智能分注技术发展现状与应用前景

王波

摘 要：我国作为世界上最大的石油消耗大国，进口和自主开采是现阶段国内石油资源供应的主要形式。智能分注技术的试验成功标志着油田分注技术上升到一个新的台阶。智能分注技术不需要在井下下去电缆或钢丝来调配各段注水量，在井口通过压力信号来控制井下各段水量，同时井下各段数据也可无缆传输到井口。智能分注技术能够显著提升分注井水量调配的效率和精度，大大节省了后期调配水量的成本投入。本文结合智能分注技术的基本特点和油田开发过程中的发现需求，探索智能分注技术的发展前景和具体应用。

关键词：智能分注技术;发展现状;应用前景

0 引言

油田注水技术是我国石油开采的重要环节。智能分注技术的提出有效解决了我国在分层注水工艺技术水平上存在的缺陷，能够精确控制注水量，实现地上地下的持续连接，动态监测。智能分注技术能够促进注水驱油效率的显著提升，在强化对地下油层精确控制的同时，精确控水，既能够提升驱油效率，有能够降低水资源的浪费，实现零污染开采。现代化人工智能技术的发展能够通过点对点控制实现分层注水，充分考虑了不同岩层、土壤间质对地下石油开采的影响。智能分注技术能够显著提升地下多层次结构的注水效率。

1 智能分注技术

近年来，我国关于油田开采技术的理论研究不断成熟，而智能分注技术也在不断发展中实现自我创新、自我突破。我国地质结构复杂多变，油田分布缺乏规律，油气资源开采的过程急需通过智能化设备提高自身效率。注水工艺作为石油开采中的重要步骤对石油资源的开采质量和开采效率均有着明显的影响。优化注水工艺既是节约水资源的需要，更是优化开采流程，促进智能产品运用的客观需要。以下将会就当前主流的三种分层注水工艺进行论述。注水开采工艺能够显著提升地下储油空间中的内部压力，是石油开采行业稳产增收的重要途径。

1.1 可投捞式实时监测分层注水工艺

作为机械式智能分层注水工艺的一种，可投捞式监测设备的核心是配水器芯子，传统的测试装配工作需要对配水器芯子进行反复投配和打捞，整个过程相对繁琐且测量的精度和覆盖面十分有限。尤其是井下情况相对复杂、井斜角度过大时，测试工作就难以有效完成。而实时监测分层注水工艺也能够保证井下监测工作的连续性和持久度，它能够实时监测井下不同深度，各层次的流量、温度、注水量、注水压力等因素，通过无线电接受设备实现信息的无缆传输。可投捞式监测设备在使用方法上与传统投捞设备不无差异，但胜在监测行为的持续性和连续性上，地面接收装置能够进行实时反馈的信息对不同层次的注水量和注水速度进行调整。

1.2 可充电式实时监测分层注水工艺

可充电式监测设备实现了真正意义上的无缆信息传输，也是机械式智能分层注水设备的最新研发成果。由地面信息接收系统和地下数据感应装置两个主要部分组成，通过信号发送和信号采集实现对井下压力、水流量的多方位监测。可充电式监测设备具备更长的井下工作时间，且辐射范围、勘测的深度更大。在整体注水量控制和限流方面，地面计算机设备能够通过网络实现对井下设备的手动操控，控制流量阀的闭合程度。可充电式注水工艺在整体结构设计与组成方面更加精密，整体功能和使用性能更强。无缆信息传输的核心在于无线电接收与发送装置，而其控制系统的核心在于电机传动。

1.3 预置电缆式實时监测分层注水工艺

通过预先放置的电缆连接监测设备，通过延长电缆将各层段配水器与计算机控制中心衔接起来，预置电缆和监测设备能够针对性的就井下监测目标进行长期的监测，其电力供应和信息传导的稳定性更强，不容易受到外界人为因素和自然因素的影响。预置电缆实时监控系统建立在成熟的完井施工体系之下，现阶段我国完井施工体系和施工方法尚有待完善。近年来，预置电缆式实时监测分层注水工艺在国外广泛运用的根源在于系统化的完井施工流程。

2 智能分注工艺与原理

2.1 智能分注系统基本构成及工艺

智能分注系统主要由四个部分构成，分别是地面集成控制系统、控制管线和电缆、多级分层流量控制装置、井下信息监测系统。智能分注系统功能的实现主要从这四个部分出发。首先，位于进行不断石油层断面的采集装置对周围环境进行信息采集，采集内容主要有注水流量、流速、水压、水温。操控人员可以根据实习监测需要对信息采集装置进行控制，转动其方位或角度。地面操控中心接受到井下监测信息后，下发指令，指令从控制管线和电缆周围的封闭系统中进行动力系统，通过液压和联动装置，控制流水阀的开合。井下流量监测系统将会持续监测进行情况，通过动态反馈不断了解流量阀的开关程度，通过不断尝试和不断调整，就会形成一个逐渐规范流量控制限度。

2.2 智能分注系统的工作原理

智能分注系统的另一个关键在于测调原理。测调工艺主要通过计算机自主判定，从而启用不同的控制流程。主要的控制体系分为n+1或3+2两种。

2.2.1 n+1控制原理

由一个控制开关控制多个流量阀。所有流量阀同开同关控制体系中任何一个控制器都能够控制整个系统的运行状态。开关以串联合并并联的模式进行，例如，流量阀A、B，控制开关1.2.3，当开关1.3同时闭合时，流量阀A开始启动，当开关1.3同时闭合时，流量阀B开始启动。该控制模式具有较强的连带性，能够发挥不同开关之间的协同作用。

