無線智能配水器在吳起油田精細(xì)注水中的應(yīng)用

蔡永孝

（延長(zhǎng)油田股份有限公司吳起采油廠，陜西延安 717600）

無線智能配水器是一種利用壓力或流量波動(dòng)實(shí)現(xiàn)地面設(shè)備和井下配水器之間信號(hào)傳輸，并達(dá)到控制井下配水器水嘴開度和實(shí)現(xiàn)井下數(shù)據(jù)返回接收的一種新型配水器。該配水器與封隔器配合使用，不需要過多的人為干預(yù)即可進(jìn)行流量測(cè)調(diào)，實(shí)現(xiàn)精確的分層注水。

1 技術(shù)機(jī)理、指標(biāo)參數(shù)、技術(shù)亮點(diǎn)

1.1 技術(shù)機(jī)理

無線智能配水器系統(tǒng)包括井下配水器和地面控制器，二者之間通過壓力波進(jìn)行信號(hào)傳輸通信。

現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，將地面控制器安裝在井口，將井下配水器（包含水嘴開關(guān)、電機(jī)、電池、控制電路系統(tǒng)、孔后壓傳感器、管外壓和內(nèi)壓傳感器、溫度傳感器）下放置于相應(yīng)的注水層，各個(gè)注水層之間安裝封隔器隔斷。地面控制器首先對(duì)發(fā)往井下配水器的命令進(jìn)行編碼，編碼完成后根據(jù)編碼控制地面注水開關(guān)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的壓力波，各注水層井下配水器實(shí)時(shí)檢測(cè)并解析此壓力波，如果解析出的層位號(hào)與該層井下配水器的層位號(hào)相同，該層井下配水器將壓力波信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)水嘴開關(guān)大小，進(jìn)而控制相應(yīng)層段注水量。

同時(shí)，井下配水器電路控制系統(tǒng)可將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行編碼，根據(jù)編碼調(diào)節(jié)自身水嘴開關(guān)狀態(tài)，使流入油層水的壓力呈現(xiàn)規(guī)律性變化，地面控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)并解析壓力波，最終獲得注水流量、井底溫度、管內(nèi)壓力和地層壓力數(shù)據(jù)。

1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.2.1 井下配水器技術(shù)指標(biāo)

井下配水器技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 配水器技術(shù)指標(biāo)

1.2.2 井下配水器技術(shù)指標(biāo)

地面控制系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 地面控制系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

1.2.3 技術(shù)亮點(diǎn)

無線智能配水器在技術(shù)上具備以下方面的亮點(diǎn)：

①有效減少工作量。不需要反復(fù)投撈井下流量開關(guān)，只需要一次施工，就可以完成精細(xì)化分注控制，無須后期人工干預(yù)和測(cè)量。

②智能測(cè)調(diào)，注水分辨率高。井下配水器配帶流量計(jì)，可隔一段時(shí)間進(jìn)行一次流量調(diào)配，可精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)井下流量，為流量調(diào)節(jié)器提供實(shí)時(shí)參考；能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程人工調(diào)整水嘴開度大小，滿足分層注水量要求。

③能夠?qū)崿F(xiàn)驗(yàn)封。由于配水器可監(jiān)測(cè)管柱內(nèi)外壓力差，因此只需要關(guān)閉井下流量開關(guān)即可實(shí)現(xiàn)該層封隔器驗(yàn)封。

④非接觸式數(shù)據(jù)傳輸。該技術(shù)用非接觸傳輸方式，為儀器長(zhǎng)時(shí)間置于井下提供了可能，減少了電纜式配水器因電纜故障造成的各種井下配水器問題，并且通過該方式實(shí)現(xiàn)了地面指令與井下儀數(shù)據(jù)的雙向傳輸。

⑤能夠長(zhǎng)期檢測(cè)井下壓力、溫度、流量等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地層壓力、流量等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

