大慶油田油田注水井分層流量監測及控制工藝研究

摘 要：隨著油氣田勘探開發的不斷深入，利用多種工藝手段維持儲層壓力和能量供應是一種很好的途徑。采用復合技術提高相關油氣田的綜合開發效率也是最重要的。根據現有的相關油氣田勘探資料，我國油氣藏儲層具有一定的規律性，其中以陸相碎屑沉積巖為代表的沉積體系較為廣泛，相關非均質性強，垂向上存在一定的地層差異。為了研究油田注水井分層流量監測及控制新工藝。通過對分層流量監測設計領域展開相關研究，最終在基于可調水嘴的配水器控制設備試驗框架下提出解決方案，為同行提供建設性意見。

關鍵詞：油田;注水井;分層流量;監測

1分層流量監測設計

運用井上動力裝置進行鋼絲拖拽式的電纜測調作業測試會對封隔器、配產器等相關部件帶來磨損，一定程度上影響層系間的相關密封性。其有限的工作效率對數據監測的連貫性也產生一定制約。后續的調刨及其油水聯動核算不能及時有效的進行，所以注水安全得不到保證。基于此全面提高油氣田注水開發效率，在此提出永置式智能測調系統設計，并做實質性闡述。

1.1分層流量測調工作原理

在注水井部署過程中先期對各層段產生一定認識，優選不同可測物理量探測器，在完井階段進行不同層位的多元智能測調裝置部署，然后通過主/備單芯電纜傳輸信號線進行多元矩陣相控模式下的流量、壓力、溫度、水嘴開度等可測物理量監控和數據反饋。然后通過地面計算機平臺進行分析和調控，在外界因素變化最小的前提下進行即時命令發布，優化單井及其井網注采比，全面調配各層注水量，該階段需要用到智能化傳感器和井下控制器，通過控制器動作進行配水器的智能化調控，在此該項設備主要是通過水嘴開度的調節來進行的。而流量的自動化調節需要實時數據的反饋式輔助調節。廣義式智能架構下的分層注水原理構想。

1.2電纜永置式分層流量測調

基于前人研究及其相應自控系統邏輯量設置，通過本研究的永置式智能注水測調系統在電纜永置式分層流量測調過程中得到了最大化的改進。在前期研究過程中相應的設備設施和相關測控技術得到了實驗論證和現場運用，其中所用的分層流量測試與控制需要能進行全面而協調的配合性優化使用，全面適應不同層位不同物性的井下工作條件，但是如若遇到不可逆故障需要進行井下作業并修理。在此進行改進方案式的永置式測調系統構架展示，通過在不同工區的測試發現，井下流量特征不穩定是影響相關設備故障的要因。在全面簡化部件后進行扁平化的邏輯遙感設置，并將相關成本進行壓縮最終得到4個主要方面的控制模塊（電纜供電與載波通信、地面控制器、多層流量快速調配算法、井下機械執行裝置）。在過程控制向量滿足系統冗余率后方可進行協調式工作，得到高質量用戶數據反饋全面指引生產運行工作。

1.3井下自發電分層流量測調

儀器儀表及其相應機械調控設備功耗較低但也需要一定的動力電源進行驅動。而電纜永置能很好的解決相應問題。不過在復雜地層環境與地面干擾下還需要進行備用自給自足式電力系統的布設。在此運用井下注水射流動力進行機械能轉換電能成為首先。運用小型發電機組不僅能節約成本提高系統穩定性還能進行脈沖信號式的分層流量微調。

該構架的核心思想主要是優化供電方式和傳輸方式，在節能減排的基礎上運用渦輪注水發電提高穩定的直流信號供給，保持地面與井下相關儀器儀表通信暢通。但是在檢維修上需要定期進行維保，確保相關布局工作正常。

2基于可調水嘴的配水器控制

依據現場實際及相關前期研究成果，通過井下配水器是調控層間注水量的機械執行，其主要工作過程為電機帶動滑動絲杠進行閥芯的開啟與閉合，并根據相應儀器儀表檢測量的不同而進行水嘴開度的調整。其過程性清晰，主要為預設不同水嘴結構形狀的流道核算性依托電機旋轉最終實現絲杠螺紋的調控的。相關的靈敏度由預設完善的執行器進行完成。具體工作剖面圖。可以明顯看出水嘴在不同狀態下水流的過程和配注量關系。

2.1基礎理論支撐

相關元器件在設計之初就基于了基礎理論的原始公式核算，該設備同樣如此。相關的精確控制需要靈敏的執行器外還需要注水配水過程中對于不同形狀水嘴流體力學特征的實驗核算。需要注意的是正式工況環境下往往會遇到層間壓差較大、低滲透油藏的惡劣井況下注水。需要在水嘴結構精細核算的同時進行一定欲度的預留。以適應和完善相關控制時的不穩定補償量。保證最中油層能量補充效果。基于自動調節效能的水嘴需要在節流孔的幫助下進行協調解決。而單一的三角形、菱形、橢網形、圓形、矩形、U型等不能滿足當前復雜情況。運用復合型形狀的水嘴形狀會事半功倍。以下在保密準則下展示相關實驗參數。

2.2實驗仿真

通過流體力學平臺進行一定水嘴模型物理量的真實開度下的仿真。實驗數據如圖1所示。在此預設20%、40%、60%、80%、100%當量下的水嘴開度并做流量一壓差關系分析數據擬合曲線。供下步分析。

通過實驗數據可知，相應的壓差梯度不斷增大的過程中，流量系數初設為急劇上升狀態，而隨著時間的推移相關數據緩慢下降并最終趨于平穩。不過通過進一步數據擬合可以看出一定水嘴壓差下的開度和流量存在典型非線性關系。所以數據有必要進行進一步加工處理和后續分析。

具體實驗過程為：首先在溢流閥關閉情況下完成水嘴最大開度的過程性測試，具體操作時應在20%開度下保持一定時間然后進行逐步提升最終升至100%，隨后在進行5～50Hz的試壓泵頻率變更式運行，隨后記錄實驗過程的全部可測物理量。最終通過真實數據和實驗仿真進行不同水嘴開度、壓差下的流量核算，得出真實環境下的操作要點。

實驗要點及成果分析：綜合不同工況下的真實注水井井況在配合前期水嘴擬合后得出相應的適應性規律，其中U型水嘴的相關產品智能調控效果最好，且維護性更好。在20%～100%的流體仿真和真實情況下過程實驗中綜合可測物理量變化程度最優，相應設備磨損效果最小。在基于產品制造原則上進行40%的開度時流量最大淡水相應的非線性關系不成連續性變化，認知為達到臨界狀態。綜合控制誤差率3%左有，實際試驗與模擬仿真相比誤差可接受。

3結語

驅油注水目前仍然是油田提高采收率的重要舉措，為了進一步提高采收率，精細注水已經成為了國內外油氣開采領域的熱點研究問題。文章主要研究了永置式的注水井分層流量測量與控制技術，通過實時監測井下各層流量、溫度、壓力、水嘴開度，實現配水器注水量的自動控制與調節，對精細注水、提高注水井開采率具有重要的意義。

參考文獻

[1] 劉軍.淺談如何提高水井分層測試成功率[J].內江科技，2019，40（05）：62-63.

[2] 張劇斌.提升注水井分層測試效率的措施[J].化工設計通訊，2019，45（04）：78-79.

作者簡介：代文慶，男，19820323，漢族，遼寧省，在大慶油田有限責任公司第三廠第四油礦測試隊，從事測試工作。