智能分注分层流量自动比对测试技术研究与应用

中国石油华油油田公司二连分公司

油田注水是开发过程中补充地层能量，提高采收率最有效、最经济的方法，为了解油层或注水层段的吸水能力，鉴定分层配水方案的准确性等，需对分注井进行测调[1-2]。与传统井下分注工艺相比，智能分注工艺能更好地实现注水井分层流量、压力等参数连续监测与实时调整，实现无人工上井的远程测调。

智能分注工艺是一种以电缆为媒介，无视井口和封隔器阻碍，通过地面无线控制系统，实时传输井下智能配水流量计与井口地面控制柜之间数据的新型分注工艺，实现智能分注井的全自动测调。但随注入时间的推移，智能分注井下配水流量计可能会因为死油、杂质等脏物聚集到配水器附近堵塞水嘴，使计量通道口径发生变化，在活动水嘴或加大排量冲洗无效的情况下，将造成流量漂移[3]。井下智能配水流量计堵塞物可能在水流的长时间冲刷下，有部分脱落或全部脱落，此时，比对测试后的井下配水流量计将再次发生流量漂移，需要重新比对测试。但堵塞物若是每隔一段时间脱落一部分，为了确保配水的准确性，就需要很频繁的进行比对测试，因此开展了智能分注分层流量自动比对测试技术的研究与应用。依托已建数字化系统，在注水流量调节环节使用自动比对测试[4-5]，以自动化运行代替现场的人工操作，配套进行远程监控、定期调控，形成一整套高效、安全的操作体系，保障分层注水的准确性，给油藏分析提供连续、准确的数据，以实现注水方案的动态调整，更好地实现油田精细注水需求。

1 分层流量自动比对测试工艺

1.1 流量漂移原因分析

二连油田现有智能分注井采用压差式流量计，通过压差计算流量[6]，其原理如图1 所示。若计量通道堵塞口径发生变化，流量便会产生漂移，最直观表现为显示的井下流量与高压流量自控仪流量数据不符。

图1 压差式流量计原理示意图Fig.1 Schematic diagram of pressure differential flowmeter principle

井下流量计算式为

式中：qv为井下流量，m3/s；Cd为流量系数；A为孔口面积，m2；Δp为孔口前后压差，Pa；ρ为流体的密度，kg/m3；

二连油田智能分注井井下配水器进水口安装了过滤网，出水口安装了防返吐组件，可避免过大的砂砾进入流量计和水嘴造成砂卡。在实际生产过程中，井筒杂质造成的过滤网及防返吐组件堵塞，一般可通过反洗井、提高注入压力、开关水嘴激动注水解决。但对于个别水嘴堵塞，又无法完全将堵塞物去除干净而造成井下流量漂移的井，则需要对井下流量计进行比对测试，使其满足注水准确度需求。

1.2 井下流量计比对测试方法

井下流量计一旦下入井内后，要实现对其比对测试，必须找到一个可靠的同源流量计作为参照物，从而通过当前实际流量数据来求出井下流量计的漂移值。

从压差式流量计的原理可知，井下流量漂移是因为计量通道堵塞，过流面积发生改变造成的，当前程序获取的井下流量计通道直径仍是未堵塞时的正常值，所以其计算出的瞬时流量与自控仪反馈的实际瞬时流量不符。因此，通过当前实际流量可以计算出井下流量计通道当前实际过流面积，从而根据未堵塞时的面积计算出堵塞面积，再通过修正瞬时流量计算公式达到比对测试的目的。

目前可通过人工方式逐层对流量漂移井的井口高压流量自控仪数据与井下流量计数据进行瞬时比对，检查流量漂移情况，然后通过修改地面控制柜程序内置参数对流量漂移层流量计进行井口比对测试[7-8]。

1.3 分层流量自动比对测试

自动比对测试工艺原理为：地面控制柜配套井口数据传输模块，通过井场数据基站接入站控中心，并实现远程实时监测和调整各层段的流量、内压、外压、温度、开度、封隔器和配水仪位置、压力报警、流量的上限报警和下限报警等数据；地面控制柜定时采集井下配水仪与高压流量自控仪实时数据，若发现超出设定范围，则执行自动比对测试命令，逐层对井下各层配水仪与高压流量自控仪数据比对，并对检测到的流量漂移层自动进行数据计算得出修正值；再用修正值修正该层瞬时流量计算公式，达到比对测试该层流量计的目的[9-10]。

