渤海油田智能分注技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景

陳征，張樂，藍(lán)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(fā)油藏成為油田科技工作者們關(guān)注的問題[1]。注水開發(fā)憑借其工藝簡單、流程簡易、成本低廉等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用于各大油田[2-3]。渤海油田由于注采井間距大，水驅(qū)開發(fā)具備注采速度快、開發(fā)時(shí)效性強(qiáng)等特點(diǎn)，屬于強(qiáng)注強(qiáng)采模式[4-6]。過高的注入速度使得生產(chǎn)井見水較快，注入水沿高滲透層會(huì)發(fā)生明顯的突進(jìn)現(xiàn)象[7-9]。而且渤海油田埋藏深度較淺，儲(chǔ)層膠結(jié)程度不強(qiáng)，過高的注入速度導(dǎo)致水對(duì)多孔介質(zhì)造成嚴(yán)重的沖刷，使得特高滲透條帶或大孔道發(fā)育明顯，非均質(zhì)性日益突出[10-12]。對(duì)于層內(nèi)非均質(zhì)的矛盾，油田科技工作主要是利用強(qiáng)凝膠對(duì)高滲透層進(jìn)行封堵[13-14]。而對(duì)于層間非均質(zhì)的矛盾，石油科技工作者主要采取分層注水技術(shù)代替常規(guī)的籠統(tǒng)注水技術(shù)[15-16]。分層注水技術(shù)是指在注入井中下入隔離封隔器，把儲(chǔ)層滲透率相差較大的油層分隔開，而后采用配水器進(jìn)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(jìn)而每個(gè)油層都能發(fā)揮作用[17]。與傳統(tǒng)的籠統(tǒng)注水技術(shù)相比，分層注水技術(shù)能夠有效地防止水沿優(yōu)勢通道發(fā)生竄逸，從而提高中低滲透層的動(dòng)用程度。與陸上油田相比，海上油田的作業(yè)受到平臺(tái)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(yè)也較為不便[18-20]。與常規(guī)分層注水技術(shù)相比，智能分注技術(shù)使得調(diào)配工作無須工作筒打撈作業(yè)，很大程度上節(jié)約了礦場作業(yè)的費(fèi)用和時(shí)間。因此，本文針對(duì)渤海油田實(shí)際注水開發(fā)情況，綜述了國內(nèi)外注水開發(fā)技術(shù)的發(fā)展歷程，指出了智能分注技術(shù)在渤海油田的應(yīng)用狀況，歸納了智能分注技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)勢，并對(duì)智能分注技術(shù)的發(fā)展方向提出展望，為渤海油田開發(fā)提供參考性建議。

1 國內(nèi)外智能分層注水技術(shù)發(fā)展歷程

1.1 國外智能分層注水技術(shù)發(fā)展歷程

國外先進(jìn)的注水技術(shù)集中體現(xiàn)在智能注采系統(tǒng)的注入端，多個(gè)國外能源技術(shù)公司如Welldynamics、Baker Hughes、Schlumberger、Weatherford等公司提供智能注采服務(wù)，國外智能注采系統(tǒng)，應(yīng)用較多的主要有以下幾種。

1.1.1 Smart Well智能井系統(tǒng)[21]

20世紀(jì)90年代末期，哈里伯頓公司采用自主攻關(guān)的Smart Well液壓式智能井技術(shù)在Brunei油田開展試驗(yàn)。該系統(tǒng)通過HF-1型穿線式管內(nèi)封隔器和電纜傳輸線配合，通過液壓方式調(diào)控控制閥，可實(shí)現(xiàn)至多3個(gè)油層的智能開采。但該系統(tǒng)存在一定缺陷，只能以液壓方式實(shí)現(xiàn)開關(guān)操作。

1.1.2 InCharge智能井系統(tǒng)[22]

InCharge系統(tǒng)是首個(gè)利用電力驅(qū)動(dòng)和傳輸?shù)闹悄芟到y(tǒng)，通過電氣自動(dòng)化達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)和注水作業(yè)的目的，并利用電纜傳輸可以實(shí)現(xiàn)對(duì)流量、壓力等參數(shù)的監(jiān)測，并可實(shí)現(xiàn)多個(gè)儲(chǔ)層中某一儲(chǔ)層的開關(guān)。

1.1.3 PulseEight智能井系統(tǒng)[23]

由Tendeka公司生產(chǎn)的PulseEight系統(tǒng)以壓力脈沖遙感技術(shù)為基礎(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)井下裝置與井口的無線傳輸。PulseEight系統(tǒng)通過運(yùn)行程序發(fā)送信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，并針對(duì)井下情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

