智能分注技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用前景

王波

摘 要：我國(guó)作為世界上最大的石油消耗大國(guó)，進(jìn)口和自主開采是現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)石油資源供應(yīng)的主要形式。智能分注技術(shù)的試驗(yàn)成功標(biāo)志著油田分注技術(shù)上升到一個(gè)新的臺(tái)階。智能分注技術(shù)不需要在井下下去電纜或鋼絲來調(diào)配各段注水量，在井口通過壓力信號(hào)來控制井下各段水量，同時(shí)井下各段數(shù)據(jù)也可無纜傳輸?shù)骄?。智能分注技術(shù)能夠顯著提升分注井水量調(diào)配的效率和精度，大大節(jié)省了后期調(diào)配水量的成本投入。本文結(jié)合智能分注技術(shù)的基本特點(diǎn)和油田開發(fā)過程中的發(fā)現(xiàn)需求，探索智能分注技術(shù)的發(fā)展前景和具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能分注技術(shù);發(fā)展現(xiàn)狀;應(yīng)用前景

0 引言

油田注水技術(shù)是我國(guó)石油開采的重要環(huán)節(jié)。智能分注技術(shù)的提出有效解決了我國(guó)在分層注水工藝技術(shù)水平上存在的缺陷，能夠精確控制注水量，實(shí)現(xiàn)地上地下的持續(xù)連接，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。智能分注技術(shù)能夠促進(jìn)注水驅(qū)油效率的顯著提升，在強(qiáng)化對(duì)地下油層精確控制的同時(shí)，精確控水，既能夠提升驅(qū)油效率，有能夠降低水資源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)零污染開采?，F(xiàn)代化人工智能技術(shù)的發(fā)展能夠通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制實(shí)現(xiàn)分層注水，充分考慮了不同巖層、土壤間質(zhì)對(duì)地下石油開采的影響。智能分注技術(shù)能夠顯著提升地下多層次結(jié)構(gòu)的注水效率。

1 智能分注技術(shù)

近年來，我國(guó)關(guān)于油田開采技術(shù)的理論研究不斷成熟，而智能分注技術(shù)也在不斷發(fā)展中實(shí)現(xiàn)自我創(chuàng)新、自我突破。我國(guó)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，油田分布缺乏規(guī)律，油氣資源開采的過程急需通過智能化設(shè)備提高自身效率。注水工藝作為石油開采中的重要步驟對(duì)石油資源的開采質(zhì)量和開采效率均有著明顯的影響。優(yōu)化注水工藝既是節(jié)約水資源的需要，更是優(yōu)化開采流程，促進(jìn)智能產(chǎn)品運(yùn)用的客觀需要。以下將會(huì)就當(dāng)前主流的三種分層注水工藝進(jìn)行論述。注水開采工藝能夠顯著提升地下儲(chǔ)油空間中的內(nèi)部壓力，是石油開采行業(yè)穩(wěn)產(chǎn)增收的重要途徑。

1.1 可投撈式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分層注水工藝

作為機(jī)械式智能分層注水工藝的一種，可投撈式監(jiān)測(cè)設(shè)備的核心是配水器芯子，傳統(tǒng)的測(cè)試裝配工作需要對(duì)配水器芯子進(jìn)行反復(fù)投配和打撈，整個(gè)過程相對(duì)繁瑣且測(cè)量的精度和覆蓋面十分有限。尤其是井下情況相對(duì)復(fù)雜、井斜角度過大時(shí)，測(cè)試工作就難以有效完成。而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分層注水工藝也能夠保證井下監(jiān)測(cè)工作的連續(xù)性和持久度，它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)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(shè)備實(shí)現(xiàn)信息的無纜傳輸?？赏稉剖奖O(jiān)測(cè)設(shè)備在使用方法上與傳統(tǒng)投撈設(shè)備不無差異，但勝在監(jiān)測(cè)行為的持續(xù)性和連續(xù)性上，地面接收裝置能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋的信息對(duì)不同層次的注水量和注水速度進(jìn)行調(diào)整。

