數字化油田智能分層注水技術研究與試驗

梁鳳霞，袁 帥，謝 敏，趙明陸，張 亮

（長慶油田分公司第三采油廠 郝坨梁作業區，寧夏 靈武 750400）

0 引言

新時期環境下，我國經濟水平逐漸提升，對低滲透油藏的高效開發需求也日益增大，所以對分層注水技術提出了更高的要求。以往的分層注水工作為滿足儲層地質配注需求，會通過人工來測量調節分層注水量，工作效率較低。而數字化油田智能分層注水技術具備較強的技術優勢，能有效提升工作效率，因此對其進行深入研究意義重大。

1 數字化油田智能分層注水技術概述

1.1 技術類型

國內學者基于國內油田開發條件下，對分層注水工藝的實時監測及控制技術進行了深入探究。在合理優化下，設計出了3 種技術類型。①可投撈式實時監測分層注水技術。該技術組成結構中，主要包括偏心分層管柱、力感定位投撈工具、地面控制系統、可投撈一體化智能配水器以及接力通信系統［1］。這一技術手段會將無線通信天線、電池、控制器以及傳感器等集成在配水器上，確保參數監測以及自動測調功能的實現。②預制電纜式實施監測分層注水技術。該技術在一定程度上借鑒了國外的智能完井技術，具體是在井下放置智能配水器，利用電纜實現與地面控制平臺的有效連接，以開展注水調配及采集相應參數等工作，還可以為地下智能裝置供應所需電能。③可充電式實施監測分層注水技術。這一技術的配水器共由5 個模塊構成，模塊一：電源，組成結構包括高能充電電池、電源管理系統以及非接觸電源轉換模塊；模塊二：流量調控，主要組成結構包括流量控制閥、傳動總成以及大扭矩直流減速電機；模塊三：遠程雙向通信，組成結構包括無線通信模塊、電力載波模塊以及天線；模塊四：主控單元，組成結構包括整套配水器所有模塊的控制電路，起著核心控制作用；模塊五：參數采集，組成結構包括渦街流量傳感器、兩路壓力傳感器以及溫度傳感器。

1.2 技術原理及特點

實際工作中，數字化智能分層注水技術會結合各層實際需求進行配注量的設定，通過井下智能配水器自動控制流量，還會對相應注水動態數據進行實時監控及存儲，如井下流量參數、溫度以及壓力等，此外，還能實現井下自動驗封。應用電纜將井下控制器與地面操作軟件及控制儀連接，可以實現非接觸式通信，實時掌握井下數據情況，技術原理為：①各注水層位上均會帶有相應的井下智能配水器［2］，各層之間應用封隔器隔開；②嚴格控制各層注水量的實際情況，通過微處理器對閥門開度進行自動調節，使其大小維持在合理范圍內；③能夠實現對井下地層壓力、流量、注水壓力以及溫度的長期監測，并且具備相應的驗封功能；④井下控制器能夠與地面實現無接觸連接，從而對相應監測數據進行重新配置，如注水量大小等，還能了解井下壓力、流量等相關情況。

作為一種新型的注水調配模式，該技術是將相關功能組件統一集成，從而構建較為典型的機電一體化系統，以達到智能化控制效果，共具備以下幾點功能特點。①直讀檢測。數字化油田智能分層注水技術可以通過電纜來實現井下控制器與地面的良好連接，在非接觸通信下直接讀取及檢測井下的流量變化、壓力、溫度等，同時會顯示出各層的實際數據。②智能測調。與當前大多數配水器相比，數字化油田智能分層注水技術具備獨立的流量計，基于設定配注量，井下配水器可以進行自動調配，無須人工操作。③長期監測。在規定時間段，井下配水器會進行相應的數據采集，進而將其存儲于指定芯片中，在實際通信過程中，會將這些數據信息發送至地面控制儀中，對這些數據詳細分析后，可詳細了解注水情況，為后期對儲層吸水性的分析提供有力依據。④調配效率高。數字化油田智能分層注水技術的分注系統可以實現智能測調［3］，因此能夠進行多個配水器的同時測調，調配效率較高。⑤自動驗封。由于配水器上帶有管內、管外壓力計，因此能夠實現自動驗封。⑥人工調整分層注水量時，無須坐層，因此大大減少了測調工作量。⑦一次施工即可做好分注控制工作，不會用到較多的物力、人力。⑧不會用到投撈水嘴，能夠降低勞動強度，有效縮短調配時間。

2 數字化油田智能分層注水技術的工藝流程及現場試驗

2.1 工藝流程

該技術的工藝流程主要包括三大環節的實際操作，第一環節為儀器下井前操作，第二環節為儀器下井操作，第三環節為油藏數據監控操作，具體如下。

首先，儀器下井前操作，包括以下內容：①準確記錄注水井的基礎數據；②對工具儀器進行詳細的檢查，包括電纜、地面以及井下控制器等；③利用電纜將地面控制器與井下控制器連接在一起，并且做好檢測工作。

