渤海油田智能分注技術應用現狀及發展前景

陳征，張樂，藍飛，張曉冉，宋鑫，張志熊，王威，徐元德

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

隨著原油需求的不斷提高，如何合理高效地開發油藏成為油田科技工作者們關注的問題[1]。注水開發憑借其工藝簡單、流程簡易、成本低廉等優勢而被廣泛應用于各大油田[2-3]。渤海油田由于注采井間距大，水驅開發具備注采速度快、開發時效性強等特點，屬于強注強采模式[4-6]。過高的注入速度使得生產井見水較快，注入水沿高滲透層會發生明顯的突進現象[7-9]。而且渤海油田埋藏深度較淺，儲層膠結程度不強，過高的注入速度導致水對多孔介質造成嚴重的沖刷，使得特高滲透條帶或大孔道發育明顯，非均質性日益突出[10-12]。對于層內非均質的矛盾，油田科技工作主要是利用強凝膠對高滲透層進行封堵[13-14]。而對于層間非均質的矛盾，石油科技工作者主要采取分層注水技術代替常規的籠統注水技術[15-16]。分層注水技術是指在注入井中下入隔離封隔器，把儲層滲透率相差較大的油層分隔開，而后采用配水器進行分層配水，使得高滲透層注水量得到控制，而中低滲透層注水程度提高，進而每個油層都能發揮作用[17]。與傳統的籠統注水技術相比，分層注水技術能夠有效地防止水沿優勢通道發生竄逸，從而提高中低滲透層的動用程度。與陸上油田相比，海上油田的作業受到平臺空間和人員的限制，且海上油田大多以大斜度井和水平井為主，鋼絲作業也較為不便[18-20]。與常規分層注水技術相比，智能分注技術使得調配工作無須工作筒打撈作業，很大程度上節約了礦場作業的費用和時間。因此，本文針對渤海油田實際注水開發情況，綜述了國內外注水開發技術的發展歷程，指出了智能分注技術在渤海油田的應用狀況，歸納了智能分注技術的特點及優勢，并對智能分注技術的發展方向提出展望，為渤海油田開發提供參考性建議。

1 國內外智能分層注水技術發展歷程

1.1 國外智能分層注水技術發展歷程

國外先進的注水技術集中體現在智能注采系統的注入端，多個國外能源技術公司如Welldynamics、Baker Hughes、Schlumberger、Weatherford等公司提供智能注采服務，國外智能注采系統，應用較多的主要有以下幾種。

1.1.1 Smart Well智能井系統[21]

20世紀90年代末期，哈里伯頓公司采用自主攻關的Smart Well液壓式智能井技術在Brunei油田開展試驗。該系統通過HF-1型穿線式管內封隔器和電纜傳輸線配合，通過液壓方式調控控制閥，可實現至多3個油層的智能開采。但該系統存在一定缺陷，只能以液壓方式實現開關操作。

1.1.2 InCharge智能井系統[22]

InCharge系統是首個利用電力驅動和傳輸的智能系統，通過電氣自動化達到實時監控生產和注水作業的目的，并利用電纜傳輸可以實現對流量、壓力等參數的監測，并可實現多個儲層中某一儲層的開關。

1.1.3 PulseEight智能井系統[23]

由Tendeka公司生產的PulseEight系統以壓力脈沖遙感技術為基礎，可實現井下裝置與井口的無線傳輸。PulseEight系統通過運行程序發送信號，可以實現遠程操控，并針對井下情況進行實時調整。

1.1.4 哈里伯頓ATS聲波遙測系統[24]

該系統主要利用聲波傳輸原理，并通過中繼器作為信號傳輸的紐帶系統，試下井下工具的相互連通，通過程序修正，確保井下數據準確，達到測調目的。

1.1.5 斯倫貝謝EnACT無線井下油藏測試系統[25-26]

由斯倫貝謝公司研發的EnACT無線遙測傳輸系統是利用電磁學原理，通過低頻電磁信號實現井底與井口間的信息傳輸。該系統主要是綜合了無線傳輸和原有的IRDV技術實現井口與井地的雙向通訊。

除了上述幾種智能井系統外，Digital Hydraulics TM智能井系統、InForce智能井系統、MultiNode?全電動智能井系統等都是國外常見的智能井系統[27]。

1.2 國內智能分層注水技術發展歷程

1.2.1 傳統測調技術

傳統測調技術主要是利用鋼絲作業將流量計下入到目標儲層，進行測試調配。如不滿足配注要求，則下入打撈器將帶有水嘴的芯子或堵塞器撈出，更換水嘴，更換后重新將芯子或水嘴投入工作筒，再次測試水量，直至滿足要求為止[28]。

隨著測調工藝技術的發展，相繼出現了665偏心管柱、同心集成管柱、橋式偏心管柱、空心集成管柱、一投三分管柱、偏心集成管柱等，均配套了相應的測試調節工藝[29-30]。

智能分注技術發展前，海上油田常用的傳統測調技術包括一投三分技術、空心集成技術和同心分注技術[31]。一投三分技術主要是將工作筒下入井底，通過多個測試通道，實現對目標儲層的測調，但是一投三分技術的缺點是壓力計和流量計之間相鄰過近，存在相互干擾，數據準確性較差并且一投三分技術測調層數受到限制，最多可測調3層[32]。空心集成技術中間存有測試通道，可以將測試工具串放入井下，空心集成技術一次可測調兩層。同心分注技術解決了海上油田目標層段防砂后防砂內通徑較小的注水井分層測調問題，但同時采用同心分注技術測調降低了測調效率，增加了測調過程中鋼絲作業投撈的次數[33]。

