中國石油華油油田公司二連分公司

油田注水是開發(fā)過程中補(bǔ)充地層能量，提高采收率最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法，為了解油層或注水層段的吸水能力，鑒定分層配水方案的準(zhǔn)確性等，需對分注井進(jìn)行測調(diào)[1-2]。與傳統(tǒng)井下分注工藝相比，智能分注工藝能更好地實(shí)現(xiàn)注水井分層流量、壓力等參數(shù)連續(xù)監(jiān)測與實(shí)時(shí)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)無人工上井的遠(yuǎn)程測調(diào)。

智能分注工藝是一種以電纜為媒介，無視井口和封隔器阻礙，通過地面無線控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)傳輸井下智能配水流量計(jì)與井口地面控制柜之間數(shù)據(jù)的新型分注工藝，實(shí)現(xiàn)智能分注井的全自動(dòng)測調(diào)。但隨注入時(shí)間的推移，智能分注井下配水流量計(jì)可能會(huì)因?yàn)樗烙汀㈦s質(zhì)等臟物聚集到配水器附近堵塞水嘴，使計(jì)量通道口徑發(fā)生變化，在活動(dòng)水嘴或加大排量沖洗無效的情況下，將造成流量漂移[3]。井下智能配水流量計(jì)堵塞物可能在水流的長時(shí)間沖刷下，有部分脫落或全部脫落，此時(shí)，比對測試后的井下配水流量計(jì)將再次發(fā)生流量漂移，需要重新比對測試。但堵塞物若是每隔一段時(shí)間脫落一部分，為了確保配水的準(zhǔn)確性，就需要很頻繁的進(jìn)行比對測試，因此開展了智能分注分層流量自動(dòng)比對測試技術(shù)的研究與應(yīng)用。依托已建數(shù)字化系統(tǒng)，在注水流量調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)使用自動(dòng)比對測試[4-5]，以自動(dòng)化運(yùn)行代替現(xiàn)場的人工操作，配套進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、定期調(diào)控，形成一整套高效、安全的操作體系，保障分層注水的準(zhǔn)確性，給油藏分析提供連續(xù)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)注水方案的動(dòng)態(tài)調(diào)整，更好地實(shí)現(xiàn)油田精細(xì)注水需求。

1 分層流量自動(dòng)比對測試工藝

1.1 流量漂移原因分析

二連油田現(xiàn)有智能分注井采用壓差式流量計(jì)，通過壓差計(jì)算流量[6]，其原理如圖1 所示。若計(jì)量通道堵塞口徑發(fā)生變化，流量便會(huì)產(chǎn)生漂移，最直觀表現(xiàn)為顯示的井下流量與高壓流量自控儀流量數(shù)據(jù)不符。

圖1 壓差式流量計(jì)原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of pressure differential flowmeter principle

井下流量計(jì)算式為

式中：qv為井下流量，m3/s；Cd為流量系數(shù)；A為孔口面積，m2；Δp為孔口前后壓差，Pa；ρ為流體的密度，kg/m3；

二連油田智能分注井井下配水器進(jìn)水口安裝了過濾網(wǎng)，出水口安裝了防返吐組件，可避免過大的砂礫進(jìn)入流量計(jì)和水嘴造成砂卡。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，井筒雜質(zhì)造成的過濾網(wǎng)及防返吐組件堵塞，一般可通過反洗井、提高注入壓力、開關(guān)水嘴激動(dòng)注水解決。但對于個(gè)別水嘴堵塞，又無法完全將堵塞物去除干凈而造成井下流量漂移的井，則需要對井下流量計(jì)進(jìn)行比對測試，使其滿足注水準(zhǔn)確度需求。

1.2 井下流量計(jì)比對測試方法

井下流量計(jì)一旦下入井內(nèi)后，要實(shí)現(xiàn)對其比對測試，必須找到一個(gè)可靠的同源流量計(jì)作為參照物，從而通過當(dāng)前實(shí)際流量數(shù)據(jù)來求出井下流量計(jì)的漂移值。