1.2 可充電式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分層注水工藝

可充電式監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了真正意義上的無纜信息傳輸，也是機(jī)械式智能分層注水設(shè)備的最新研發(fā)成果。由地面信息接收系統(tǒng)和地下數(shù)據(jù)感應(yīng)裝置兩個(gè)主要部分組成，通過信號(hào)發(fā)送和信號(hào)采集實(shí)現(xiàn)對(duì)井下壓力、水流量的多方位監(jiān)測(cè)?？沙潆娛奖O(jiān)測(cè)設(shè)備具備更長(zhǎng)的井下工作時(shí)間，且輻射范圍、勘測(cè)的深度更大。在整體注水量控制和限流方面，地面計(jì)算機(jī)設(shè)備能夠通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)井下設(shè)備的手動(dòng)操控，控制流量閥的閉合程度。可充電式注水工藝在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與組成方面更加精密，整體功能和使用性能更強(qiáng)。無纜信息傳輸?shù)暮诵脑谟跓o線電接收與發(fā)送裝置，而其控制系統(tǒng)的核心在于電機(jī)傳動(dòng)。

1.3 預(yù)置電纜式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分層注水工藝

通過預(yù)先放置的電纜連接監(jiān)測(cè)設(shè)備，通過延長(zhǎng)電纜將各層段配水器與計(jì)算機(jī)控制中心銜接起來，預(yù)置電纜和監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠針對(duì)性的就井下監(jiān)測(cè)目標(biāo)進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，其電力供應(yīng)和信息傳導(dǎo)的穩(wěn)定性更強(qiáng)，不容易受到外界人為因素和自然因素的影響。預(yù)置電纜實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)建立在成熟的完井施工體系之下，現(xiàn)階段我國(guó)完井施工體系和施工方法尚有待完善。近年來，預(yù)置電纜式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分層注水工藝在國(guó)外廣泛運(yùn)用的根源在于系統(tǒng)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(tǒng)基本構(gòu)成及工藝

智能分注系統(tǒng)主要由四個(gè)部分構(gòu)成，分別是地面集成控制系統(tǒng)、控制管線和電纜、多級(jí)分層流量控制裝置、井下信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。智能分注系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)主要從這四個(gè)部分出發(fā)。首先，位于進(jìn)行不斷石油層斷面的采集裝置對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行信息采集，采集內(nèi)容主要有注水流量、流速、水壓、水溫。操控人員可以根據(jù)實(shí)習(xí)監(jiān)測(cè)需要對(duì)信息采集裝置進(jìn)行控制，轉(zhuǎn)動(dòng)其方位或角度。地面操控中心接受到井下監(jiān)測(cè)信息后，下發(fā)指令，指令從控制管線和電纜周圍的封閉系統(tǒng)中進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)，通過液壓和聯(lián)動(dòng)裝置，控制流水閥的開合。井下流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將會(huì)持續(xù)監(jiān)測(cè)進(jìn)行情況，通過動(dòng)態(tài)反饋不斷了解流量閥的開關(guān)程度，通過不斷嘗試和不斷調(diào)整，就會(huì)形成一個(gè)逐漸規(guī)范流量控制限度。