2.2.2 3+2控制原理

该控制原理较上一原理而言更为复杂，其中包含了复杂的解码器系统，所有的控制线路均通过与解码器之间的连接从而实现对流量阀的控制，由三根导线同时和一个解码器相连，三个导线的末端连接的是信息采集装置和中心设备操控系统，控制线能够通过一定的数值变化进行自动调整或根据管理人员下达的指令进行有目的的调整。运用解码器进行控制能够使得流量阀的开合更具智能化特点。

2.3 n+1控制原理和3+2控制原理的特点

以上两种控制原理并与优劣之分，其区别在于使用范围和应用对象不同。二者共同致力于油田注水工艺的智能化发展，实现人工操作到自动控制的过渡。以上两种注水工艺主要基于预置电缆式实时监测分层注水工艺，通过预先安装实现对注水井注水情况的持续测量。对于井下结构复杂、井深深度大、井斜角度大等复杂的井下环境，预装式结构均能够实现监测和控制效能的最大化。流量阀的主要动力主要是液压装置，不同于电机驱动，液压装置对动能的要求量较低，在节省能源的同时，液压装置可操控性和操控的稳定性更佳。对于流量阀的控制精度进行细化，同时，当井下压力过高时，液压装置也能够爆发出强大的驱动力，对于高压下的井下注水作业具有一定的帮助。基于这一特点的井下各类监测元件普遍使用寿命较长，元件之间的连接方式更加合理，动力储备更加充足。解码器和控制系统的作用对传统机械分注系统的改动要求不高，在机械化向自动化转型的过程中，无需对测量系统和信号传输系统进行改造，智能系统安装更为便捷，采用人工操作和自动操作双模式，既要保证自动操作的便捷性，又能够通过人为操作对自动控制进行调节。

3 智能分注关键技术

3.1 注水信息的分层监测

向井下注水时，对注水量和注水速度的控制应当进行测速装置的监测情况进行调整。然后，在井下狭窄的储油空间下，由于井下空气压力较大，且不乏存在一定的杂质堵塞出水口，这时位于出水口处的流速感应器就会得到错误的测量结果。是的解码器和地面操控人员错误的认为注水水量一定达到要求。如此一来，目标层次的地下油层就会出现注水量不足的情况，将会严重影响出油质量和效率。因此，在后期发展过程中应当重点关注注水流速监测的真实性，通过完善井下注水相关参数，降低部分影响因子对注水质量的影响。

3.2 动态监测

分层注水过程中，需要对不同的层次、不同平面的注水情况进行监测，储油深度和地质强度的不同对注水量的要求也会随之变化。在分层注水时，既要完善整个系统监测设备的全面性，又要立足于个体层次，确保特殊储油层的注水效果。除了在监测形式上的改变，在监测内容上也应当作出进一步突破。即丰富井下监测的内容，从井下气压、空气密度到空气湿度，不断完善相关影响因素的监测。智能分注技术的核心与最终落脚点根源在于信息采集的可靠性和有效性。

3.3 无缆通信

基于可充电式实时监测分层注水工艺的无缆信息技术在信息传输的形式上作出了明显的创新。位于井下的配水器将会对井下注水情况进行信息采集，随后将结果以无线传输的形式上传到中央操控系统。然而这一流程通常会行为油井深度过大而使得信息传输的稳定性不够，这时就需要往井下投入中继站，缩短信息传输的距离。

3.4 井下供电

尽管预置电缆能够有效保证井下的电能供应，然而预置电缆的铺设过程对人力、财力的投入仍然很大。且完井工程的全面落实更会大大延长油井的开采时间，导致整体开采進度受到影响。井下供电技术的全面推进将会有效解决井下感性装置和流水阀的动能问题。目前，井下供电的形式主要有电池供电、电缆供电两种形式。这两种方式在供电总量和整体投入上均存在一定的缺陷。未来井下供电发展方向应当朝着自主发电的方向迈进，在注水口增加涡轮发电机，在注水时在感应器带来源源不断的动力。

4 智能分注技术的发展前景

4.1 普及率大大提升

未来50年，我国将正式进入石油开采的高速期，智能分注技术将会在一线开采现场得到大规模普及。石油资源的有效性迫使石油开采工程师不断提升开采效能，只有不断提升石油开采质量，才能使得有效的资源得到充分利用。

4.2 感应系统的一体化和多样化

随着石油开采行业的纵深发展，井下注水作业的精度和要求将会进一步提升，我国石油开采难度将会进一步增大。这时对井下注水感应将会朝着更为精致化的方向迈进。不再局限于温度、压力、流速等传统监测要点。

4.3 信息采集与智能控制

将人工智能运用到计算机程序控制中，积极开发新型解码系统和均衡器，制定系统化的注水阀管理办法。运用计算机设备实现对注水量的智能控制。

5 结束语

现阶段，我国智能分注技术发展潜力巨大，有着巨大的上升空间和广阔的市场需求。结合制造业和计算机领域的最新成果，打造系统化的监测系统，智能化的中控系统。加强对井下信息采集装置的一体化建设，打造尖端科技，促进井下无效数据传输系统的建设，全面建成无缆通信系统。

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