渤海油田智能分注技术应用现状及发展前景

陈征，张乐，蓝飞，张晓冉，宋鑫，张志熊，王威，徐元德

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459）

随着原油需求的不断提高，如何合理高效地开发油藏成为油田科技工作者们关注的问题[1]。注水开发凭借其工艺简单、流程简易、成本低廉等优势而被广泛应用于各大油田[2-3]。渤海油田由于注采井间距大，水驱开发具备注采速度快、开发时效性强等特点，属于强注强采模式[4-6]。过高的注入速度使得生产井见水较快，注入水沿高渗透层会发生明显的突进现象[7-9]。而且渤海油田埋藏深度较浅，储层胶结程度不强，过高的注入速度导致水对多孔介质造成严重的冲刷，使得特高渗透条带或大孔道发育明显，非均质性日益突出[10-12]。对于层内非均质的矛盾，油田科技工作主要是利用强凝胶对高渗透层进行封堵[13-14]。而对于层间非均质的矛盾，石油科技工作者主要采取分层注水技术代替常规的笼统注水技术[15-16]。分层注水技术是指在注入井中下入隔离封隔器，把储层渗透率相差较大的油层分隔开，而后采用配水器进行分层配水，使得高渗透层注水量得到控制，而中低渗透层注水程度提高，进而每个油层都能发挥作用[17]。与传统的笼统注水技术相比，分层注水技术能够有效地防止水沿优势通道发生窜逸，从而提高中低渗透层的动用程度。与陆上油田相比，海上油田的作业受到平台空间和人员的限制，且海上油田大多以大斜度井和水平井为主，钢丝作业也较为不便[18-20]。与常规分层注水技术相比，智能分注技术使得调配工作无须工作筒打捞作业，很大程度上节约了矿场作业的费用和时间。因此，本文针对渤海油田实际注水开发情况，综述了国内外注水开发技术的发展历程，指出了智能分注技术在渤海油田的应用状况，归纳了智能分注技术的特点及优势，并对智能分注技术的发展方向提出展望，为渤海油田开发提供参考性建议。

1 国内外智能分层注水技术发展历程

1.1 国外智能分层注水技术发展历程

国外先进的注水技术集中体现在智能注采系统的注入端，多个国外能源技术公司如Welldynamics、Baker Hughes、Schlumberger、Weatherford等公司提供智能注采服务，国外智能注采系统，应用较多的主要有以下几种。

1.1.1 Smart Well智能井系统[21]

20世纪90年代末期，哈里伯顿公司采用自主攻关的Smart Well液压式智能井技术在Brunei油田开展试验。该系统通过HF-1型穿线式管内封隔器和电缆传输线配合，通过液压方式调控控制阀，可实现至多3个油层的智能开采。但该系统存在一定缺陷，只能以液压方式实现开关操作。

1.1.2 InCharge智能井系统[22]

InCharge系统是首个利用电力驱动和传输的智能系统，通过电气自动化达到实时监控生产和注水作业的目的，并利用电缆传输可以实现对流量、压力等参数的监测，并可实现多个储层中某一储层的开关。

1.1.3 PulseEight智能井系统[23]

由Tendeka公司生产的PulseEight系统以压力脉冲遥感技术为基础，可实现井下装置与井口的无线传输。PulseEight系统通过运行程序发送信号，可以实现远程操控，并针对井下情况进行实时调整。

1.1.4 哈里伯顿ATS声波遥测系统[24]

该系统主要利用声波传输原理，并通过中继器作为信号传输的纽带系统，试下井下工具的相互连通，通过程序修正，确保井下数据准确，达到测调目的。

1.1.5 斯伦贝谢EnACT无线井下油藏测试系统[25-26]

由斯伦贝谢公司研发的EnACT无线遥测传输系统是利用电磁学原理，通过低频电磁信号实现井底与井口间的信息传输。该系统主要是综合了无线传输和原有的IRDV技术实现井口与井地的双向通讯。

除了上述几种智能井系统外，Digital Hydraulics TM智能井系统、InForce智能井系统、MultiNode™全电动智能井系统等都是国外常见的智能井系统[27]。

1.2 国内智能分层注水技术发展历程

1.2.1 传统测调技术

传统测调技术主要是利用钢丝作业将流量计下入到目标储层，进行测试调配。如不满足配注要求，则下入打捞器将带有水嘴的芯子或堵塞器捞出，更换水嘴，更换后重新将芯子或水嘴投入工作筒，再次测试水量，直至满足要求为止[28]。

随着测调工艺技术的发展，相继出现了665偏心管柱、同心集成管柱、桥式偏心管柱、空心集成管柱、一投三分管柱、偏心集成管柱等，均配套了相应的测试调节工艺[29-30]。

智能分注技术发展前，海上油田常用的传统测调技术包括一投三分技术、空心集成技术和同心分注技术[31]。一投三分技术主要是将工作筒下入井底，通过多个测试通道，实现对目标储层的测调，但是一投三分技术的缺点是压力计和流量计之间相邻过近，存在相互干扰，数据准确性较差并且一投三分技术测调层数受到限制，最多可测调3层[32]。空心集成技术中间存有测试通道，可以将测试工具串放入井下，空心集成技术一次可测调两层。同心分注技术解决了海上油田目标层段防砂后防砂内通径较小的注水井分层测调问题，但同时采用同心分注技术测调降低了测调效率，增加了测调过程中钢丝作业投捞的次数[33]。

