佟 音 金振東 劉軍利 張偉超 李井慧 郭 穎

（1.大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院；2.黑龍江省油氣藏增產(chǎn)增注重點實驗室）

注水開發(fā)是油田最重要的開發(fā)方式。該方式通過注水井向地層注水，將地下原油驅(qū)替到生產(chǎn)井，以達(dá)到采油目的。注水井常采用分層注水方式，利用配水器、封隔器等，根據(jù)各層段滲透率大小，對各層段實施細(xì)分注水，是提高原油采收率的有效注水方式[1-6]。

大慶油田進(jìn)入特高含水期，剩余油高度分散，油水關(guān)系復(fù)雜，注水合格率下降快，穩(wěn)油控水難度加大[7-8]，導(dǎo)致分層注水技術(shù)面臨3方面的問題及挑戰(zhàn)。（1）日益增加的注水井測調(diào)工作量與有限的測試隊伍間的矛盾愈發(fā)突出。大慶油田注水井體量大、分注層段逐年增加，層間干擾嚴(yán)重，為保證注水合格率，需要加密測試周期，造成測調(diào)工作量遞增。（2）常規(guī)分注工藝的點狀測試數(shù)據(jù)難以滿足油田精準(zhǔn)開發(fā)需求。常規(guī)分注工藝每年測試3次，數(shù)據(jù)間隔時間長，測試周期內(nèi)井下分層流量、壓力等重要數(shù)據(jù)依靠地面注水?dāng)?shù)據(jù)推算，不能實時提供實測數(shù)據(jù)，無法及時反映油藏動態(tài)變化和進(jìn)行開發(fā)方案調(diào)整。（3）常規(guī)分注工藝無法支撐油田數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展。常規(guī)分注工藝采用測試車現(xiàn)場施工方式，儀器下井采集資料、外報數(shù)據(jù)人工錄入，管理流程復(fù)雜，運行效率低，亟須應(yīng)用新一代分注技術(shù)，實現(xiàn)井筒監(jiān)控數(shù)字化，改變原有生產(chǎn)方式與流程，進(jìn)一步提高運行效率和管理水平[9-16]。為解決上述問題，大慶油田攻關(guān)研究纜控分層注水技術(shù)，并進(jìn)行了示范應(yīng)用。

1 纜控分層注水技術(shù)

1.1 工藝設(shè)計

纜控分層注水技術(shù)是將壓力監(jiān)測系統(tǒng)、流量監(jiān)測系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)置于預(yù)置電纜智能配水器中，在辦公室端由技術(shù)人員在服務(wù)器軟件上發(fā)出控制指令，通過油田生產(chǎn)無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至地面控制箱，應(yīng)用電纜載波技術(shù)由電纜傳輸指令至智能配水器，實現(xiàn)實時通信，獲取井下分層參數(shù)信息，控制井下分層注入量。該系統(tǒng)實現(xiàn)無人工上井，辦公室遠(yuǎn)程實時監(jiān)測各參數(shù)變化情況并控制井下分層流量、分層壓力，具備自動測調(diào)、數(shù)據(jù)自動存儲、超過最大允許注水壓力報警、遠(yuǎn)程驗封及測壓、標(biāo)準(zhǔn)報表輸出等功能（圖1）[17-21]。

