大慶油田油田注水井分層流量監(jiān)測(cè)及控制工藝研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

大慶油田油田注水井分層流量監(jiān)測(cè)及控制工藝研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘要：隨著油氣田勘探開發(fā)的不斷深入，利用多種工藝手段維持儲(chǔ)層壓力和能量供應(yīng)是一種很好的途徑。采用復(fù)合技術(shù)提高相關(guān)油氣田的綜合開發(fā)效率也是最重要的。根據(jù)現(xiàn)有的相關(guān)油氣田勘探資料，我國(guó)油氣藏儲(chǔ)層具有一定的規(guī)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(guān)非均質(zhì)性強(qiáng)，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(jiān)測(cè)及控制新工藝。通過(guò)對(duì)分層流量監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域展開相關(guān)研究，最終在基于可調(diào)水嘴的配水器控制設(shè)備試驗(yàn)框架下提出解決方案，為同行提供建設(shè)性意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：油田;注水井;分層流量;監(jiān)測(cè)

1分層流量監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

運(yùn)用井上動(dòng)力裝置進(jìn)行鋼絲拖拽式的電纜測(cè)調(diào)作業(yè)測(cè)試會(huì)對(duì)封隔器、配產(chǎn)器等相關(guān)部件帶來(lái)磨損，一定程度上影響層系間的相關(guān)密封性。其有限的工作效率對(duì)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的連貫性也產(chǎn)生一定制約。后續(xù)的調(diào)刨及其油水聯(lián)動(dòng)核算不能及時(shí)有效的進(jìn)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(fā)效率，在此提出永置式智能測(cè)調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并做實(shí)質(zhì)性闡述。

1.1分層流量測(cè)調(diào)工作原理

在注水井部署過(guò)程中先期對(duì)各層段產(chǎn)生一定認(rèn)識(shí)，優(yōu)選不同可測(cè)物理量探測(cè)器，在完井階段進(jìn)行不同層位的多元智能測(cè)調(diào)裝置部署，然后通過(guò)主/備單芯電纜傳輸信號(hào)線進(jìn)行多元矩陣相控模式下的流量、壓力、溫度、水嘴開度等可測(cè)物理量監(jiān)控和數(shù)據(jù)反饋。然后通過(guò)地面計(jì)算機(jī)平臺(tái)進(jìn)行分析和調(diào)控，在外界因素變化最小的前提下進(jìn)行即時(shí)命令發(fā)布，優(yōu)化單井及其井網(wǎng)注采比，全面調(diào)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(guò)控制器動(dòng)作進(jìn)行配水器的智能化調(diào)控，在此該項(xiàng)設(shè)備主要是通過(guò)水嘴開度的調(diào)節(jié)來(lái)進(jìn)行的。而流量的自動(dòng)化調(diào)節(jié)需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的反饋式輔助調(diào)節(jié)。廣義式智能架構(gòu)下的分層注水原理構(gòu)想。

1.2電纜永置式分層流量測(cè)調(diào)

基于前人研究及其相應(yīng)自控系統(tǒng)邏輯量設(shè)置，通過(guò)本研究的永置式智能注水測(cè)調(diào)系統(tǒng)在電纜永置式分層流量測(cè)調(diào)過(guò)程中得到了最大化的改進(jìn)。在前期研究過(guò)程中相應(yīng)的設(shè)備設(shè)施和相關(guān)測(cè)控技術(shù)得到了實(shí)驗(yàn)論證和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用，其中所用的分層流量測(cè)試與控制需要能進(jìn)行全面而協(xié)調(diào)的配合性優(yōu)化使用，全面適應(yīng)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(jìn)行井下作業(yè)并修理。在此進(jìn)行改進(jìn)方案式的永置式測(cè)調(diào)系統(tǒng)構(gòu)架展示，通過(guò)在不同工區(qū)的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，井下流量特征不穩(wěn)定是影響相關(guān)設(shè)備故障的要因。在全面簡(jiǎn)化部件后進(jìn)行扁平化的邏輯遙感設(shè)置，并將相關(guān)成本進(jìn)行壓縮最終得到4個(gè)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(diào)配算法、井下機(jī)械執(zhí)行裝置）。在過(guò)程控制向量滿足系統(tǒng)冗余率后方可進(jìn)行協(xié)調(diào)式工作，得到高質(zhì)量用戶數(shù)據(jù)反饋全面指引生產(chǎn)運(yùn)行工作。

1.3井下自發(fā)電分層流量測(cè)調(diào)

儀器儀表及其相應(yīng)機(jī)械調(diào)控設(shè)備功耗較低但也需要一定的動(dòng)力電源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。而電纜永置能很好的解決相應(yīng)問(wèn)題。不過(guò)在復(fù)雜地層環(huán)境與地面干擾下還需要進(jìn)行備用自給自足式電力系統(tǒng)的布設(shè)。在此運(yùn)用井下注水射流動(dòng)力進(jìn)行機(jī)械能轉(zhuǎn)換電能成為首先。運(yùn)用小型發(fā)電機(jī)組不僅能節(jié)約成本提高系統(tǒng)穩(wěn)定性還能進(jìn)行脈沖信號(hào)式的分層流量微調(diào)。

