù)概述

1.1 技術(shù)類型

國內(nèi)學(xué)者基于國內(nèi)油田開發(fā)條件下，對(duì)分層注水工藝的實(shí)時(shí)監(jiān)測及控制技術(shù)進(jìn)行了深入探究。在合理優(yōu)化下，設(shè)計(jì)出了3 種技術(shù)類型。①可投撈式實(shí)時(shí)監(jiān)測分層注水技術(shù)。該技術(shù)組成結(jié)構(gòu)中，主要包括偏心分層管柱、力感定位投撈工具、地面控制系統(tǒng)、可投撈一體化智能配水器以及接力通信系統(tǒng)［1］。這一技術(shù)手段會(huì)將無線通信天線、電池、控制器以及傳感器等集成在配水器上，確保參數(shù)監(jiān)測以及自動(dòng)測調(diào)功能的實(shí)現(xiàn)。②預(yù)制電纜式實(shí)施監(jiān)測分層注水技術(shù)。該技術(shù)在一定程度上借鑒了國外的智能完井技術(shù)，具體是在井下放置智能配水器，利用電纜實(shí)現(xiàn)與地面控制平臺(tái)的有效連接，以開展注水調(diào)配及采集相應(yīng)參數(shù)等工作，還可以為地下智能裝置供應(yīng)所需電能。③可充電式實(shí)施監(jiān)測分層注水技術(shù)。這一技術(shù)的配水器共由5 個(gè)模塊構(gòu)成，模塊一：電源，組成結(jié)構(gòu)包括高能充電電池、電源管理系統(tǒng)以及非接觸電源轉(zhuǎn)換模塊；模塊二：流量調(diào)控，主要組成結(jié)構(gòu)包括流量控制閥、傳動(dòng)總成以及大扭矩直流減速電機(jī)；模塊三：遠(yuǎn)程雙向通信，組成結(jié)構(gòu)包括無線通信模塊、電力載波模塊以及天線；模塊四：主控單元，組成結(jié)構(gòu)包括整套配水器所有模塊的控制電路，起著核心控制作用；模塊五：參數(shù)采集，組成結(jié)構(gòu)包括渦街流量傳感器、兩路壓力傳感器以及溫度傳感器。

1.2 技術(shù)原理及特點(diǎn)

實(shí)際工作中，數(shù)字化智能分層注水技術(shù)會(huì)結(jié)合各層實(shí)際需求進(jìn)行配注量的設(shè)定，通過井下智能配水器自動(dòng)控制流量，還會(huì)對(duì)相應(yīng)注水動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及存儲(chǔ)，如井下流量參數(shù)、溫度以及壓力等，此外，還能實(shí)現(xiàn)井下自動(dòng)驗(yàn)封。應(yīng)用電纜將井下控制器與地面操作軟件及控制儀連接，可以實(shí)現(xiàn)非接觸式通信，實(shí)時(shí)掌握井下數(shù)據(jù)情況，技術(shù)原理為：①各注水層位上均會(huì)帶有相應(yīng)的井下智能配水器［2］，各層之間應(yīng)用封隔器隔開；②嚴(yán)格控制各層注水量的實(shí)際情況，通過微處理器對(duì)閥門開度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使其大小維持在合理范圍內(nèi)；③能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)井下地層壓力、流量、注水壓力以及溫度的長期監(jiān)測，并且具備相應(yīng)的驗(yàn)封功能；④井下控制器能夠與地面實(shí)現(xiàn)無接觸連接，從而對(duì)相應(yīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行重新配置，如注水量大小等，還能了解井下壓力、流量等相關(guān)情況。

