機械式智能分層注水工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

金艷艷　豐宇

摘 要：科技在快速的發(fā)展，社會在不斷的進(jìn)步，針對目前海上油田注水技術(shù)存在調(diào)配工作量大，測調(diào)周期長，測調(diào)精度低，受井斜影響嚴(yán)重等問題，開展了機械式分層注水工藝技術(shù)研究。該工藝技術(shù)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(jiān)測、自動化工具調(diào)控等特點，實現(xiàn)了實時監(jiān)測、在線測調(diào)的功能。

關(guān)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(fā)的深入，油田注水開發(fā)的效果變差，層間矛盾突出，對于一個含油層系多、層內(nèi)、層間、平面非均質(zhì)性嚴(yán)重的油田，由于各分層的地質(zhì)特性存在較大的差異，造成各層間的吸水指數(shù)不同，通常水不是按比例進(jìn)入油層，則必須采取分層注水技術(shù)。

1機械式智能分注技術(shù)類型

1）可投撈式實時監(jiān)測分層注水工藝可投撈式實時監(jiān)測分層注水工藝組成結(jié)構(gòu)，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(tǒng)、地面控制系統(tǒng)以及偏心分層管柱。可投撈式實時監(jiān)測分層注水技術(shù)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(xiàn)自動測調(diào)和參數(shù)監(jiān)測功能，是典型的機、電、液一體化系統(tǒng)工程。2）預(yù)置電纜式實時監(jiān)測分層注水工藝預(yù)置電纜式分層注水技術(shù)借鑒了國外機械式智能完井技術(shù)，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(xiàn)連接，完成對采油層的參數(shù)采集和注水調(diào)配工作，同時能穩(wěn)定地為井下機械式智能裝置提供電能。3）可充電式實時監(jiān)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(yuǎn)程雙向通信模塊、參數(shù)采集模塊、主控單元模塊和流量調(diào)控模塊。其中遠(yuǎn)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(zhuǎn)換模塊、電源管理系統(tǒng)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(shù)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(nèi)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(xiàn)整體調(diào)配工作的核心控制。

2機械式智能分層注水工藝技術(shù)

2.1測調(diào)工藝流程。數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)將井下溫度、流量、壓力等數(shù)據(jù)采集后，作業(yè)人員通過地面控制系統(tǒng)手動或自動調(diào)節(jié)井下多級流量控制裝置，工藝圖如圖3所示，具體測調(diào)流程如下：（1）通過穿越液控管線的隔離/定位密封進(jìn)行分層;（2）油藏監(jiān)測系統(tǒng)（井下流量計）測得各層實際流量反饋至地面數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng);（3）根據(jù)油藏對各層配注量要求，確定對應(yīng)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(diào)節(jié)對應(yīng)的多級流量控制裝置至需要的開度;（5）油藏監(jiān)測系統(tǒng)（井下流量計）測得實時更新的流量數(shù)據(jù)至地面顯示;（6）根據(jù)需要再次調(diào)整多級流量控制裝置開度大小。循環(huán)以上步驟，直到調(diào)配結(jié)果達(dá)到設(shè)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(diào)功能，是整個系統(tǒng)的核心。其主體主要包括流量調(diào)節(jié)模塊、流量測試模塊、壓力測試模塊、控制電路、供電系統(tǒng)等部分。其中流量調(diào)節(jié)模塊中主要由電機、限位機構(gòu)、密封機構(gòu)、傳動系統(tǒng)、可調(diào)堵塞器（水嘴）構(gòu)成。機械式智能配水器主要完成流量、壓力、溫度等數(shù)據(jù)的采集和處理，控制電機、水嘴調(diào)節(jié)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(zhǔn)選擇對應(yīng)解碼器，從而控制對應(yīng)層位的流量閥?？刂圃砣鐖D1所示，1#控制線與解碼器的關(guān)閉口連接;2#控制線與解碼器的打壓口和解碼器進(jìn)入多級流量控制裝置關(guān)閉口連接;3#控制線與解碼器保壓口和解碼器進(jìn)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(xiàn)多級流量控制裝置的開關(guān)，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(yīng)的解碼器進(jìn)入流量閥關(guān)閉口與流量閥關(guān)閉口導(dǎo)通，3#對應(yīng)的解碼器進(jìn)入流量閥開啟口與流量閥開啟口導(dǎo)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(guān)閉流量閥指令時，2#控制線打壓，流量閥關(guān)閉;地面給出關(guān)閉流量閥指令時，1#控制線打壓，解碼器關(guān)閉。

2.4井下供電技術(shù)。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(yù)定周期內(nèi)為機械式智能配水器系統(tǒng)提供電能;第二種是采用電磁感應(yīng)原理的非接觸電能轉(zhuǎn)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(shù)，預(yù)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(fā)電裝置，目前已經(jīng)試驗應(yīng)用的有渦輪發(fā)電機，在為系統(tǒng)長期提供電能之外還能作為流量計測量流量。

2.5技術(shù)特點。該技術(shù)可實現(xiàn)井下數(shù)據(jù)實時采集、多級注水裝置在線液壓控制一體化，主要優(yōu)勢及技術(shù)特點如下：（1）該工藝注水監(jiān)測及調(diào)配裝置采用井下常置式安裝，實現(xiàn)了注水井實時監(jiān)測和在線測調(diào)的功能，無需鋼絲/電纜作業(yè)，測調(diào)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(yè)需求;（2）采用液壓機械控制方式調(diào)節(jié)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(yīng)井下復(fù)雜工況;（3）井下多級流量控制裝置可實現(xiàn)多達(dá)11級調(diào)控，流量可控范圍靈活，調(diào)節(jié)精度高，采用了關(guān)閉鎖、防漂移壓力鎖等先進(jìn)機構(gòu)，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(diào)控裝置的伺服調(diào)控要求及遠(yuǎn)程調(diào)控要求;（5）無需對當(dāng)前的生產(chǎn)設(shè)施進(jìn)行改造，適應(yīng)性廣，井下無活動的電子元器件，系統(tǒng)壽命長，可隨時進(jìn)行海上酸化、測試等作業(yè)。

結(jié) 語

隨著油田開發(fā)程度的深入，我國油田已進(jìn)入高含水開發(fā)后期，面對更加復(fù)雜變化的油層狀況，目前所開發(fā)的機械式智能分注技術(shù)水平與生產(chǎn)需求相比還存在一定的差距，有必要發(fā)展生產(chǎn)工況下井下壓力、流量、溫度等參數(shù)的長期連續(xù)機械式智能監(jiān)控技術(shù)，為精細(xì)油藏分析提供數(shù)據(jù)支持。首先實現(xiàn)油田穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)，進(jìn)一步提高挖潛效果;實現(xiàn)合理注采，保持層段間能動平衡，層實時自動調(diào)整、無需動用測試車和人工現(xiàn)場操作，嚴(yán)格保障注水合格率，降低投入成本，進(jìn)而實現(xiàn)科學(xué)注采和數(shù)字化油田建設(shè)。今后機械式智能分層注水技術(shù)將會適應(yīng)不同油藏條件、適應(yīng)不同井型。

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