机械式智能分层注水工艺技术研究与应用

金艳艳　丰宇

摘 要：科技在快速的发展，社会在不断的进步，针对目前海上油田注水技术存在调配工作量大，测调周期长，测调精度低，受井斜影响严重等问题，开展了机械式分层注水工艺技术研究。该工艺技术首次采用液压机械式控制方式，并集成了机械式智能化井下监测、自动化工具调控等特点，实现了实时监测、在线测调的功能。

关键词：机械式 机械式智能 分层注水 液压 多级流量控制装置

引 言

随着油田开发的深入，油田注水开发的效果变差，层间矛盾突出，对于一个含油层系多、层内、层间、平面非均质性严重的油田，由于各分层的地质特性存在较大的差异，造成各层间的吸水指数不同，通常水不是按比例进入油层，则必须采取分层注水技术。

1机械式智能分注技术类型

1）可投捞式实时监测分层注水工艺可投捞式实时监测分层注水工艺组成结构，包括可投捞一体化机械式智能配水器、力感定位投捞工具、接力通信系统、地面控制系统以及偏心分层管柱。可投捞式实时监测分层注水技术将电池、传感器、控制器、无线通信天线等全部集成在配水器上，实现自动测调和参数监测功能，是典型的机、电、液一体化系统工程。2）预置电缆式实时监测分层注水工艺预置电缆式分层注水技术借鉴了国外机械式智能完井技术，将机械式智能配水器长期置于井下，通过外置电缆将各层段配水器与地面控制平台实现连接，完成对采油层的参数采集和注水调配工作，同时能稳定地为井下机械式智能装置提供电能。3）可充电式实时监测分层注水工艺可充电一体化配水器主要包括电源模块、远程双向通信模块、参数采集模块、主控单元模块和流量调控模块。其中远程双向通信模块包括天线、电力载波模块和无线通信模块;电源模块包括非接触电源转换模块、电源管理系统和高能充电电池;流量控制单元有大扭矩直流减速电机、传动总成、流量控制阀;参数采集模块由一路温度传感器、两路压力传感器（分别采集地层压力和注水管内压力）、涡街流量传感器组成;主控单元模块包括整套配水器各功能模块的控制电路，实现整体调配工作的核心控制。

2机械式智能分层注水工艺技术

2.1测调工艺流程。数据信号采集系统将井下温度、流量、压力等数据采集后，作业人员通过地面控制系统手动或自动调节井下多级流量控制装置，工艺图如图3所示，具体测调流程如下：（1）通过穿越液控管线的隔离/定位密封进行分层;（2）油藏监测系统（井下流量计）测得各层实际流量反馈至地面数据采集和控制系统;（3）根据油藏对各层配注量要求，确定对应层位多级流量控制装置水嘴的开度;（4）地面控制柜操控（手动/自动）调节对应的多级流量控制装置至需要的开度;（5）油藏监测系统（井下流量计）测得实时更新的流量数据至地面显示;（6）根据需要再次调整多级流量控制装置开度大小。循环以上步骤，直到调配结果达到设计要求。

2.2机械式智能配水器。机械式智能配水器完成井下测调功能，是整个系统的核心。其主体主要包括流量调节模块、流量测试模块、压力测试模块、控制电路、供电系统等部分。其中流量调节模块中主要由电机、限位机构、密封机构、传动系统、可调堵塞器（水嘴）构成。机械式智能配水器主要完成流量、压力、温度等数据的采集和处理，控制电机、水嘴调节等工作。

2.3液压3-2控制原理（含解码器）。液压3-2控制模式是在每层的流量阀上端连接一个解码器，通过三根液控管线精准选择对应解码器，从而控制对应层位的流量阀。控制原理如图1所示，1#控制线与解码器的关闭口连接;2#控制线与解码器的打压口和解码器进入多级流量控制装置关闭口连接;3#控制线与解码器保压口和解码器进入多级流量控制装置开启口连接。通过三根液控管线打压、保压、泄压的顺序不同实现多级流量控制装置的开关，具体过程如下：通过地面控制柜给出开启解码器指令时，3#控制线先保压，2#控制线再打压，此时解码器开启。2#对应的解码器进入流量阀关闭口与流量阀关闭口导通，3#对应的解码器进入流量阀开启口与流量阀开启口导通;地面给出开启流量阀指令时，3#控制线打压，流量阀开启。地面给出关闭流量阀指令时，2#控制线打压，流量阀关闭;地面给出关闭流量阀指令时，1#控制线打压，解码器关闭。

2.4井下供电技术。井下机械式智能配水器电能的获取方式主要有四种：第一种是将一次性高能电池组装在配水器上，可在预定周期内为机械式智能配水器系统提供电能;第二种是采用电磁感应原理的非接触电能转换装置为井下配水器长期供电;第三种是电缆永置式井下供电技术，预置电缆随管柱置于井下，地面电源直接为井下配水器提供电能;第四种是在井下配水器中安装自发电装置，目前已经试验应用的有涡轮发电机，在为系统长期提供电能之外还能作为流量计测量流量。

2.5技术特点。该技术可实现井下数据实时采集、多级注水装置在线液压控制一体化，主要优势及技术特点如下：（1）该工艺注水监测及调配装置采用井下常置式安装，实现了注水井实时监测和在线测调的功能，无需钢丝/电缆作业，测调效率高，同时受井斜影响小，满足大斜度定向井、水平井、深井的作业需求;（2）采用液压机械控制方式调节井下多级流量控制装置，相比电动控制方式，推力大、可靠性高，更适应井下复杂工况;（3）井下多级流量控制装置可实现多达11级调控，流量可控范围灵活，调节精度高，采用了关闭锁、防漂移压力锁等先进机构，充分保证了长期安全注水的要求;（4）建立了“液压N+1控制”和“液压3-2解码控制”两种井下控制模式，研制的解码器能满足井下多级流量调控装置的伺服调控要求及远程调控要求;（5）无需对当前的生产设施进行改造，适应性广，井下无活动的电子元器件，系统寿命长，可随时进行海上酸化、测试等作业。

结 语

随着油田开发程度的深入，我国油田已进入高含水开发后期，面对更加复杂变化的油层状况，目前所开发的机械式智能分注技术水平与生产需求相比还存在一定的差距，有必要发展生产工况下井下压力、流量、温度等参数的长期连续机械式智能监控技术，为精细油藏分析提供数据支持。首先实现油田稳产和高产，进一步提高挖潜效果;实现合理注采，保持层段间能动平衡，层实时自动调整、無需动用测试车和人工现场操作，严格保障注水合格率，降低投入成本，进而实现科学注采和数字化油田建设。今后机械式智能分层注水技术将会适应不同油藏条件、适应不同井型。

参考文献

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