從壓差式流量計(jì)的原理可知，井下流量漂移是因?yàn)橛?jì)量通道堵塞，過流面積發(fā)生改變造成的，當(dāng)前程序獲取的井下流量計(jì)通道直徑仍是未堵塞時(shí)的正常值，所以其計(jì)算出的瞬時(shí)流量與自控儀反饋的實(shí)際瞬時(shí)流量不符。因此，通過當(dāng)前實(shí)際流量可以計(jì)算出井下流量計(jì)通道當(dāng)前實(shí)際過流面積，從而根據(jù)未堵塞時(shí)的面積計(jì)算出堵塞面積，再通過修正瞬時(shí)流量計(jì)算公式達(dá)到比對測試的目的。

目前可通過人工方式逐層對流量漂移井的井口高壓流量自控儀數(shù)據(jù)與井下流量計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行瞬時(shí)比對，檢查流量漂移情況，然后通過修改地面控制柜程序內(nèi)置參數(shù)對流量漂移層流量計(jì)進(jìn)行井口比對測試[7-8]。

1.3 分層流量自動(dòng)比對測試

自動(dòng)比對測試工藝原理為：地面控制柜配套井口數(shù)據(jù)傳輸模塊，通過井場數(shù)據(jù)基站接入站控中心，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測和調(diào)整各層段的流量、內(nèi)壓、外壓、溫度、開度、封隔器和配水儀位置、壓力報(bào)警、流量的上限報(bào)警和下限報(bào)警等數(shù)據(jù)；地面控制柜定時(shí)采集井下配水儀與高壓流量自控儀實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)超出設(shè)定范圍，則執(zhí)行自動(dòng)比對測試命令，逐層對井下各層配水儀與高壓流量自控儀數(shù)據(jù)比對，并對檢測到的流量漂移層自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算得出修正值；再用修正值修正該層瞬時(shí)流量計(jì)算公式，達(dá)到比對測試該層流量計(jì)的目的[9-10]。

自動(dòng)比對測試工作流程見圖2。

圖2 自動(dòng)比對測試流程示意圖Fig.2 Schematic diagram of automatic comparison test flow

1.4 自動(dòng)比對測試程序開發(fā)與升級

為完善數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程裝置與配套軟件，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和流量控制，對站控中心的控制系統(tǒng)程序進(jìn)行功能升級并配套站控平臺程序開發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)控制柜對自控儀數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取以及自動(dòng)比對測試功能[11]。

首先，在原有“井口直連自動(dòng)比對測試方法”的基礎(chǔ)上，通過對地面控制柜程序進(jìn)行功能升級（智能分注工藝遠(yuǎn)程調(diào)控配套組態(tài)軟件），使其能夠給站控中心發(fā)送獲取高壓流量自控儀數(shù)據(jù)的命令，同時(shí)接收站控中心反饋回來的高壓流量自控儀實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。其次，配套對站控中心智能分注遠(yuǎn)程控制平臺進(jìn)行功能開發(fā)，使其能在接收到地面控制柜命令的同時(shí)對高壓流量自控儀數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將數(shù)據(jù)反饋給控制柜程序，用于自動(dòng)比對測試。

通過對地面控制柜程序和站控中心遠(yuǎn)程控制平臺進(jìn)行升級，實(shí)現(xiàn)了無需井口連線即可完成智能分注井井下流量計(jì)的自動(dòng)比對測試，確保了智能分注井分層配水準(zhǔn)確度。升級后的自動(dòng)比對測試系統(tǒng)對比測試時(shí)按下述步驟執(zhí)行：

（1）當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的自動(dòng)比對測試數(shù)據(jù)采集周期時(shí)間節(jié)點(diǎn)時(shí)，地面控制柜程序給站控中心遠(yuǎn)程控制平臺發(fā)送采集指令，對高壓流量自控儀數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，平臺采集完成后將數(shù)據(jù)反饋給控制柜程序。同時(shí)，地面控制柜也完成了井下流量計(jì)數(shù)據(jù)的采集。

（2）程序?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行比對，若總瞬時(shí)流量差值在設(shè)定范圍內(nèi)，則執(zhí)行結(jié)束命令。若差值超過設(shè)定范圍，則調(diào)節(jié)水嘴，即只開第一層水嘴，然后執(zhí)行下一步驟。

