摘要：针对目前海上油田注水技术存在调配工作量大，测调周期长，测调精度低，受井斜影响严重等问题，开展了机械式分层注水工艺技术研究。该工艺技术首次采用液压机械式控制方式，并集成了智能化井下监测、自动化工具调控等特点，实现了实时监测、在线测调的功能。此项工艺技术2017年6月在渤海某油田X井的成功应用，表明分层注水工具性能可靠，在线实时测调，提高了测调效率，可适用酸化、井间示踪剂等作业，为渤海油田分层注水开发技术提供了新的思路。
关键词：机械式；智能；分层注水；液压；多级流量控制装置
引言
随着水平井和大位移井等钻井技术的迅猛发展，井眼条件越来越复杂。水平井吸水测试和分段注水等仪器的下入也变得越来越困难。吸水能力测试和水平井管柱施工难度比直井大，风险高，在水平井进行分层注水时遇到好多问题，比如：起下管柱频繁遇阻遇卡、注水量偏差过大、作业工序繁多等。因此，在水平井分层注水时要考虑井斜、狗腿度以及水平段长度等诸多因素，优化管柱，研制新的工具。水平井无缆地面可调分层注水工艺管柱的技术研发成功并投入现场应用，该技术可一趟管柱完成测试、调配、注水、测量记录井下压力、流量、温度等多个作业任务，并能从地面遥控改变井下各层的配注量，提高调配效率和实现精细分层注水。满足常规直井注水调配的要求，同时可解决水平井的分层注水调配难题。
1新型分层注水工艺智能测调技术总体工艺方案
1.1新型分层注水工艺智能测调技术总体工艺方案
该工艺方案由地面控制系统、防喷系统、井下管柱及上位机软件管理系统等主要部分组成；同时还包括测调车辆、测调电缆、等辅助工具。该工艺的核心为专家模糊控制策略与层段配水器自动调节形成统一整体长期置于井筒内，即将专家模糊控制策略、水嘴自动调节、嘴后压力等传感器集成为一体，实现在规定周期内多层个性化动态测调，较好的避免传统测调工艺单层测调时对其他层流量干扰、导致测调时间超长，现场工作量大等问题。
1.2管柱结构
智能测调工艺管柱（见图1）主要由封隔器、配水器、筛管、球座、等组成。工艺原理是利用泵车打压油管实现封隔器释放，实现目的层坐封。
图1 智能配水管柱
随着该工艺技术发展及现场相关试验的开展，在测试施工时取得10332组数据，通过回放得知井下压力、温度等数据并能进行长期监测，为地质科研人员提供第一手数据资料。目前该技术主要应用在注水直井现场。
2机械式智能分层注水工艺与原理
2.1测调工艺流程
数据信号采集系统将井下温度、流量、压力等数据采集后，作业人员通过地面控制系统手动或自动调节井下多级流量控制装置，工艺图如图2所示，具体测调流程如下：（1）通过穿越液控管线的隔离/定位密封进行分层；（2）油藏监测系统（井下流量计）测得各层实际流量反馈至地面数据采集和控制系统；（3）根据油藏对各层配注量要求，确定对应层位多级流量控制装置水嘴的开度；（4）地面控制柜操控（手动/自动）调节对应的多级流量控制装置至需要的开度；（5）油藏监测系统（井下流量计）测得实时更新的流量数据至地面显示；（6）根据需要再次调整多级流量控制装置开度大小。循环以上步骤，直到调配结果达到设计要求。
2.2测调工艺原理
测调工艺原理根据是否下入解码器可分为液压N+1控制原理（无解码器）和液压3-2控制原理（含解码器）。
图2 机械式智能分层注水工艺图
2.2.1液压N+1控制原理（无解码器）
液压N+1控制模式是由N+1根液控管线控制N个井下多级流量控制装置；所有井下多级流量控制装置共用一根液控管线控制关闭；每个多级流量控制装置通过独立液控管线进行控制开启。图3为3根液控管线控制2个多级流量控制装置原理示意图，当需要关闭所有流量阀时，液控管线1进行打压，在需要开启某一层时，对对应该层位流量阀的液控管线打压即可实现流量阀开启。
图3 液压N+1控制原理示意
2.2.2液压3-2控制原理（含解码器）
液压3-2控制模式是在每层的流量阀上端连接一个解码器，通过三根液控管线精准选择对应解码器，从而控制对应层位的流量阀。控制原理如图4所示，1#控制线与解码器的关闭口连接；2#控制线与解码器的打压口和解码器进入多级流量控制装置关闭口连接；3#控制线与解码器保压口和解码器进入多级流量控制装置开启口连接。通过三根液控管线打压、保压、泄压的顺序不同实现多级流量控制装置的开关，具体过程如下：通过地面控制柜给出开启解码器指令时，3#控制线先保压，2#控制线再打压，此时解码器开启。2#对应的解码器进入流量阀关闭口与流量阀关闭口导通，3#对应的解码器进入流量阀开启口与流量阀开启口导通；地面给出开启流量阀指令时，3#控制线打压，流量阀开启。地面给出关闭流量阀指令时，2#控制线打压，流量阀关闭；地面给出关闭流量阀指令时，1#控制线打压，解码器关闭。
图4 液压3-2控制原理示意
2.3技术特点
该技术可实现井下数据实时采集、多级注水装置在线液压控制一体化，主要优势及技术特点如下：（1）该工艺注水监测及调配装置采用井下常置式安装，实现了注水井实时监测和在线测调的功能，无需钢丝/电缆作业，测调效率高，同时受井斜影响小，满足大斜度定向井、水平井、深井的作业需求；（2）采用液压机械控制方式调节井下多级流量控制装置，相比电动控制方式，推力大、可靠性高，更适应井下复杂工况；（3）井下多级流量控制装置可实现多达11级调控，流量可控范围灵活，调节精度高，采用了关闭锁、防漂移压力锁等先进机构，充分保证了长期安全注水的要求；（4）建立了“液压N+1控制”和“液压3-2解码控制”两种井下控制模式，研制的解码器能满足井下多级流量调控装置的伺服调控要求及远程调控要求；（5）无需对当前的生产设施进行改造，适应性广，井下无活动的电子元器件，系统寿命长，可随时进行海上酸化、测试等作业。
结语
1）所设计的水平井无缆地面可调配水管柱实现了水平井多段分层注水，解决了常规多级分层注水管柱下入井困难的问题，施工方便，提高作业效率。2）研制的压力脉冲式配水器，实现了无缆地面远程控制，达到了一趟管柱即可完成测试、调配、记录井下数据的目的，减少施工作业工序，降低成本。3）研制的压力脉冲式配水器，通过增加流量定时伺服反馈测控系统，实现误差自动修补功能，确保各层注水精度，提高了注水合格率，满足了地质精细注水的需要。4）研制的水平井导向防磨防砂球座，既能降低管柱下井遇阻风险，又有效避免砂粒由油套环空进入油管影响配水器水嘴动作，同时又具有反洗功能。
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论文作者:李景国
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/12
标签：井下论文; 解码器论文; 管柱论文; 流量论文; 工艺论文; 装置论文; 液压论文; 《基层建设》2019年第17期论文;