朱蘇青，劉松林，李 興，龍遠強

(中國石化江蘇油田分公司試采一廠，江蘇 江都 225265)

陳堡油田分注井無纜智能測調工藝應用

朱蘇青，劉松林，李 興，龍遠強

(中國石化江蘇油田分公司試采一廠，江蘇 江都 225265)

針對注水井井筒的特殊條件，以壓力波為載體，在井筒內建立一條有效的、可靠的信號通道，實現(xiàn)井下信息的傳遞。在分層注水井內下入智能分注工具與封隔器組合，實現(xiàn)分層注水的同時，地面遠程控制井下配水器的調配，并將采集的各層流量數據傳輸至地面，形成無纜智能遠程調控的分注測調工藝。該工藝在陳堡油田3口井成功應用，實現(xiàn)分層注水無纜傳輸、無需現(xiàn)場測試隊伍、數字化的模式。

分層注水 智能測調 無纜傳輸 遠程調控 陳堡油田

注水井特別是分注井的分層測調及其它相關資料錄取，當前全部采用人工下入鋼絲或電纜的方式來進行，成功率不高、工作量大、測調不及時、數據無法共享[1]。

隨著技術的進步，無纜智能分注工藝研究取得進展[2]，在實現(xiàn)分層注水的同時，以壓力波為載體在井筒內建立無線通訊，遠程控制井下配水器的調配，采集井下各層流量參數，并將采集的數據傳輸至地面，實現(xiàn)了無纜傳輸、無需現(xiàn)場測試隊伍、數字化的分層注水“兩無一化”模式。

1 無纜智能測調系統(tǒng)簡介

1.1 工藝原理

在分注井井筒內，以壓力波為載體在井筒內建立一條有效的、可靠的信號通道，實現(xiàn)井下信息的傳遞。并將研制的智能分注工具組合下入注水井內，實現(xiàn)分層注水的同時，地面遠程控制井下配水器的調配，采集井下各層壓力、流量參數，并將采集的數據傳輸至地面，從而形成一種無纜智能遠程調控的分注測調工藝。

1.2 系統(tǒng)結構

無纜智能測調工藝系統(tǒng)主要由地面控制系統(tǒng)與井下工藝管柱部分組成。

地面控制部分的組成見圖1。

圖1 地面控制部分

井下工藝管柱部分與常規(guī)分注工藝類似(圖2)，通過分注管柱將智能配水器與封隔器組合下入井內，實現(xiàn)分層注水及智能調配。

圖2 井下工藝管柱

2 無纜智能測調工藝研究

在分層注水井實現(xiàn)無纜智能測調工藝，其技術核心是井下智能配水器的研制和井筒數據的通訊傳輸技術研究。

2.1 井下智能配水器的研制

目前，油田注水井生產管理中，常用的分層流量的調配有兩種方式：一是通過鋼絲在配水器中投入不同規(guī)格固定面積的水嘴控制各層注水量，即常規(guī)投撈調配工藝；另一種是測調一體化工藝，將固定水嘴更換為可調水嘴，通過電纜下入工具進行調節(jié)[3]。因此要實現(xiàn)無纜智能測調工藝，井下可控配水器智能化是技術的關鍵，需解決的主要技術難點有：井下調配水控制、水嘴精確定位控制。

2.1.1 井下調配水控制方式設計

受井下空間限制，以及適應高溫、高壓工況的要求，井下工具智能化改造成本高。為簡化井下工具結構，降低設計難度，井下配水器不設計流量計量單元，采用地面控制方式，即地面以單層配注量為依據，向井下配水器發(fā)送按某一開度進行調節(jié)命令，配水器執(zhí)行并將穩(wěn)定后水嘴前后壓差向地面反饋，在地面控制器計算水量并與配注要求比較，再發(fā)出下一調節(jié)命令，直至合格(如圖3)。

圖3 井下配水器調配水過程

2.1.2 水嘴開度精準定位控制設計

應用流體力學理論，以水嘴形狀變化規(guī)律為邊界條件，建立水嘴流動模型[4-5]，優(yōu)化了水嘴的精細分檔、開度步長設置。

(1)水嘴雙級細分控制：通過模型計算，將水嘴按面積分成16～20個大的檔位；每個大檔內部又分為5～6個微調小級，從而實現(xiàn)精確配水調節(jié)。

(2)開度步長設置：通過水嘴流動模型模擬，按角度步長進行分布設計。

(3)精準定位技術的優(yōu)選：采用紅外線高精度定位技術。

2.2 井筒數據通訊傳輸技術研究

目前主要應用于鉆井領域中的隨鉆測井技術(如MWD)，采用泥漿壓力脈沖作為信道進行數據傳輸，其技術可行性、可靠性得到礦場應用的認可[6]，也成為目前采油、注水井下數據通訊技術研發(fā)的主流方向。