圖1 纜控分層注水技術(shù)示意圖

單芯鋼管電纜經(jīng)由過電纜封隔器，從井下最下一級纜控智能配水器自下而上逐級連通至井口，從井口密封穿出后，至地面控制箱井下供電/載波接線端口。井下纜控智能配水器可由水井井口接電，或通過測試車臨時電源、太陽能發(fā)電等多種方式供電。整套系統(tǒng)以計算機為測控中心，計算機通信接口與地面控制箱通信接口進(jìn)行各種測控操作指令傳輸，再由地面控制箱的井下供電/載波接口通過單芯電纜發(fā)送至井下目標(biāo)測控層位纜控智能配水器。配水器根據(jù)接收到的測控指令進(jìn)行測量和控制，既可測量、采集井下當(dāng)前層位的流量、地層壓力、管柱壓力、閥開度、調(diào)節(jié)電動機工作電流、纜頭工作電壓等信息，又可調(diào)節(jié)控制纜控智能配水器中的流量調(diào)節(jié)閥，實現(xiàn)對井下分層注水流量的手動或自動調(diào)配；同時相關(guān)測控信息通過單芯電纜發(fā)送至井口地面控制箱。地面控制箱將井下測控數(shù)據(jù)和地面控制箱工作電壓、工作電流一起傳送給計算機，計算機依據(jù)判斷結(jié)果，自動或人工決策下步的測控指令。

1.2 地面無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計

大慶油田選取現(xiàn)有生產(chǎn)無線網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸通道，研制了無線傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)注水井生產(chǎn)數(shù)據(jù)、控制指令穩(wěn)定傳輸?，F(xiàn)場為每口井加裝無線通信模塊，地面控制箱通過此設(shè)備將井下分層數(shù)據(jù)傳輸至油田生產(chǎn)無線網(wǎng)；企業(yè)網(wǎng)用戶可以通過訪問油田生產(chǎn)無線網(wǎng)的服務(wù)器實現(xiàn)對智能分注井遠(yuǎn)程測調(diào)及數(shù)據(jù)查詢[22]。地面無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 地面無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無線傳輸模塊包括RS485轉(zhuǎn)RJ45串口服務(wù)器和MEM 無線通信模塊，通過RS485接口將現(xiàn)場設(shè)備與串口服務(wù)器連接，并對串口服務(wù)器進(jìn)行RS485配置和IP端口等網(wǎng)絡(luò)配置，再通過RJ45網(wǎng)口將串口服務(wù)器與無線通信模塊連接，并對無線模塊進(jìn)行相關(guān)配置。地面無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)功能模塊如圖3所示。

圖3 地面無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)功能模塊

2 纜控分層注水技術(shù)優(yōu)勢

纜控分層注水技術(shù)避免了下入儀器測試對注水壓力、注水量產(chǎn)生的影響，可縮短測調(diào)過程中注水穩(wěn)定時間，提高測調(diào)效率與精度。常規(guī)測調(diào)檢配時，下入流量計形成節(jié)流，易導(dǎo)致流量波動，影響測試結(jié)果準(zhǔn)確性。纜控分層注水技術(shù)無需下入儀器，即可測量分層注入流量、油管內(nèi)壓力（即水嘴前壓力）、地層壓力（即水嘴后壓力）。同時井下開關(guān)調(diào)節(jié)閥，定時自動測調(diào)，壓力波動小，測調(diào)精度高。常規(guī)測調(diào)與智能測調(diào)對比見圖4。

圖4 常規(guī)測調(diào)與智能測調(diào)曲線對比

纜控分層注水技術(shù)實現(xiàn)了封隔器在線驗封，無需測試車下入儀器，提高驗封效率，降低測試成本。形成2種驗封方式：（1）快速遠(yuǎn)程驗封。開關(guān)目的層配水器控制閥，通過該層與相鄰層嘴后壓力變化關(guān)系，快速判斷封隔器密封狀態(tài)。（2）標(biāo)準(zhǔn)井口驗封。采取隔層關(guān)閉配水器控制閥，井口“開—關(guān)—開”操作，即可實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)封隔器驗封。以A井為例，分為偏Ⅰ層、偏Ⅱ?qū)?、偏Ⅲ?層。采用快速遠(yuǎn)程驗封的方式檢驗偏Ⅱ?qū)优c偏Ⅲ層之間封隔器的密封性。在關(guān)閉偏Ⅱ?qū)涌刂崎y過程中，偏Ⅱ?qū)拥淖烨皦毫ι撸旌髩毫χ饾u降低，表明偏Ⅱ?qū)优c偏Ⅲ層之間封隔器密封。采用標(biāo)準(zhǔn)驗封的方式檢驗偏Ⅰ層與偏Ⅱ?qū)又g封隔器的密封性。在關(guān)閉偏Ⅱ?qū)涌刂崎y后，在井口對注水閥門執(zhí)行“開—關(guān)—開”操作，偏Ⅰ層嘴后壓力隨井口的“開—關(guān)—開”變化，偏Ⅱ?qū)幼旌髩毫Σ浑S井口的“開—關(guān)—開”變化，表明偏Ⅰ層與偏Ⅱ?qū)又g封隔器密封。A井快速遠(yuǎn)程驗封和標(biāo)準(zhǔn)井口驗封曲線見圖5。