作為一種新型的注水調(diào)配模式，該技術(shù)是將相關(guān)功能組件統(tǒng)一集成，從而構(gòu)建較為典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，以達(dá)到智能化控制效果，共具備以下幾點(diǎn)功能特點(diǎn)。①直讀檢測。數(shù)字化油田智能分層注水技術(shù)可以通過電纜來實(shí)現(xiàn)井下控制器與地面的良好連接，在非接觸通信下直接讀取及檢測井下的流量變化、壓力、溫度等，同時(shí)會(huì)顯示出各層的實(shí)際數(shù)據(jù)。②智能測調(diào)。與當(dāng)前大多數(shù)配水器相比，數(shù)字化油田智能分層注水技術(shù)具備獨(dú)立的流量計(jì)，基于設(shè)定配注量，井下配水器可以進(jìn)行自動(dòng)調(diào)配，無須人工操作。③長期監(jiān)測。在規(guī)定時(shí)間段，井下配水器會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集，進(jìn)而將其存儲(chǔ)于指定芯片中，在實(shí)際通信過程中，會(huì)將這些數(shù)據(jù)信息發(fā)送至地面控制儀中，對(duì)這些數(shù)據(jù)詳細(xì)分析后，可詳細(xì)了解注水情況，為后期對(duì)儲(chǔ)層吸水性的分析提供有力依據(jù)。④調(diào)配效率高。數(shù)字化油田智能分層注水技術(shù)的分注系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)智能測調(diào)［3］，因此能夠進(jìn)行多個(gè)配水器的同時(shí)測調(diào)，調(diào)配效率較高。⑤自動(dòng)驗(yàn)封。由于配水器上帶有管內(nèi)、管外壓力計(jì)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)驗(yàn)封。⑥人工調(diào)整分層注水量時(shí)，無須坐層，因此大大減少了測調(diào)工作量。⑦一次施工即可做好分注控制工作，不會(huì)用到較多的物力、人力。⑧不會(huì)用到投撈水嘴，能夠降低勞動(dòng)強(qiáng)度，有效縮短調(diào)配時(shí)間。

2 數(shù)字化油田智能分層注水技術(shù)的工藝流程及現(xiàn)場試驗(yàn)

2.1 工藝流程

該技術(shù)的工藝流程主要包括三大環(huán)節(jié)的實(shí)際操作，第一環(huán)節(jié)為儀器下井前操作，第二環(huán)節(jié)為儀器下井操作，第三環(huán)節(jié)為油藏?cái)?shù)據(jù)監(jiān)控操作，具體如下。

首先，儀器下井前操作，包括以下內(nèi)容：①準(zhǔn)確記錄注水井的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；②對(duì)工具儀器進(jìn)行詳細(xì)的檢查，包括電纜、地面以及井下控制器等；③利用電纜將地面控制器與井下控制器連接在一起，并且做好檢測工作。

其次，儀器下井操作，包括以下內(nèi)容：①將電纜拉緊，同時(shí)將測試閘門打開，緩緩下放儀器；②利用絞車下放儀器的過程中，下放應(yīng)平穩(wěn)緩慢進(jìn)行，速度應(yīng)≤70 m/min，同時(shí)，還應(yīng)注意計(jì)數(shù)器是否存在卡字、跳字現(xiàn)象，電纜是否出現(xiàn)變形問題。

最后，油藏?cái)?shù)據(jù)監(jiān)控操作，包括以下內(nèi)容。①開注。若智能分注井剛坐封，恢復(fù)注水前應(yīng)先進(jìn)行開注作業(yè)，簡單而言就是將儀器下放至井中，打開各層配水器的水嘴；在配水器上方100 m 位置處打開儀器供電。然后下放儀器，通過磁定位可以確定各層配水器的具體位置。從上至下逐層開注：以≤10 m/min 的速度下放井下控制器，將其放置每層配水器上、下方的0.5～2 m 位置處，將儀器與配水器對(duì)接，再將各層配水器水嘴打開。②調(diào)配。這一環(huán)節(jié)有兩種調(diào)配方式，一種為自動(dòng)調(diào)配，這種調(diào)配方式無須下放井下控制器，只需提前預(yù)設(shè)智能配水器流量值，同時(shí)開啟自動(dòng)調(diào)節(jié)功能即可。另一種為手動(dòng)調(diào)配，這種調(diào)配方式需要下放井下控制器，具體操作步驟如下：步驟一，進(jìn)行分注井的調(diào)配作業(yè)，將井場原始注入量、套壓以及油壓詳細(xì)記錄下來，根據(jù)實(shí)際注配方案進(jìn)行井口流量調(diào)節(jié)，直至符合配注要求；步驟二，按照配注要求進(jìn)行全井流量調(diào)節(jié)，以滿足配注要求；步驟三，若未能符合實(shí)際配注要求，應(yīng)適當(dāng)調(diào)大弱吸水層水嘴、調(diào)小強(qiáng)吸水層水嘴，測試分層流量情況，直至符合配注要求，并且還應(yīng)錄取調(diào)整后的流量曲線，將調(diào)配環(huán)節(jié)套壓及油壓變化詳細(xì)記錄下來。③數(shù)據(jù)回放，參數(shù)設(shè)置。以≤10 m/min 的下放速度下放井下控制器，將其放置每層配水器上、下方的0.5～ 2m 位置處，將儀器與配水器對(duì)接，對(duì)接工作完成后，按照實(shí)際需求，收發(fā)指令，通過電腦的上位機(jī)軟件，能夠?qū)@得的數(shù)據(jù)繪制成測井曲線［4］，同時(shí)，還能生成相應(yīng)的報(bào)表。④上起儀器。完成開注、調(diào)配工作后，在絞車與人力配合下將儀器拉入防噴管內(nèi)；將測試閥門關(guān)閉，并取出井下控制器。⑤填寫測試原始報(bào)表。實(shí)際測試環(huán)節(jié)，需要嚴(yán)格按照相應(yīng)要求將相關(guān)數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄下來，形成資料以供后期使用。⑥測后工作。保證測試儀器及工具干凈清潔，擦拭完畢后固定好放入試井車中，并清理干凈井場；告知地質(zhì)所及作業(yè)區(qū)測井工作已完成；將測試過程中獲得的所有數(shù)據(jù)以及曲線保存好；試井隊(duì)長對(duì)數(shù)據(jù)、報(bào)表以及曲線進(jìn)行驗(yàn)收、簽字，同時(shí)一并將其上交給上級(jí)部門。

