陈堡油田分注井无缆智能测调工艺应用

朱苏青，刘松林，李 兴，龙远强

(中国石化江苏油田分公司试采一厂，江苏 江都 225265)

陈堡油田分注井无缆智能测调工艺应用

朱苏青，刘松林，李 兴，龙远强

(中国石化江苏油田分公司试采一厂，江苏 江都 225265)

针对注水井井筒的特殊条件，以压力波为载体，在井筒内建立一条有效的、可靠的信号通道，实现井下信息的传递。在分层注水井内下入智能分注工具与封隔器组合，实现分层注水的同时，地面远程控制井下配水器的调配，并将采集的各层流量数据传输至地面，形成无缆智能远程调控的分注测调工艺。该工艺在陈堡油田3口井成功应用，实现分层注水无缆传输、无需现场测试队伍、数字化的模式。

分层注水 智能测调 无缆传输 远程调控 陈堡油田

注水井特别是分注井的分层测调及其它相关资料录取，当前全部采用人工下入钢丝或电缆的方式来进行，成功率不高、工作量大、测调不及时、数据无法共享[1]。

随着技术的进步，无缆智能分注工艺研究取得进展[2]，在实现分层注水的同时，以压力波为载体在井筒内建立无线通讯，远程控制井下配水器的调配，采集井下各层流量参数，并将采集的数据传输至地面，实现了无缆传输、无需现场测试队伍、数字化的分层注水“两无一化”模式。

1 无缆智能测调系统简介

1.1 工艺原理

在分注井井筒内，以压力波为载体在井筒内建立一条有效的、可靠的信号通道，实现井下信息的传递。并将研制的智能分注工具组合下入注水井内，实现分层注水的同时，地面远程控制井下配水器的调配，采集井下各层压力、流量参数，并将采集的数据传输至地面，从而形成一种无缆智能远程调控的分注测调工艺。

1.2 系统结构

无缆智能测调工艺系统主要由地面控制系统与井下工艺管柱部分组成。

地面控制部分的组成见图1。

图1 地面控制部分

井下工艺管柱部分与常规分注工艺类似(图2)，通过分注管柱将智能配水器与封隔器组合下入井内，实现分层注水及智能调配。

图2 井下工艺管柱

2 无缆智能测调工艺研究

在分层注水井实现无缆智能测调工艺，其技术核心是井下智能配水器的研制和井筒数据的通讯传输技术研究。

2.1 井下智能配水器的研制

目前，油田注水井生产管理中，常用的分层流量的调配有两种方式：一是通过钢丝在配水器中投入不同规格固定面积的水嘴控制各层注水量，即常规投捞调配工艺；另一种是测调一体化工艺，将固定水嘴更换为可调水嘴，通过电缆下入工具进行调节[3]。因此要实现无缆智能测调工艺，井下可控配水器智能化是技术的关键，需解决的主要技术难点有：井下调配水控制、水嘴精确定位控制。

2.1.1 井下调配水控制方式设计

受井下空间限制，以及适应高温、高压工况的要求，井下工具智能化改造成本高。为简化井下工具结构，降低设计难度，井下配水器不设计流量计量单元，采用地面控制方式，即地面以单层配注量为依据，向井下配水器发送按某一开度进行调节命令，配水器执行并将稳定后水嘴前后压差向地面反馈，在地面控制器计算水量并与配注要求比较，再发出下一调节命令，直至合格(如图3)。

图3 井下配水器调配水过程

2.1.2 水嘴开度精准定位控制设计

应用流体力学理论，以水嘴形状变化规律为边界条件，建立水嘴流动模型[4-5]，优化了水嘴的精细分档、开度步长设置。

(1)水嘴双级细分控制：通过模型计算，将水嘴按面积分成16～20个大的档位；每个大档内部又分为5～6个微调小级，从而实现精确配水调节。

(2)开度步长设置：通过水嘴流动模型模拟，按角度步长进行分布设计。

(3)精准定位技术的优选：采用红外线高精度定位技术。

2.2 井筒数据通讯传输技术研究

目前主要应用于钻井领域中的随钻测井技术(如MWD)，采用泥浆压力脉冲作为信道进行数据传输，其技术可行性、可靠性得到矿场应用的认可[6]，也成为目前采油、注水井下数据通讯技术研发的主流方向。

2.2.1 分层注水井生产特征分析

(1)注水井的生产特点与油井完全不同，管柱内流动的是水，为单相、不可压缩的单一介质；

(2)注水井井下能方便监测的参数有：压力、温度、流量等，且这些参数是有规律、连续的。

因此，可利用这些参数的脉冲进行载波，实现井下与地面通讯。

2.2.2 指令与数据传输

在油田生产管理中，注水井的配注量是通过井口配水闸门进行调节。分注井是通过在井筒内下入注水管柱、封隔器与配水器组合实现分层注水，在相应配水器中投入不同尺寸的水嘴来控制各层位的注入量。因此，可利用目前分注井控制分层流量这一原理，实现井下数据传输所需要的压力脉冲波的产生。