該構(gòu)架的核心思想主要是優(yōu)化供電方式和傳輸方式，在節(jié)能減排的基礎(chǔ)上運(yùn)用渦輪注水發(fā)電提高穩(wěn)定的直流信號(hào)供給，保持地面與井下相關(guān)儀器儀表通信暢通。但是在檢維修上需要定期進(jìn)行維保，確保相關(guān)布局工作正常。

2基于可調(diào)水嘴的配水器控制

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際及相關(guān)前期研究成果，通過(guò)井下配水器是調(diào)控層間注水量的機(jī)械執(zhí)行，其主要工作過(guò)程為電機(jī)帶動(dòng)滑動(dòng)絲杠進(jìn)行閥芯的開啟與閉合，并根據(jù)相應(yīng)儀器儀表檢測(cè)量的不同而進(jìn)行水嘴開度的調(diào)整。其過(guò)程性清晰，主要為預(yù)設(shè)不同水嘴結(jié)構(gòu)形狀的流道核算性依托電機(jī)旋轉(zhuǎn)最終實(shí)現(xiàn)絲杠螺紋的調(diào)控的。相關(guān)的靈敏度由預(yù)設(shè)完善的執(zhí)行器進(jìn)行完成。具體工作剖面圖?？梢悦黠@看出水嘴在不同狀態(tài)下水流的過(guò)程和配注量關(guān)系。

2.1基礎(chǔ)理論支撐

相關(guān)元器件在設(shè)計(jì)之初就基于了基礎(chǔ)理論的原始公式核算，該設(shè)備同樣如此。相關(guān)的精確控制需要靈敏的執(zhí)行器外還需要注水配水過(guò)程中對(duì)于不同形狀水嘴流體力學(xué)特征的實(shí)驗(yàn)核算。需要注意的是正式工況環(huán)境下往往會(huì)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(jié)構(gòu)精細(xì)核算的同時(shí)進(jìn)行一定欲度的預(yù)留。以適應(yīng)和完善相關(guān)控制時(shí)的不穩(wěn)定補(bǔ)償量。保證最中油層能量補(bǔ)充效果?；谧詣?dòng)調(diào)節(jié)效能的水嘴需要在節(jié)流孔的幫助下進(jìn)行協(xié)調(diào)解決。而單一的三角形、菱形、橢網(wǎng)形、圓形、矩形、U型等不能滿足當(dāng)前復(fù)雜情況。運(yùn)用復(fù)合型形狀的水嘴形狀會(huì)事半功倍。以下在保密準(zhǔn)則下展示相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)。

2.2實(shí)驗(yàn)仿真

通過(guò)流體力學(xué)平臺(tái)進(jìn)行一定水嘴模型物理量的真實(shí)開度下的仿真。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖1所示。在此預(yù)設(shè)20%、40%、60%、80%、100%當(dāng)量下的水嘴開度并做流量一壓差關(guān)系分析數(shù)據(jù)擬合曲線。供下步分析。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，相應(yīng)的壓差梯度不斷增大的過(guò)程中，流量系數(shù)初設(shè)為急劇上升狀態(tài)，而隨著時(shí)間的推移相關(guān)數(shù)據(jù)緩慢下降并最終趨于平穩(wěn)。不過(guò)通過(guò)進(jìn)一步數(shù)據(jù)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(guān)系。所以數(shù)據(jù)有必要進(jìn)行進(jìn)一步加工處理和后續(xù)分析。

具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程為：首先在溢流閥關(guān)閉情況下完成水嘴最大開度的過(guò)程性測(cè)試，具體操作時(shí)應(yīng)在20%開度下保持一定時(shí)間然后進(jìn)行逐步提升最終升至100%，隨后在進(jìn)行5～50Hz的試壓泵頻率變更式運(yùn)行，隨后記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程的全部可測(cè)物理量。最終通過(guò)真實(shí)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)仿真進(jìn)行不同水嘴開度、壓差下的流量核算，得出真實(shí)環(huán)境下的操作要點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)及成果分析：綜合不同工況下的真實(shí)注水井井況在配合前期水嘴擬合后得出相應(yīng)的適應(yīng)性規(guī)律，其中U型水嘴的相關(guān)產(chǎn)品智能調(diào)控效果最好，且維護(hù)性更好。在20%～100%的流體仿真和真實(shí)情況下過(guò)程實(shí)驗(yàn)中綜合可測(cè)物理量變化程度最優(yōu)，相應(yīng)設(shè)備磨損效果最小。在基于產(chǎn)品制造原則上進(jìn)行40%的開度時(shí)流量最大淡水相應(yīng)的非線性關(guān)系不成連續(xù)性變化，認(rèn)知為達(dá)到臨界狀態(tài)。綜合控制誤差率3%左有，實(shí)際試驗(yàn)與模擬仿真相比誤差可接受。

3結(jié)語(yǔ)

驅(qū)油注水目前仍然是油田提高采收率的重