自动比对测试工作流程见图2。

图2 自动比对测试流程示意图Fig.2 Schematic diagram of automatic comparison test flow

1.4 自动比对测试程序开发与升级

为完善数据远程装置与配套软件，实现远程数据采集和流量控制，对站控中心的控制系统程序进行功能升级并配套站控平台程序开发，从而实现控制柜对自控仪数据的实时获取以及自动比对测试功能[11]。

首先，在原有“井口直连自动比对测试方法”的基础上，通过对地面控制柜程序进行功能升级（智能分注工艺远程调控配套组态软件），使其能够给站控中心发送获取高压流量自控仪数据的命令，同时接收站控中心反馈回来的高压流量自控仪实时数据。其次，配套对站控中心智能分注远程控制平台进行功能开发，使其能在接收到地面控制柜命令的同时对高压流量自控仪数据进行采集，并将数据反馈给控制柜程序，用于自动比对测试。

通过对地面控制柜程序和站控中心远程控制平台进行升级，实现了无需井口连线即可完成智能分注井井下流量计的自动比对测试，确保了智能分注井分层配水准确度。升级后的自动比对测试系统对比测试时按下述步骤执行：

（1）当到达设定的自动比对测试数据采集周期时间节点时，地面控制柜程序给站控中心远程控制平台发送采集指令，对高压流量自控仪数据进行采集，平台采集完成后将数据反馈给控制柜程序。同时，地面控制柜也完成了井下流量计数据的采集。

（2）程序对采集到的数据进行比对，若总瞬时流量差值在设定范围内，则执行结束命令。若差值超过设定范围，则调节水嘴，即只开第一层水嘴，然后执行下一步骤。

（3）地面控制柜程序再次按步骤（1）对井下流量计和高压流量自控仪进行数据采集，然后对采集到的数据进行比对：若差值在设定范围内，则调节水嘴继续对下一层进行本项操作；若差值不在设定范围内，则对数据进行计算得出修正值。

（4）程序通过计算出的修正值完成该层流量计算公式的修正，然后调节水嘴，继续对下一层进行步骤（3）的数据采集与比对。

（5）依次执行完设定层数的任务，自动比对测试结束。

通过对控制柜程序进行功能升级并配套站控平台程序开发，实现控制柜对自控仪数据的实时获取，用于自动比对测试。配套站控平台对控制柜自动比对测试程序进行各项比对测试参数的设置，系统到达设定的比对测试周期时即可执行该井的自动比对测试，实现了远程自动测调、自动比对测试功能。同时配套站控平台还可以进行角色管理，给不同账号赋予不同权限，便于规范现场管理。

2 应用效果

截至2019 年12 月，智能分注工艺在二连油田共实施43 口井，应用井深范围1 415～2 343 m，最大井斜度34.5°，最大井口油压22 MPa，注水量范围15～45 m3/d，单层最小配注5 m3/d，最多分层4段。目前智能分注分层流量自动比对测试现场已应用38 口井，自动比对测试和测调后的井下各层智能配水仪流量计流量数据与高压流量自控仪流量数据吻合，误差在±1%，满足注水准确度需要，确保了分层注水合格率，智能分注井分注合格率从87.2%提升至97.7%（表1）。

智能分注井自动比对测试功能的实现，有效提升了分注工艺的可靠性和适用性，通过调整单井高压流量自控仪流量，对各层水量计量仪表进行远程比对测试，解决了智能分注分层水量误差问题，使智能分注井分层注水合格率保持在95%以上，取得了较好的分注效果。智能分注工艺根据设定周期自动进行比对测试与测调，提高了井下分层配水的准确度，测调不受时间、气候、人员等因素的影响，分层数据随时获取，节省了人力、物力。

表1 自动比对测试前后数据对比Tab.1 Data before and after the automatic comparison test m3/h

智能分注井通过智能分注站控中心远程控制平台进行管控，实现远程自动比对测试与自动测调，不再进行人为干预，数据读取直观便捷，使智能分注工艺更为智能化，适应范围更广，为准确注水向智慧注水迈进打下了基础。

3 结束语

（1）智能分注井自动比对测试有效解决了井下分层水量误差问题，保障了分层配水准确度及分注井注水合格率，提高了油田开发效果，可为油藏的分析评价提供大量的数据支撑。

（2）智能分注井比对测试全程自动化，无需人工干预，通过智能分注站控中心远程控制平台即可远程实现比对测试，减轻了人员劳动强度。

（3）通过智能分注自动比对测试的创新与研发，使智能分注井适应范围更广，对智能分注工艺推广应用起到了积极的推进作用。

（4）可在其他油田推广应用智能分注井自动比对测试，以继续完善智能分注井自动比对测试功能。