1.1.4 哈里伯頓ATS聲波遙測系統(tǒng)[24]

該系統(tǒng)主要利用聲波傳輸原理，并通過中繼器作為信號(hào)傳輸?shù)募~帶系統(tǒng)，試下井下工具的相互連通，通過程序修正，確保井下數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，達(dá)到測調(diào)目的。

1.1.5 斯倫貝謝EnACT無線井下油藏測試系統(tǒng)[25-26]

由斯倫貝謝公司研發(fā)的EnACT無線遙測傳輸系統(tǒng)是利用電磁學(xué)原理，通過低頻電磁信號(hào)實(shí)現(xiàn)井底與井口間的信息傳輸。該系統(tǒng)主要是綜合了無線傳輸和原有的IRDV技術(shù)實(shí)現(xiàn)井口與井地的雙向通訊。

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

1.2 國內(nèi)智能分層注水技術(shù)發(fā)展歷程

1.2.1 傳統(tǒng)測調(diào)技術(shù)

傳統(tǒng)測調(diào)技術(shù)主要是利用鋼絲作業(yè)將流量計(jì)下入到目標(biāo)儲(chǔ)層，進(jìn)行測試調(diào)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(diào)工藝技術(shù)的發(fā)展，相繼出現(xiàn)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(yīng)的測試調(diào)節(jié)工藝[29-30]。

智能分注技術(shù)發(fā)展前，海上油田常用的傳統(tǒng)測調(diào)技術(shù)包括一投三分技術(shù)、空心集成技術(shù)和同心分注技術(shù)[31]。一投三分技術(shù)主要是將工作筒下入井底，通過多個(gè)測試通道，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層的測調(diào)，但是一投三分技術(shù)的缺點(diǎn)是壓力計(jì)和流量計(jì)之間相鄰過近，存在相互干擾，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較差并且一投三分技術(shù)測調(diào)層數(shù)受到限制，最多可測調(diào)3層[32]。空心集成技術(shù)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(shù)一次可測調(diào)兩層。同心分注技術(shù)解決了海上油田目標(biāo)層段防砂后防砂內(nèi)通徑較小的注水井分層測調(diào)問題，但同時(shí)采用同心分注技術(shù)測調(diào)降低了測調(diào)效率，增加了測調(diào)過程中鋼絲作業(yè)投撈的次數(shù)[33]。

傳統(tǒng)測調(diào)工藝所需的工具、儀器成本低，結(jié)構(gòu)簡單，但需要頻繁投撈，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低，只適用于斜度不大的注水井。

1.2.2 邊測邊調(diào)技術(shù)

邊測邊調(diào)工藝是在傳統(tǒng)測調(diào)工藝基礎(chǔ)上，為減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高測調(diào)效率而發(fā)展起來的。偏心邊測邊調(diào)工藝井下工作筒的結(jié)構(gòu)和功能沒有根本改變，只是將固定式水嘴改為可調(diào)水嘴，測調(diào)儀器發(fā)生了根本性的改變，采用一趟作業(yè)，既能完成測試，又可完成水量調(diào)節(jié)，無須頻繁起下儀器和投撈工具，大幅提高了測調(diào)效率，目前陸上油田在大規(guī)模推廣應(yīng)用。

在偏心邊測邊調(diào)工藝的基礎(chǔ)上，針對(duì)海上油田斜井的應(yīng)用需求，為進(jìn)一步提高井下工具和測調(diào)儀器的對(duì)接成功率和可靠性，海上油田逐漸發(fā)展了同心邊測邊調(diào)工藝技術(shù)，與偏心邊測邊調(diào)工藝的工作原理相同，工藝可滿足斜度在60°以內(nèi)的斜井的調(diào)配需要，現(xiàn)場應(yīng)用取得良好的成效，單井測調(diào)效率顯著提升，測調(diào)過程可實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)一步提高了單層測調(diào)準(zhǔn)確度，保障分層測調(diào)合格率[34-35]。

該類工藝直接成本高于傳統(tǒng)工藝，但由于提高了測調(diào)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了注水合格率，其間接效益遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)工藝。

1.2.3 智能測調(diào)技術(shù)