2.2 智能分注系統(tǒng)的工作原理

智能分注系統(tǒng)的另一個(gè)關(guān)鍵在于測(cè)調(diào)原理。測(cè)調(diào)工藝主要通過計(jì)算機(jī)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(gè)控制開關(guān)控制多個(gè)流量閥。所有流量閥同開同關(guān)控制體系中任何一個(gè)控制器都能夠控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。開關(guān)以串聯(lián)合并并聯(lián)的模式進(jìn)行，例如，流量閥A、B，控制開關(guān)1.2.3，當(dāng)開關(guān)1.3同時(shí)閉合時(shí)，流量閥A開始啟動(dòng)，當(dāng)開關(guān)1.3同時(shí)閉合時(shí)，流量閥B開始啟動(dòng)。該控制模式具有較強(qiáng)的連帶性，能夠發(fā)揮不同開關(guān)之間的協(xié)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(fù)雜，其中包含了復(fù)雜的解碼器系統(tǒng)，所有的控制線路均通過與解碼器之間的連接從而實(shí)現(xiàn)對(duì)流量閥的控制，由三根導(dǎo)線同時(shí)和一個(gè)解碼器相連，三個(gè)導(dǎo)線的末端連接的是信息采集裝置和中心設(shè)備操控系統(tǒng)，控制線能夠通過一定的數(shù)值變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整或根據(jù)管理人員下達(dá)的指令進(jìn)行有目的的調(diào)整。運(yùn)用解碼器進(jìn)行控制能夠使得流量閥的開合更具智能化特點(diǎn)。

2.3 n+1控制原理和3+2控制原理的特點(diǎn)

以上兩種控制原理并與優(yōu)劣之分，其區(qū)別在于使用范圍和應(yīng)用對(duì)象不同。二者共同致力于油田注水工藝的智能化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)人工操作到自動(dòng)控制的過渡。以上兩種注水工藝主要基于預(yù)置電纜式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分層注水工藝，通過預(yù)先安裝實(shí)現(xiàn)對(duì)注水井注水情況的持續(xù)測(cè)量。對(duì)于井下結(jié)構(gòu)復(fù)雜、井深深度大、井斜角度大等復(fù)雜的井下環(huán)境，預(yù)裝式結(jié)構(gòu)均能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè)和控制效能的最大化。流量閥的主要?jiǎng)恿χ饕且簤貉b置，不同于電機(jī)驅(qū)動(dòng)，液壓裝置對(duì)動(dòng)能的要求量較低，在節(jié)省能源的同時(shí)，液壓裝置可操控性和操控的穩(wěn)定性更佳。對(duì)于流量閥的控制精度進(jìn)行細(xì)化，同時(shí)，當(dāng)井下壓力過高時(shí)，液壓裝置也能夠爆發(fā)出強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力，對(duì)于高壓下的井下注水作業(yè)具有一定的幫助。基于這一特點(diǎn)的井下各類監(jiān)測(cè)元件普遍使用壽命較長(zhǎng)，元件之間的連接方式更加合理，動(dòng)力儲(chǔ)備更加充足。解碼器和控制系統(tǒng)的作用對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械分注系統(tǒng)的改動(dòng)要求不高，在機(jī)械化向自動(dòng)化轉(zhuǎn)型的過程中，無需對(duì)測(cè)量系統(tǒng)和信號(hào)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行改造，智能系統(tǒng)安裝更為便捷，采用人工操作和自動(dòng)操作雙模式，既要保證自動(dòng)操作的便捷性，又能夠通過人為操作對(duì)自動(dòng)控制進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3 智能分注關(guān)鍵技術(shù)

3.1 注水信息的分層監(jiān)測(cè)

向井下注水時(shí)，對(duì)注水量和注水速度的控制應(yīng)當(dāng)進(jìn)行測(cè)速裝置的監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行調(diào)整。然后，在井下狹窄的儲(chǔ)油空間下，由于井下空氣壓力較大，且不乏存在一定的雜質(zhì)堵塞出水口，這時(shí)位于出水口處的流速感應(yīng)器就會(huì)得到錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果。是的解碼器和地面操控人員錯(cuò)誤的認(rèn)為注水水量一定達(dá)到要求。如此一來，目標(biāo)層次的地下油層就會(huì)出現(xiàn)注水量不足的情況，將會(huì)嚴(yán)重影響出油質(zhì)量和效率。因此，在后期發(fā)展過程中應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注注水流速監(jiān)測(cè)的真實(shí)性，通過完善井下注水相關(guān)參數(shù)，降低部分影響因子對(duì)注水質(zhì)量的影響。