傳統測調工藝所需的工具、儀器成本低，結構簡單，但需要頻繁投撈，費時費力，效率低，只適用于斜度不大的注水井。

1.2.2 邊測邊調技術

邊測邊調工藝是在傳統測調工藝基礎上，為減輕勞動強度，提高測調效率而發展起來的。偏心邊測邊調工藝井下工作筒的結構和功能沒有根本改變，只是將固定式水嘴改為可調水嘴，測調儀器發生了根本性的改變，采用一趟作業，既能完成測試，又可完成水量調節，無須頻繁起下儀器和投撈工具，大幅提高了測調效率，目前陸上油田在大規模推廣應用。

在偏心邊測邊調工藝的基礎上，針對海上油田斜井的應用需求，為進一步提高井下工具和測調儀器的對接成功率和可靠性，海上油田逐漸發展了同心邊測邊調工藝技術，與偏心邊測邊調工藝的工作原理相同，工藝可滿足斜度在60°以內的斜井的調配需要，現場應用取得良好的成效，單井測調效率顯著提升，測調過程可實時監控，進一步提高了單層測調準確度，保障分層測調合格率[34-35]。

該類工藝直接成本高于傳統工藝，但由于提高了測調效率，降低了勞動強度，提高了注水合格率，其間接效益遠高于傳統工藝。

1.2.3 智能測調技術

隨著機電一體化技術的不斷發展和對注水效果要求越來越高，各油田及相關行業競相開展智能測調工藝技術，以滿足不同井況，實現盡可能少的人工參與，盡可能高的注水合格率。

大慶油田研制了一種智能測調技術，測調部分全部置于井下工作筒內，可完成壓力、溫度、流量的實時監測記錄以及水量調整，由電池供電，不定期下入通訊儀器進行數據交換和完成對電池的充電，雖然可以定時的讀取井下的數據，但是該方式仍然沒有擺脫電纜作業，不適用與大斜度井和水平井。

壓電控制智能測調技術是在井口發送壓力波控制井下工作筒動作，完成水量分段控制，適用于大斜度井和水平井。井下工作筒由電池供電，可以完成參數測量、存儲，但數據無法直接傳到地面，電池也無法充電，所以壽命較短。

中石油勘探院試制了偏心智能測調工作筒，電池及水嘴部分可投撈、更換，延長了使用壽命，但是更換電池水嘴的過程還是離不開鋼絲電纜作業，不能應用于大斜度井和水平井。

為了避免鋼絲電纜作業、提高單井分層注水測調效率和滿足油藏精細化注水的應用需求，近幾年來陸上油田和海上油田均開展了預置電纜測調工藝技術的研究工作，技術成果已在現場規模化應用，技術配套工藝與工具日趨完善、成熟。技術配套井下測調工作筒具有分注數據采集和注水量調控功能，井下工作筒和地面測調設備通過預置電纜進行供電和信號傳輸，分層測調僅需地面測調設備發送控制指令就可快速實現分層的測試和調配，相比與傳統測調技術注水井的測調效率極大提升，同時無須鋼絲電纜作業，解決了大斜度井分層測調難的問題[36]。伴隨著這些工藝技術自動化程度進一步提高，雖然直接成本大幅增加，但節省了后期的測試調配，注水合格率保持在很高水平，其間接效益巨大，所以其發展空間還很大。

2 海上油田智能分注技術的特點及應用情況

與傳統測調工藝相比，智能分注技術避免了鋼絲作業，提高了測調效率，智能分注技術具有不占用平臺甲板、測調效率高、操作簡單等特點，特別適用于海上平臺注水井的推廣應用[37]。其中海上油田常用的智能分注技術主要包括有纜智能分注技術和無纜智能分注技術，有纜智能分注技術主要是利用電纜傳輸電信號，通過電信號的傳輸與反饋可實現對井下配水器的實時調節，常用的有纜智能分注技術還包括有纜電磁智能分注技術和有纜雙通道智能分注技術[38]。無纜智能分注技術主要是通過壓力信號作為載體，對壓力信號進行程序編碼，通過傳輸壓力信號傳輸對井下配水器進行調節。無纜智能測調技術一定程度上規避了水電短路的風險，但同時受到電池壽命的影響較為嚴重。同時，無纜智能測調技術也存在一定的缺點，與有纜智測調技術相比，無纜智能測調每次進行一次測調時間相對較長，測試數據精度比有纜低[39]。

3 海上油田智能分注技術的發展前景

與傳統智能測調技術相比，有纜智能測調技術與無纜智能測調技術大大提高了工作效率，降低了工作成本和作業時間，對于海上油田而言，由于作業空間存在限制，仍需要技術創新提高海上油田的測調效率。與光纖傳導技術、超聲波技術以及電磁技術等相結合將會是海上油田智能分注技術的突破方向。

4 結 論

1）與傳統測調技術相比，海上油田智能分注技術使得注水井的測調效率極大提升，無須鋼絲電纜作業，解決了大斜度井分層測調難的問題。

2）海上油田常用的智能分注技術主要是有纜智能分注技術和無纜智能分注技術，有纜智能分注技術主要是利用電纜電信號傳輸數據，無纜智能分注技術主要是通過壓力信號傳輸數據。

3）與光纖傳導技術、超聲波技術以及電磁技術等相結合將有助于海上油田智能分注技術的進一步發展。