隨著機(jī)電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展和對(duì)注水效果要求越來越高，各油田及相關(guān)行業(yè)競相開展智能測調(diào)工藝技術(shù)，以滿足不同井況，實(shí)現(xiàn)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(diào)技術(shù)，測調(diào)部分全部置于井下工作筒內(nèi)，可完成壓力、溫度、流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測記錄以及水量調(diào)整，由電池供電，不定期下入通訊儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和完成對(duì)電池的充電，雖然可以定時(shí)的讀取井下的數(shù)據(jù)，但是該方式仍然沒有擺脫電纜作業(yè)，不適用與大斜度井和水平井。

壓電控制智能測調(diào)技術(shù)是在井口發(fā)送壓力波控制井下工作筒動(dòng)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(shù)測量、存儲(chǔ)，但數(shù)據(jù)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(diào)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(yè)，不能應(yīng)用于大斜度井和水平井。

為了避免鋼絲電纜作業(yè)、提高單井分層注水測調(diào)效率和滿足油藏精細(xì)化注水的應(yīng)用需求，近幾年來陸上油田和海上油田均開展了預(yù)置電纜測調(diào)工藝技術(shù)的研究工作，技術(shù)成果已在現(xiàn)場規(guī)模化應(yīng)用，技術(shù)配套工藝與工具日趨完善、成熟。技術(shù)配套井下測調(diào)工作筒具有分注數(shù)據(jù)采集和注水量調(diào)控功能，井下工作筒和地面測調(diào)設(shè)備通過預(yù)置電纜進(jìn)行供電和信號(hào)傳輸，分層測調(diào)僅需地面測調(diào)設(shè)備發(fā)送控制指令就可快速實(shí)現(xiàn)分層的測試和調(diào)配，相比與傳統(tǒng)測調(diào)技術(shù)注水井的測調(diào)效率極大提升，同時(shí)無須鋼絲電纜作業(yè)，解決了大斜度井分層測調(diào)難的問題[36]。伴隨著這些工藝技術(shù)自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，雖然直接成本大幅增加，但節(jié)省了后期的測試調(diào)配，注水合格率保持在很高水平，其間接效益巨大，所以其發(fā)展空間還很大。

2 海上油田智能分注技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用情況

與傳統(tǒng)測調(diào)工藝相比，智能分注技術(shù)避免了鋼絲作業(yè)，提高了測調(diào)效率，智能分注技術(shù)具有不占用平臺(tái)甲板、測調(diào)效率高、操作簡單等特點(diǎn)，特別適用于海上平臺(tái)注水井的推廣應(yīng)用[37]。其中海上油田常用的智能分注技術(shù)主要包括有纜智能分注技術(shù)和無纜智能分注技術(shù)，有纜智能分注技術(shù)主要是利用電纜傳輸電信號(hào)，通過電信號(hào)的傳輸與反饋可實(shí)現(xiàn)對(duì)井下配水器的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，常用的有纜智能分注技術(shù)還包括有纜電磁智能分注技術(shù)和有纜雙通道智能分注技術(shù)[38]。無纜智能分注技術(shù)主要是通過壓力信號(hào)作為載體，對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行程序編碼，通過傳輸壓力信號(hào)傳輸對(duì)井下配水器進(jìn)行調(diào)節(jié)。無纜智能測調(diào)技術(shù)一定程度上規(guī)避了水電短路的風(fēng)險(xiǎn)，但同時(shí)受到電池壽命的影響較為嚴(yán)重。同時(shí)，無纜智能測調(diào)技術(shù)也存在一定的缺點(diǎn)，與有纜智測調(diào)技術(shù)相比，無纜智能測調(diào)每次進(jìn)行一次測調(diào)時(shí)間相對(duì)較長，測試數(shù)據(jù)精度比有纜低[39]。

3 海上油田智能分注技術(shù)的發(fā)展前景

與傳統(tǒng)智能測調(diào)技術(shù)相比，有纜智能測調(diào)技術(shù)與無纜智能測調(diào)技術(shù)大大提高了工作效率，降低了工作成本和作業(yè)時(shí)間，對(duì)于海上油田而言，由于作業(yè)空間存在限制，仍需要技術(shù)創(chuàng)新提高海上油田的測調(diào)效率。與光纖傳導(dǎo)技術(shù)、超聲波技術(shù)以及電磁技術(shù)等相結(jié)合將會(huì)是海上油田智能分注技術(shù)的突破方向。

4 結(jié) 論

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

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

3）與光纖傳導(dǎo)技術(shù)、超聲波技術(shù)以及電磁技術(shù)等相結(jié)合將有助于海上油田智能分注技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。