⑥井下工作長(zhǎng)期化，井下電路采用超低功耗設(shè)計(jì)，電池供電為儀器長(zhǎng)期置于井下提供了方便，井下儀器定時(shí)自啟采集數(shù)據(jù)并保存，這樣的設(shè)計(jì)使得儀器井下工作長(zhǎng)期化成為可能。

⑦不需要投撈水嘴，縮短了調(diào)配時(shí)間，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，且在大斜度井和水平井也能廣泛應(yīng)用。

⑧采用壓力波和流量波雙重通訊方式，單純的壓力波通信有重大的缺陷，通信速率慢，功耗大，誤碼率高。儀器在壓力波的基礎(chǔ)上，增加了流量波的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了雙重檢測(cè)，作為壓力波通訊的輔助參數(shù)，提高了檢波的速度，提高了解碼的準(zhǔn)確性與時(shí)效性，提高了通信速率，降低了單次傳輸?shù)墓模行岣吡藟毫Σㄍㄓ嵉目捎眯浴?/p>

⑨能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，井下配水器每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到指定芯片中，當(dāng)通信時(shí)將數(shù)據(jù)傳送給地面控制儀，通過分析數(shù)據(jù)即可得到注水井的長(zhǎng)時(shí)間注水狀況，具有累計(jì)注水量功能，對(duì)分析各個(gè)地層的吸水性具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

⑩提高調(diào)配效率，由于分注系統(tǒng)采用的是智能測(cè)調(diào)方式，可以將所有配水器調(diào)配注水時(shí)間設(shè)定為同一時(shí)刻，極大提高了調(diào)配效率。

1.2.4 適用條件

可適用于層系多、油層非均質(zhì)性嚴(yán)重的深井及偏心配水工藝無法測(cè)調(diào)的注水井。

2 技術(shù)或產(chǎn)品預(yù)評(píng)價(jià)

2.1 性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

（1）對(duì)井下配水器的工作溫度、工作壓力、溫度檢測(cè)、壓力檢測(cè)、壓力流量測(cè)調(diào)、壓力波通信、水嘴開關(guān)、連續(xù)工作時(shí)間等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，將試驗(yàn)結(jié)果與給出的指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，確定井下配水器實(shí)際參數(shù)。

（2）對(duì)地面控制器的工作溫度、工作壓力、流量檢測(cè)、工作電壓、數(shù)據(jù)顯示、壓控通信、遠(yuǎn)程無線通信、連續(xù)工作時(shí)間的技術(shù)參數(shù) 進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，將結(jié)果與給出的指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，確定地面控制器的實(shí)際參數(shù)。

2.2 性能評(píng)價(jià)方法

按照行標(biāo)SY/T 6977—2014《注水井分層流量實(shí)時(shí)測(cè)調(diào)儀校準(zhǔn)方 法》中規(guī)定的注水井分層流量實(shí)時(shí)測(cè)調(diào)儀的技術(shù)要求和校準(zhǔn)方法對(duì)配水器進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果要符合行標(biāo)要求。

2.3 性能評(píng)價(jià)結(jié)果

（1）井下配水器的長(zhǎng)度、外徑、內(nèi)通徑、耐溫、耐壓符合要求，溫度、壓力、流量檢測(cè)、連續(xù)工作時(shí)間符合技術(shù)指標(biāo)，壓力波通訊和水嘴開關(guān)功能正常。

（2）地面控制器的耐溫、耐壓符合要求，溫度、壓力、流量檢測(cè)、連續(xù)工作時(shí)間符合技術(shù)指標(biāo)，壓控通信正常，數(shù)據(jù)更新及時(shí)，無線傳輸正常。

2.4 預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益評(píng)價(jià)