2.2 現(xiàn)場試驗(yàn)

某油田在2017 至2018 年進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了分層注水量的智能測調(diào)，同時(shí)做到了對(duì)油田生產(chǎn)動(dòng)態(tài)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測，包括井下流量、溫度以及分層壓力等。此外，基于無線雙向通信功能，獲取數(shù)據(jù)困難的問題得以有效解決，取得了較好的現(xiàn)場試驗(yàn)效果。數(shù)字式智能分注工藝具備較多功能，包括實(shí)時(shí)監(jiān)測錄取井下分層注水參數(shù)、分層流量自動(dòng)測調(diào)、封隔器自動(dòng)驗(yàn)封以及自動(dòng)壓降測試等，實(shí)現(xiàn)了低滲透油藏動(dòng)態(tài)參數(shù)的永久連續(xù)監(jiān)測，一方面可以方便相關(guān)工作人員更加了解剩余油分布與儲(chǔ)量動(dòng)用情況，另一方面有助于對(duì)油藏分層注水的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

3 數(shù)字化油田智能分層注水技術(shù)發(fā)展趨勢

①一體化。智能分層注水系統(tǒng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，測量及控制流量、壓力以及溫度是較為重要的工作。基于一體化技術(shù)，可以在配水器上實(shí)現(xiàn)流量、溫度以及壓力傳感器的集成，同時(shí)能夠利用單只儀器做好地層壓力、井下溫度、注水壓力以及流量參數(shù)的采集處理工作，這種情況下解決了注水測調(diào)工作中需要應(yīng)用多種配套工具的弊端，使這一工作環(huán)節(jié)被大大簡化。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，油田注釆水平會(huì)逐漸提高，這也會(huì)對(duì)分層注水技術(shù)提出更高的要求。在集成化以及模塊化思想下，智能分層注水技術(shù)的一體化發(fā)展對(duì)智能系統(tǒng)的擴(kuò)展與移植意義重大，能夠進(jìn)一步促進(jìn)智能分層注水系統(tǒng)的有效發(fā)展。②智能化。未來井下裝備發(fā)展中，智能化是主要的發(fā)展方向，智能化分層注水系統(tǒng)的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)水嘴開度值的自動(dòng)測調(diào)以及井下數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，兩種功能的良好實(shí)現(xiàn)，能夠進(jìn)一步促進(jìn)油田采油工程發(fā)展。③高效化。大力推進(jìn)智能分層注水技術(shù)發(fā)展，其主要的目的在于提升低滲透油藏的水驅(qū)釆油效率。因?yàn)椴煌蛯悠錆B透率、流體性質(zhì)以及物性均會(huì)存在較大差異，因此實(shí)現(xiàn)高效化注水應(yīng)作為數(shù)字化油田智能分層注水技術(shù)未來發(fā)展的主要方向。

4 結(jié)語

采油工程不斷發(fā)展過程中，出現(xiàn)了較多的新型技術(shù)工藝，數(shù)字化油田智能分層注水技術(shù)就是其中的一種。在該技術(shù)的良好應(yīng)用下，能夠有效提升油田水驅(qū)采油效率，并且能在一定程度上節(jié)約成本。在未來，數(shù)字化油田智能分層注水技術(shù)還會(huì)向著智能化、一體化以及高效化方向轉(zhuǎn)變，更好地發(fā)揮自身作用，促進(jìn)采油工程健康發(fā)展。