(1)可编码压力脉冲波产生：将井口配水闸门更换为可程控电磁阀，根据编码需要控制电磁阀的动作；同时将井下配水器更换为可程控的可调配水嘴，根据编码需要控制可调配水嘴的动作。

(2)指令与数据载波技术思路：通过设计地面控制模块控制地面可程控电磁阀的开与关，产生压力/流量脉冲，将流量调节、参数测量等命令进行编码载入该脉冲波，井下配水器接收并识别该波形，按设计好的通讯规则进行解码，对控制命令进行响应，实现流量调节、参数测量等命令的下发。

同理，开发井下控制模块，控制井下可调配水嘴的开关动作，使管内压力波动来产生脉冲，将生产数据(压力、流量)进行编码载入该脉冲波，地面模块接收并识别该波形，按设计好的通讯规则进行解码，实现井下数据的向上传输(如图4)。

图4 指令与数据传输过程

3 无缆智能测调工艺现场应用

无缆智能测调工艺在陈堡油田3口井实施均取得成功(表1)，并成功实施远程控制调配试验。

(1)陈2-68井实施两级三段智能分注。典型井例陈2-68井在2016年10月实施了两级三段智能分注工艺，该井地质配注50 m3/d，3个层段配注量分别为20 m3/d、20 m3/d、10 m3/d，管柱结构如图2，主要工艺实施步骤见表2。

为验证各层注水量调配的准确性，下入电磁流量计进行验证，将智能配水器自动调配成功后采集的3个层段的流量与电磁流量计测试数据对比(如下表3)，3个层段均达到地质配注要求，测试数据差值小于10%。

表1 无缆智能测调工艺在陈堡油田应用情况

表2 陈2-68井两级三段智能分注工艺主要实施步骤

表3 智能分注分层流量与电磁流量计测试数据对比

(2)陈3-94井远程控制调配试验。陈3-94井于2015年12月成功实施一级两段智能分注试验，该井地质配注120 m3/d，2个层段配注量分别为60 m3/d、60 m3/d。2016年7月20日按地质要求将两个层段分层配水量下调到30 m3/d，2016年11月18日按地质要求将两个层段分层配水量恢复到60 m3/d，两次远程控制调配试验均取得了成功，该井注水曲线如图5。

图5 陈3-94井注水曲线

4 认识与结论

无缆智能测调工艺在分注井的应用显示了其优越性，效果显著：

(1)提高了注水井信息化水平，实现了分层注水“两无一化”模式，大幅减少了投捞、测试工作量。与常规分注井测调工艺相比，年累计减少投捞、测试工作量21井次，节约测调费用约21万元。

(2)可以实现分层注水量远程控制、智能调配，提高了测调效率，提高了测试成功率，满足了细分注水需求，实现了分层定量注水。

(3)可以实现连续监测各层压力、流量等参数，真正实现了分注井动态调配，满足了油田精细注水要求，提高开发水平。

[1] 李常友.胜利油田测调一体化分层注水工艺技术新进展[J].石油机械，2015，43(6):66-70.

[2] 赵欣.智能配水工艺技术在注水井中的应用[J].内蒙古石油化，2013，27(4):96-99.

[3] 耿海涛，肖国华，宋显民，等.同心测调一体分注技术研究与应用[J].断块油气田，2013，20(3):406-408.

[4] 周晓君.偏心定量水嘴及其流量调节特性[J].断块油气田，2000，7(5):50-52.

[5] 罗必林，巨亚锋，申晓莉，等.分层注水可调水嘴调节能力仿真计算与分析[J].石油天然气学报，2014，36(9):141-146.

[6] 梁耀.随钻泥浆脉冲信号的处理[D].西安:西安石油大学，2013.

Cable-free intelligent testing and adjustment process for water-injection wells with separate layer in Chenbao Oilfield

Zhu Suqing, Liu Songlin, Li Xing, Long Yuanqiang

(No.1OilProductionPlantofJiangsuOilfieldCompany,SINOPEC,Jiangdu225265,China)

Aiming at the special condition of the injection well wellbore, the pressure wave is used as the carrier to establish an effective and reliable signal channel in the wellbore, realizing the transmission of the downhole information. The combination of intelligent sub-injection tool and packer was put into the water injection well to achieve separate layer water injection. Meanwhile, the deployment of the downhole water regulator was remotely controlled at the ground, and the collected flow rate data of layers was transmitted to the ground, realizing the cable-free remote intelligent testing and adjustment .The process has been successfully applied in three wells of Chenbao Oilfield. It can realize the cable-free transmission of water injection well with separate layer, without the need of field testing team, and the digital mode.

separate layer water injection, intelligent measurement, cable-free transmission, remote control, Chenbao Oilfield.

TE35

A

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.03.016

2017-04-15；改回日期：2017-07-26。

朱苏青(1972—)，高级工程师，现主要从事采油工程领域的研究与管理工作。E-mail：zhusuq.isyt@sinopec.com。

(编辑 韩 枫)