3.2 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

分層注水過程中，需要對(duì)不同的層次、不同平面的注水情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，儲(chǔ)油深度和地質(zhì)強(qiáng)度的不同對(duì)注水量的要求也會(huì)隨之變化。在分層注水時(shí)，既要完善整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的全面性，又要立足于個(gè)體層次，確保特殊儲(chǔ)油層的注水效果。除了在監(jiān)測(cè)形式上的改變，在監(jiān)測(cè)內(nèi)容上也應(yīng)當(dāng)作出進(jìn)一步突破。即豐富井下監(jiān)測(cè)的內(nèi)容，從井下氣壓、空氣密度到空氣濕度，不斷完善相關(guān)影響因素的監(jiān)測(cè)。智能分注技術(shù)的核心與最終落腳點(diǎn)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分層注水工藝的無纜信息技術(shù)在信息傳輸?shù)男问缴献鞒隽嗣黠@的創(chuàng)新。位于井下的配水器將會(huì)對(duì)井下注水情況進(jìn)行信息采集，隨后將結(jié)果以無線傳輸?shù)男问缴蟼鞯街醒氩倏叵到y(tǒng)。然而這一流程通常會(huì)行為油井深度過大而使得信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性不夠，這時(shí)就需要往井下投入中繼站，縮短信息傳輸?shù)木嚯x。

3.4 井下供電

盡管預(yù)置電纜能夠有效保證井下的電能供應(yīng)，然而預(yù)置電纜的鋪設(shè)過程對(duì)人力、財(cái)力的投入仍然很大。且完井工程的全面落實(shí)更會(huì)大大延長(zhǎng)油井的開采時(shí)間，導(dǎo)致整體開采進(jìn)度受到影響。井下供電技術(shù)的全面推進(jìn)將會(huì)有效解決井下感性裝置和流水閥的動(dòng)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(fā)展方向應(yīng)當(dāng)朝著自主發(fā)電的方向邁進(jìn)，在注水口增加渦輪發(fā)電機(jī)，在注水時(shí)在感應(yīng)器帶來源源不斷的動(dòng)力。

4 智能分注技術(shù)的發(fā)展前景

4.1 普及率大大提升

未來50年，我國(guó)將正式進(jìn)入石油開采的高速期，智能分注技術(shù)將會(huì)在一線開采現(xiàn)場(chǎng)得到大規(guī)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(zhì)量，才能使得有效的資源得到充分利用。

4.2 感應(yīng)系統(tǒng)的一體化和多樣化

隨著石油開采行業(yè)的縱深發(fā)展，井下注水作業(yè)的精度和要求將會(huì)進(jìn)一步提升，我國(guó)石油開采難度將會(huì)進(jìn)一步增大。這時(shí)對(duì)井下注水感應(yīng)將會(huì)朝著更為精致化的方向邁進(jìn)。不再局限于溫度、壓力、流速等傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)要點(diǎn)。

4.3 信息采集與智能控制

將人工智能運(yùn)用到計(jì)算機(jī)程序控制中，積極開發(fā)新型解碼系統(tǒng)和均衡器，制定系統(tǒng)化的注水閥管理辦法。運(yùn)用計(jì)算機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)注水量的智能控制。

5 結(jié)束語

現(xiàn)階段，我國(guó)智能分注技術(shù)發(fā)展?jié)摿薮?，有著巨大的上升空間和廣闊的市場(chǎng)需求。結(jié)合制造業(yè)和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的最新成果，打造系統(tǒng)化的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，智能化的中控系統(tǒng)。加強(qiáng)對(duì)井下信息采集裝置的一體化建設(shè)，打造尖端科技，促進(jìn)井下無效數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的建設(shè)，全面建成無纜通信系統(tǒng)。

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