（3）地面控制柜程序再次按步驟（1）對井下流量計(jì)和高壓流量自控儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對：若差值在設(shè)定范圍內(nèi)，則調(diào)節(jié)水嘴繼續(xù)對下一層進(jìn)行本項(xiàng)操作；若差值不在設(shè)定范圍內(nèi)，則對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得出修正值。

（4）程序通過計(jì)算出的修正值完成該層流量計(jì)算公式的修正，然后調(diào)節(jié)水嘴，繼續(xù)對下一層進(jìn)行步驟（3）的數(shù)據(jù)采集與比對。

（5）依次執(zhí)行完設(shè)定層數(shù)的任務(wù)，自動(dòng)比對測試結(jié)束。

通過對控制柜程序進(jìn)行功能升級并配套站控平臺程序開發(fā)，實(shí)現(xiàn)控制柜對自控儀數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取，用于自動(dòng)比對測試。配套站控平臺對控制柜自動(dòng)比對測試程序進(jìn)行各項(xiàng)比對測試參數(shù)的設(shè)置，系統(tǒng)到達(dá)設(shè)定的比對測試周期時(shí)即可執(zhí)行該井的自動(dòng)比對測試，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)測調(diào)、自動(dòng)比對測試功能。同時(shí)配套站控平臺還可以進(jìn)行角色管理，給不同賬號賦予不同權(quán)限，便于規(guī)范現(xiàn)場管理。

2 應(yīng)用效果

截至2019 年12 月，智能分注工藝在二連油田共實(shí)施43 口井，應(yīng)用井深范圍1 415～2 343 m，最大井斜度34.5°，最大井口油壓22 MPa，注水量范圍15～45 m3/d，單層最小配注5 m3/d，最多分層4段。目前智能分注分層流量自動(dòng)比對測試現(xiàn)場已應(yīng)用38 口井，自動(dòng)比對測試和測調(diào)后的井下各層智能配水儀流量計(jì)流量數(shù)據(jù)與高壓流量自控儀流量數(shù)據(jù)吻合，誤差在±1%，滿足注水準(zhǔn)確度需要，確保了分層注水合格率，智能分注井分注合格率從87.2%提升至97.7%（表1）。

智能分注井自動(dòng)比對測試功能的實(shí)現(xiàn)，有效提升了分注工藝的可靠性和適用性，通過調(diào)整單井高壓流量自控儀流量，對各層水量計(jì)量儀表進(jìn)行遠(yuǎn)程比對測試，解決了智能分注分層水量誤差問題，使智能分注井分層注水合格率保持在95%以上，取得了較好的分注效果。智能分注工藝根據(jù)設(shè)定周期自動(dòng)進(jìn)行比對測試與測調(diào)，提高了井下分層配水的準(zhǔn)確度，測調(diào)不受時(shí)間、氣候、人員等因素的影響，分層數(shù)據(jù)隨時(shí)獲取，節(jié)省了人力、物力。

表1 自動(dòng)比對測試前后數(shù)據(jù)對比Tab.1 Data before and after the automatic comparison test m3/h

智能分注井通過智能分注站控中心遠(yuǎn)程控制平臺進(jìn)行管控，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)比對測試與自動(dòng)測調(diào)，不再進(jìn)行人為干預(yù)，數(shù)據(jù)讀取直觀便捷，使智能分注工藝更為智能化，適應(yīng)范圍更廣，為準(zhǔn)確注水向智慧注水邁進(jìn)打下了基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語

（1）智能分注井自動(dòng)比對測試有效解決了井下分層水量誤差問題，保障了分層配水準(zhǔn)確度及分注井注水合格率，提高了油田開發(fā)效果，可為油藏的分析評價(jià)提供大量的數(shù)據(jù)支撐。

（2）智能分注井比對測試全程自動(dòng)化，無需人工干預(yù)，通過智能分注站控中心遠(yuǎn)程控制平臺即可遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)比對測試，減輕了人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

（3）通過智能分注自動(dòng)比對測試的創(chuàng)新與研發(fā)，使智能分注井適應(yīng)范圍更廣，對智能分注工藝推廣應(yīng)用起到了積極的推進(jìn)作用。

（4）可在其他油田推廣應(yīng)用智能分注井自動(dòng)比對測試，以繼續(xù)完善智能分注井自動(dòng)比對測試功能。