数字化油田智能分层注水技术研究与试验

2021-11-23梁凤霞赵明陆

中国管理信息化 2021年12期

梁凤霞，袁帅，谢敏，赵明陆，张亮

（长庆油田分公司第三采油厂郝坨梁作业区，宁夏灵武 750400）

0 引言

新时期环境下，我国经济水平逐渐提升，对低渗透油藏的高效开发需求也日益增大，所以对分层注水技术提出了更高的要求。以往的分层注水工作为满足储层地质配注需求，会通过人工来测量调节分层注水量，工作效率较低。而数字化油田智能分层注水技术具备较强的技术优势，能有效提升工作效率，因此对其进行深入研究意义重大。

1 数字化油田智能分层注水技术概述

1.1 技术类型

国内学者基于国内油田开发条件下，对分层注水工艺的实时监测及控制技术进行了深入探究。在合理优化下，设计出了3 种技术类型。①可投捞式实时监测分层注水技术。该技术组成结构中，主要包括偏心分层管柱、力感定位投捞工具、地面控制系统、可投捞一体化智能配水器以及接力通信系统［1］。这一技术手段会将无线通信天线、电池、控制器以及传感器等集成在配水器上，确保参数监测以及自动测调功能的实现。②预制电缆式实施监测分层注水技术。该技术在一定程度上借鉴了国外的智能完井技术，具体是在井下放置智能配水器，利用电缆实现与地面控制平台的有效连接，以开展注水调配及采集相应参数等工作，还可以为地下智能装置供应所需电能。③可充电式实施监测分层注水技术。这一技术的配水器共由5 个模块构成，模块一：电源，组成结构包括高能充电电池、电源管理系统以及非接触电源转换模块；模块二：流量调控，主要组成结构包括流量控制阀、传动总成以及大扭矩直流减速电机；模块三：远程双向通信，组成结构包括无线通信模块、电力载波模块以及天线；模块四：主控单元，组成结构包括整套配水器所有模块的控制电路，起着核心控制作用；模块五：参数采集，组成结构包括涡街流量传感器、两路压力传感器以及温度传感器。

1.2 技术原理及特点

实际工作中，数字化智能分层注水技术会结合各层实际需求进行配注量的设定，通过井下智能配水器自动控制流量，还会对相应注水动态数据进行实时监控及存储，如井下流量参数、温度以及压力等，此外，还能实现井下自动验封。应用电缆将井下控制器与地面操作软件及控制仪连接，可以实现非接触式通信，实时掌握井下数据情况，技术原理为：①各注水层位上均会带有相应的井下智能配水器［2］，各层之间应用封隔器隔开；②严格控制各层注水量的实际情况，通过微处理器对阀门开度进行自动调节，使其大小维持在合理范围内；③能够实现对井下地层压力、流量、注水压力以及温度的长期监测，并且具备相应的验封功能；④井下控制器能够与地面实现无接触连接，从而对相应监测数据进行重新配置，如注水量大小等，还能了解井下压力、流量等相关情况。

作为一种新型的注水调配模式，该技术是将相关功能组件统一集成，从而构建较为典型的机电一体化系统，以达到智能化控制效果，共具备以下几点功能特点。①直读检测。数字化油田智能分层注水技术可以通过电缆来实现井下控制器与地面的良好连接，在非接触通信下直接读取及检测井下的流量变化、压力、温度等，同时会显示出各层的实际数据。②智能测调。与当前大多数配水器相比，数字化油田智能分层注水技术具备独立的流量计，基于设定配注量，井下配水器可以进行自动调配，无须人工操作。③长期监测。在规定时间段，井下配水器会进行相应的数据采集，进而将其存储于指定芯片中，在实际通信过程中，会将这些数据信息发送至地面控制仪中，对这些数据详细分析后，可详细了解注水情况，为后期对储层吸水性的分析提供有力依据。④调配效率高。数字化油田智能分层注水技术的分注系统可以实现智能测调［3］，因此能够进行多个配水器的同时测调，调配效率较高。⑤自动验封。由于配水器上带有管内、管外压力计，因此能够实现自动验封。⑥人工调整分层注水量时，无须坐层，因此大大减少了测调工作量。⑦一次施工即可做好分注控制工作，不会用到较多的物力、人力。⑧不会用到投捞水嘴，能够降低劳动强度，有效缩短调配时间。

2 数字化油田智能分层注水技术的工艺流程及现场试验

2.1 工艺流程

该技术的工艺流程主要包括三大环节的实际操作，第一环节为仪器下井前操作，第二环节为仪器下井操作，第三环节为油藏数据监控操作，具体如下。

首先，仪器下井前操作，包括以下内容：①准确记录注水井的基础数据；②对工具仪器进行详细的检查，包括电缆、地面以及井下控制器等；③利用电缆将地面控制器与井下控制器连接在一起，并且做好检测工作。