传统测调工艺所需的工具、仪器成本低，结构简单，但需要频繁投捞，费时费力，效率低，只适用于斜度不大的注水井。

1.2.2 边测边调技术

边测边调工艺是在传统测调工艺基础上，为减轻劳动强度，提高测调效率而发展起来的。偏心边测边调工艺井下工作筒的结构和功能没有根本改变，只是将固定式水嘴改为可调水嘴，测调仪器发生了根本性的改变，采用一趟作业，既能完成测试，又可完成水量调节，无须频繁起下仪器和投捞工具，大幅提高了测调效率，目前陆上油田在大规模推广应用。

在偏心边测边调工艺的基础上，针对海上油田斜井的应用需求，为进一步提高井下工具和测调仪器的对接成功率和可靠性，海上油田逐渐发展了同心边测边调工艺技术，与偏心边测边调工艺的工作原理相同，工艺可满足斜度在60°以内的斜井的调配需要，现场应用取得良好的成效，单井测调效率显著提升，测调过程可实时监控，进一步提高了单层测调准确度，保障分层测调合格率[34-35]。

该类工艺直接成本高于传统工艺，但由于提高了测调效率，降低了劳动强度，提高了注水合格率，其间接效益远高于传统工艺。

1.2.3 智能测调技术

随着机电一体化技术的不断发展和对注水效果要求越来越高，各油田及相关行业竞相开展智能测调工艺技术，以满足不同井况，实现尽可能少的人工参与，尽可能高的注水合格率。

大庆油田研制了一种智能测调技术，测调部分全部置于井下工作筒内，可完成压力、温度、流量的实时监测记录以及水量调整，由电池供电，不定期下入通讯仪器进行数据交换和完成对电池的充电，虽然可以定时的读取井下的数据，但是该方式仍然没有摆脱电缆作业，不适用与大斜度井和水平井。

压电控制智能测调技术是在井口发送压力波控制井下工作筒动作，完成水量分段控制，适用于大斜度井和水平井。井下工作筒由电池供电，可以完成参数测量、存储，但数据无法直接传到地面，电池也无法充电，所以寿命较短。

中石油勘探院试制了偏心智能测调工作筒，电池及水嘴部分可投捞、更换，延长了使用寿命，但是更换电池水嘴的过程还是离不开钢丝电缆作业，不能应用于大斜度井和水平井。

为了避免钢丝电缆作业、提高单井分层注水测调效率和满足油藏精细化注水的应用需求，近几年来陆上油田和海上油田均开展了预置电缆测调工艺技术的研究工作，技术成果已在现场规模化应用，技术配套工艺与工具日趋完善、成熟。技术配套井下测调工作筒具有分注数据采集和注水量调控功能，井下工作筒和地面测调设备通过预置电缆进行供电和信号传输，分层测调仅需地面测调设备发送控制指令就可快速实现分层的测试和调配，相比与传统测调技术注水井的测调效率极大提升，同时无须钢丝电缆作业，解决了大斜度井分层测调难的问题[36]。伴随着这些工艺技术自动化程度进一步提高，虽然直接成本大幅增加，但节省了后期的测试调配，注水合格率保持在很高水平，其间接效益巨大，所以其发展空间还很大。

2 海上油田智能分注技术的特点及应用情况

与传统测调工艺相比，智能分注技术避免了钢丝作业，提高了测调效率，智能分注技术具有不占用平台甲板、测调效率高、操作简单等特点，特别适用于海上平台注水井的推广应用[37]。其中海上油田常用的智能分注技术主要包括有缆智能分注技术和无缆智能分注技术，有缆智能分注技术主要是利用电缆传输电信号，通过电信号的传输与反馈可实现对井下配水器的实时调节，常用的有缆智能分注技术还包括有缆电磁智能分注技术和有缆双通道智能分注技术[38]。无缆智能分注技术主要是通过压力信号作为载体，对压力信号进行程序编码，通过传输压力信号传输对井下配水器进行调节。无缆智能测调技术一定程度上规避了水电短路的风险，但同时受到电池寿命的影响较为严重。同时，无缆智能测调技术也存在一定的缺点，与有缆智测调技术相比，无缆智能测调每次进行一次测调时间相对较长，测试数据精度比有缆低[39]。

3 海上油田智能分注技术的发展前景

与传统智能测调技术相比，有缆智能测调技术与无缆智能测调技术大大提高了工作效率，降低了工作成本和作业时间，对于海上油田而言，由于作业空间存在限制，仍需要技术创新提高海上油田的测调效率。与光纤传导技术、超声波技术以及电磁技术等相结合将会是海上油田智能分注技术的突破方向。

4 结 论

1）与传统测调技术相比，海上油田智能分注技术使得注水井的测调效率极大提升，无须钢丝电缆作业，解决了大斜度井分层测调难的问题。

2）海上油田常用的智能分注技术主要是有缆智能分注技术和无缆智能分注技术，有缆智能分注技术主要是利用电缆电信号传输数据，无缆智能分注技术主要是通过压力信号传输数据。

3）与光纤传导技术、超声波技术以及电磁技术等相结合将有助于海上油田智能分注技术的进一步发展。