無線智能配水器可適用于層系多、油層非均質(zhì)性嚴(yán)重的深井及偏心配水工藝無法測(cè)調(diào)的注水井，不需要測(cè)井電纜、考慮電纜對(duì)信號(hào)的衰減、電纜絕緣和接頭密封等問題，測(cè)井成本低，施工難度小，測(cè)井效率高。而且包含直讀驗(yàn)封，自動(dòng)測(cè)調(diào)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，井下壓力、溫度、流量等參數(shù)測(cè)量功能。無線智能配水器一次下井就可實(shí)現(xiàn)分層注水、分層驗(yàn)封，大幅度減少了配注工作量，提高了配注效率，解決了分注井井下至地面遠(yuǎn)程無線通信和井下分層壓力、流量實(shí)時(shí)傳輸?shù)葐栴}，對(duì)智能配水的精細(xì)化、全面化帶來很大的便利，存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)可對(duì)該井的地質(zhì)描述具有重要意義，具有廣泛的推廣前景。

2.5 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)可行性評(píng)價(jià)

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)油田智能注水試驗(yàn)雖未發(fā)生重大安全事故，但現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過程中仍存在安全風(fēng)險(xiǎn)問題。借鑒國(guó)內(nèi)外以前的配水器經(jīng)驗(yàn)，并通過完整的測(cè)試步驟，采取相應(yīng)的安全預(yù)防措施，風(fēng)險(xiǎn)較小，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)具有極大可行性。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)基本情況

吳起油田始建于1993年，目前擁有資源面積近2 377km2，探明地質(zhì)儲(chǔ)量42 279.39萬t，剩余開采地質(zhì)儲(chǔ)量5 191.29萬t，動(dòng)用含油面積1 193.8km2，動(dòng)用石油地質(zhì)儲(chǔ)量41 751.56萬t；共有各類油水井12 908 口，累計(jì)生產(chǎn)原油2 421.64萬t；擁有總資產(chǎn)181.7億元。現(xiàn)有注水開發(fā)的區(qū)塊共11個(gè)，主要層位延9、延10、富縣、長(zhǎng)2、長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6、長(zhǎng)7、長(zhǎng)8、長(zhǎng)9，水驅(qū)面積859.79km2，水驅(qū)儲(chǔ)量3.07億t。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方法、操作步驟

（1）選取試驗(yàn)的注水井：對(duì)分層注水井注水效果進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，選取分層注水井配注難度大或精確度不高的井4口進(jìn)行無線智能配水器精細(xì)注水試驗(yàn)。

（2）注水井精細(xì)注水實(shí)驗(yàn)，對(duì)配注過程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及結(jié)果進(jìn)行分析解釋，檢驗(yàn)注水井配注精確度是否提高。

（3）對(duì)溫度、壓力、流量等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，分析測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（4）對(duì)注水井配注的強(qiáng)度、時(shí)間進(jìn)行對(duì)比分析，檢驗(yàn)配注效率。

（5）實(shí)驗(yàn)技術(shù)實(shí)施前后效果評(píng)價(jià)分析。

4 結(jié)束語(yǔ)

1）通過分層注水使這幾口井的層間矛盾得到了有效緩解，水驅(qū)動(dòng)用程度得到進(jìn)一步提高，使這些薄差層、難動(dòng)用層的能量得到了有效補(bǔ)充，滿足了不同開發(fā)層系對(duì)能量的需求。

2）采用壓力波和流量波雙重通訊方式，可以有效提高檢波的準(zhǔn)確度，同時(shí)滿足在低滲井中解碼的成功率。

3）通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施井次作業(yè)效果分析，目前4口分注井分注成功率、測(cè)試成功率達(dá)到100%，層段配注合格率達(dá)到90%以上，分層流量測(cè)試誤差控制在10%以內(nèi)，分注管柱有效期一年以上，達(dá)到預(yù)期指標(biāo)。

4）通過無線智能配水器技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，提高了水井分層注水精度及配注合格率，降低了調(diào)配工作量，達(dá)到真正意義上的“智能精細(xì)注水”。

5）在確保井下注水正常的前提下，達(dá)到地質(zhì)配注要求，必須保證注水壓力正常平穩(wěn)，波動(dòng)小于1MPa，水質(zhì)達(dá)標(biāo)；必須定期實(shí)時(shí)反洗井措施，確保注水層不受堵塞，可以正常注水；保證配水間220V交流電壓穩(wěn)定，確保整個(gè)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。