其次，仪器下井操作，包括以下内容：①将电缆拉紧，同时将测试闸门打开，缓缓下放仪器；②利用绞车下放仪器的过程中，下放应平稳缓慢进行，速度应≤70 m/min，同时，还应注意计数器是否存在卡字、跳字现象，电缆是否出现变形问题。

最后，油藏数据监控操作，包括以下内容。①开注。若智能分注井刚坐封，恢复注水前应先进行开注作业，简单而言就是将仪器下放至井中，打开各层配水器的水嘴；在配水器上方100 m 位置处打开仪器供电。然后下放仪器，通过磁定位可以确定各层配水器的具体位置。从上至下逐层开注：以≤10 m/min 的速度下放井下控制器，将其放置每层配水器上、下方的0.5～2 m 位置处，将仪器与配水器对接，再将各层配水器水嘴打开。②调配。这一环节有两种调配方式，一种为自动调配，这种调配方式无须下放井下控制器，只需提前预设智能配水器流量值，同时开启自动调节功能即可。另一种为手动调配，这种调配方式需要下放井下控制器，具体操作步骤如下：步骤一，进行分注井的调配作业，将井场原始注入量、套压以及油压详细记录下来，根据实际注配方案进行井口流量调节，直至符合配注要求；步骤二，按照配注要求进行全井流量调节，以满足配注要求；步骤三，若未能符合实际配注要求，应适当调大弱吸水层水嘴、调小强吸水层水嘴，测试分层流量情况，直至符合配注要求，并且还应录取调整后的流量曲线，将调配环节套压及油压变化详细记录下来。③数据回放，参数设置。以≤10 m/min 的下放速度下放井下控制器，将其放置每层配水器上、下方的0.5～ 2m 位置处，将仪器与配水器对接，对接工作完成后，按照实际需求，收发指令，通过电脑的上位机软件，能够将获得的数据绘制成测井曲线［4］，同时，还能生成相应的报表。④上起仪器。完成开注、调配工作后，在绞车与人力配合下将仪器拉入防喷管内；将测试阀门关闭，并取出井下控制器。⑤填写测试原始报表。实际测试环节，需要严格按照相应要求将相关数据详细记录下来，形成资料以供后期使用。⑥测后工作。保证测试仪器及工具干净清洁，擦拭完毕后固定好放入试井车中，并清理干净井场；告知地质所及作业区测井工作已完成；将测试过程中获得的所有数据以及曲线保存好；试井队长对数据、报表以及曲线进行验收、签字，同时一并将其上交给上级部门。

2.2 现场试验

某油田在2017 至2018 年进行了现场试验，已经初步实现了分层注水量的智能测调，同时做到了对油田生产动态信息的实时监测，包括井下流量、温度以及分层压力等。此外，基于无线双向通信功能，获取数据困难的问题得以有效解决，取得了较好的现场试验效果。数字式智能分注工艺具备较多功能，包括实时监测录取井下分层注水参数、分层流量自动测调、封隔器自动验封以及自动压降测试等，实现了低渗透油藏动态参数的永久连续监测，一方面可以方便相关工作人员更加了解剩余油分布与储量动用情况，另一方面有助于对油藏分层注水的动态调整。

3 数字化油田智能分层注水技术发展趋势

①一体化。智能分层注水系统生产环节，测量及控制流量、压力以及温度是较为重要的工作。基于一体化技术，可以在配水器上实现流量、温度以及压力传感器的集成，同时能够利用单只仪器做好地层压力、井下温度、注水压力以及流量参数的采集处理工作，这种情况下解决了注水测调工作中需要应用多种配套工具的弊端，使这一工作环节被大大简化。随着科学技术不断发展，油田注釆水平会逐渐提高，这也会对分层注水技术提出更高的要求。在集成化以及模块化思想下，智能分层注水技术的一体化发展对智能系统的扩展与移植意义重大，能够进一步促进智能分层注水系统的有效发展。②智能化。未来井下装备发展中，智能化是主要的发展方向，智能化分层注水系统的关键是实现水嘴开度值的自动测调以及井下数据的实时监测，两种功能的良好实现，能够进一步促进油田采油工程发展。③高效化。大力推进智能分层注水技术发展，其主要的目的在于提升低渗透油藏的水驱釆油效率。因为不同油层其渗透率、流体性质以及物性均会存在较大差异，因此实现高效化注水应作为数字化油田智能分层注水技术未来发展的主要方向。