2.2.1 分層注水井生產特征分析

(1)注水井的生產特點與油井完全不同，管柱內流動的是水，為單相、不可壓縮的單一介質；

(2)注水井井下能方便監(jiān)測的參數有：壓力、溫度、流量等，且這些參數是有規(guī)律、連續(xù)的。

因此，可利用這些參數的脈沖進行載波，實現(xiàn)井下與地面通訊。

2.2.2 指令與數據傳輸

在油田生產管理中，注水井的配注量是通過井口配水閘門進行調節(jié)。分注井是通過在井筒內下入注水管柱、封隔器與配水器組合實現(xiàn)分層注水，在相應配水器中投入不同尺寸的水嘴來控制各層位的注入量。因此，可利用目前分注井控制分層流量這一原理，實現(xiàn)井下數據傳輸所需要的壓力脈沖波的產生。

(1)可編碼壓力脈沖波產生：將井口配水閘門更換為可程控電磁閥，根據編碼需要控制電磁閥的動作；同時將井下配水器更換為可程控的可調配水嘴，根據編碼需要控制可調配水嘴的動作。

(2)指令與數據載波技術思路：通過設計地面控制模塊控制地面可程控電磁閥的開與關，產生壓力/流量脈沖，將流量調節(jié)、參數測量等命令進行編碼載入該脈沖波，井下配水器接收并識別該波形，按設計好的通訊規(guī)則進行解碼，對控制命令進行響應，實現(xiàn)流量調節(jié)、參數測量等命令的下發(fā)。

同理，開發(fā)井下控制模塊，控制井下可調配水嘴的開關動作，使管內壓力波動來產生脈沖，將生產數據(壓力、流量)進行編碼載入該脈沖波，地面模塊接收并識別該波形，按設計好的通訊規(guī)則進行解碼，實現(xiàn)井下數據的向上傳輸(如圖4)。

圖4 指令與數據傳輸過程

3 無纜智能測調工藝現(xiàn)場應用

無纜智能測調工藝在陳堡油田3口井實施均取得成功(表1)，并成功實施遠程控制調配試驗。

(1)陳2-68井實施兩級三段智能分注。典型井例陳2-68井在2016年10月實施了兩級三段智能分注工藝，該井地質配注50 m3/d，3個層段配注量分別為20 m3/d、20 m3/d、10 m3/d，管柱結構如圖2，主要工藝實施步驟見表2。

為驗證各層注水量調配的準確性，下入電磁流量計進行驗證，將智能配水器自動調配成功后采集的3個層段的流量與電磁流量計測試數據對比(如下表3)，3個層段均達到地質配注要求，測試數據差值小于10%。

表1 無纜智能測調工藝在陳堡油田應用情況

表2 陳2-68井兩級三段智能分注工藝主要實施步驟

表3 智能分注分層流量與電磁流量計測試數據對比

(2)陳3-94井遠程控制調配試驗。陳3-94井于2015年12月成功實施一級兩段智能分注試驗，該井地質配注120 m3/d，2個層段配注量分別為60 m3/d、60 m3/d。2016年7月20日按地質要求將兩個層段分層配水量下調到30 m3/d，2016年11月18日按地質要求將兩個層段分層配水量恢復到60 m3/d，兩次遠程控制調配試驗均取得了成功，該井注水曲線如圖5。

圖5 陳3-94井注水曲線

4 認識與結論

無纜智能測調工藝在分注井的應用顯示了其優(yōu)越性，效果顯著：

(1)提高了注水井信息化水平，實現(xiàn)了分層注水“兩無一化”模式，大幅減少了投撈、測試工作量。與常規(guī)分注井測調工藝相比，年累計減少投撈、測試工作量21井次，節(jié)約測調費用約21萬元。

(2)可以實現(xiàn)分層注水量遠程控制、智能調配，提高了測調效率，提高了測試成功率，滿足了細分注水需求，實現(xiàn)了分層定量注水。

(3)可以實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測各層壓力、流量等參數，真正實現(xiàn)了分注井動態(tài)調配，滿足了油田精細注水要求，提高開發(fā)水平。

[1] 李常友.勝利油田測調一體化分層注水工藝技術新進展[J].石油機械，2015，43(6):66-70.

[2] 趙欣.智能配水工藝技術在注水井中的應用[J].內蒙古石油化，2013，27(4):96-99.

[3] 耿海濤，肖國華，宋顯民，等.同心測調一體分注技術研究與應用[J].斷塊油氣田，2013，20(3):406-408.

[4] 周曉君.偏心定量水嘴及其流量調節(jié)特性[J].斷塊油氣田，2000，7(5):50-52.

[5] 羅必林，巨亞鋒，申曉莉，等.分層注水可調水嘴調節(jié)能力仿真計算與分析[J].石油天然氣學報，2014，36(9):141-146.

[6] 梁耀.隨鉆泥漿脈沖信號的處理[D].西安:西安石油大學，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。

朱蘇青(1972—)，高級工程師，現(xiàn)主要從事采油工程領域的研究與管理工作。E-mail：zhusuq.isyt@sinopec.com。

(編輯 韓 楓)