其次，儀器下井操作，包括以下內容：①將電纜拉緊，同時將測試閘門打開，緩緩下放儀器；②利用絞車下放儀器的過程中，下放應平穩緩慢進行，速度應≤70 m/min，同時，還應注意計數器是否存在卡字、跳字現象，電纜是否出現變形問題。

最后，油藏數據監控操作，包括以下內容。①開注。若智能分注井剛坐封，恢復注水前應先進行開注作業，簡單而言就是將儀器下放至井中，打開各層配水器的水嘴；在配水器上方100 m 位置處打開儀器供電。然后下放儀器，通過磁定位可以確定各層配水器的具體位置。從上至下逐層開注：以≤10 m/min 的速度下放井下控制器，將其放置每層配水器上、下方的0.5～2 m 位置處，將儀器與配水器對接，再將各層配水器水嘴打開。②調配。這一環節有兩種調配方式，一種為自動調配，這種調配方式無須下放井下控制器，只需提前預設智能配水器流量值，同時開啟自動調節功能即可。另一種為手動調配，這種調配方式需要下放井下控制器，具體操作步驟如下：步驟一，進行分注井的調配作業，將井場原始注入量、套壓以及油壓詳細記錄下來，根據實際注配方案進行井口流量調節，直至符合配注要求；步驟二，按照配注要求進行全井流量調節，以滿足配注要求；步驟三，若未能符合實際配注要求，應適當調大弱吸水層水嘴、調小強吸水層水嘴，測試分層流量情況，直至符合配注要求，并且還應錄取調整后的流量曲線，將調配環節套壓及油壓變化詳細記錄下來。③數據回放，參數設置。以≤10 m/min 的下放速度下放井下控制器，將其放置每層配水器上、下方的0.5～ 2m 位置處，將儀器與配水器對接，對接工作完成后，按照實際需求，收發指令，通過電腦的上位機軟件，能夠將獲得的數據繪制成測井曲線［4］，同時，還能生成相應的報表。④上起儀器。完成開注、調配工作后，在絞車與人力配合下將儀器拉入防噴管內；將測試閥門關閉，并取出井下控制器。⑤填寫測試原始報表。實際測試環節，需要嚴格按照相應要求將相關數據詳細記錄下來，形成資料以供后期使用。⑥測后工作。保證測試儀器及工具干凈清潔，擦拭完畢后固定好放入試井車中，并清理干凈井場；告知地質所及作業區測井工作已完成；將測試過程中獲得的所有數據以及曲線保存好；試井隊長對數據、報表以及曲線進行驗收、簽字，同時一并將其上交給上級部門。

2.2 現場試驗

某油田在2017 至2018 年進行了現場試驗，已經初步實現了分層注水量的智能測調，同時做到了對油田生產動態信息的實時監測，包括井下流量、溫度以及分層壓力等。此外，基于無線雙向通信功能，獲取數據困難的問題得以有效解決，取得了較好的現場試驗效果。數字式智能分注工藝具備較多功能，包括實時監測錄取井下分層注水參數、分層流量自動測調、封隔器自動驗封以及自動壓降測試等，實現了低滲透油藏動態參數的永久連續監測，一方面可以方便相關工作人員更加了解剩余油分布與儲量動用情況，另一方面有助于對油藏分層注水的動態調整。

3 數字化油田智能分層注水技術發展趨勢

①一體化。智能分層注水系統生產環節，測量及控制流量、壓力以及溫度是較為重要的工作?；谝惑w化技術，可以在配水器上實現流量、溫度以及壓力傳感器的集成，同時能夠利用單只儀器做好地層壓力、井下溫度、注水壓力以及流量參數的采集處理工作，這種情況下解決了注水測調工作中需要應用多種配套工具的弊端，使這一工作環節被大大簡化。隨著科學技術不斷發展，油田注釆水平會逐漸提高，這也會對分層注水技術提出更高的要求。在集成化以及模塊化思想下，智能分層注水技術的一體化發展對智能系統的擴展與移植意義重大，能夠進一步促進智能分層注水系統的有效發展。②智能化。未來井下裝備發展中，智能化是主要的發展方向，智能化分層注水系統的關鍵是實現水嘴開度值的自動測調以及井下數據的實時監測，兩種功能的良好實現，能夠進一步促進油田采油工程發展。③高效化。大力推進智能分層注水技術發展，其主要的目的在于提升低滲透油藏的水驅釆油效率。因為不同油層其滲透率、流體性質以及物性均會存在較大差異，因此實現高效化注水應作為數字化油田智能分層注水技術未來發展的主要方向。

4 結語

采油工程不斷發展過程中，出現了較多的新型技術工藝，數字化油田智能分層注水技術就是其中的一種。在該技術的良好應用下，能夠有效提升油田水驅采油效率，并且能在一定程度上節約成本。在未來，數字化油田智能分層注水技術還會向著智能化、一體化以及高效化方向轉變，更好地發揮自身作用，促進采油工程健康發展。