圖5 A井快速遠(yuǎn)程驗封和標(biāo)準(zhǔn)井口驗封曲線對比

纜控分層注水技術(shù)實現(xiàn)了注水井停層不停井分層靜壓測試，減少對生產(chǎn)井產(chǎn)量影響，改變傳統(tǒng)靜壓測試方法，無需測試車下入儀器，地面遠(yuǎn)程控制單層段關(guān)閉，即可實現(xiàn)靜壓測試?？稍跐M足資料解釋需求后及時終止測試，縮短占井時間。A井偏Ⅱ?qū)屿o壓測試曲線見圖6。

圖6 A井偏Ⅱ?qū)屿o壓測試曲線

3 示范區(qū)建設(shè)及效果

大慶油田目前在運行纜控分層注水井203口，最長運行時間5年，最高分注8個層段，注水合格率可長期保持90%以上。為了驗證不同開發(fā)矛盾下工藝適應(yīng)性，以“問題導(dǎo)向”為原則，堅持技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新、技術(shù)示范引領(lǐng)，打造了4個纜控分層注水技術(shù)示范區(qū)，取得了較好的增油效果。

（1）常規(guī)注水工藝，測調(diào)周期一般為4mon。據(jù)統(tǒng)計，4mon后不能保持配注合格的注水井約為49.3%，影響注水開發(fā)效果。針對示范區(qū)井距小、層段吸水動態(tài)變化頻繁的特點，利用實時調(diào)控的技術(shù)優(yōu)勢，將測調(diào)周期由4mon縮至15d，使注水井長期保持配注合格，有效改善了注水效果。

（2）針對示范區(qū)薄差層動用程度低的特點，利用纜控分層注水技術(shù)可監(jiān)測嘴后壓力的優(yōu)勢，通過提升低動用程度層段的嘴前嘴后壓力差，砂巖吸水厚度提高4.3個百分點，其中表外儲層吸水厚度提高5.8個百分點，薄差層動用程度有效提高。纜控分層注水技術(shù)示范區(qū)油層吸水狀況見表1。

表1 纜控分層注水技術(shù)示范區(qū)油層吸水狀況

（3）針對示范區(qū)無效循環(huán)嚴(yán)重問題，利用纜控分層注水精準(zhǔn)調(diào)控，測調(diào)精度由原來的±30%以內(nèi)提升至±10%以內(nèi)，保證高滲透層注水精準(zhǔn)控制，連通油井產(chǎn)油量、含水率基本保持不變，有效控制低效無效循環(huán)。示范區(qū)生產(chǎn)運行曲線如圖7所示。

圖7 示范區(qū)生產(chǎn)運行曲線

（4）在智能注水示范區(qū)，應(yīng)用電纜直控實時監(jiān)測技術(shù)200余口井。通過精準(zhǔn)調(diào)控長期保證注水合格率，同時錄取充足的井下數(shù)據(jù)，為注采方案的科學(xué)調(diào)整提供數(shù)據(jù)支持。應(yīng)用4年后，累計產(chǎn)油46.83×104t，同比增長4.03×104t，產(chǎn)生效益6.06億元，按照平均單井日注入50t計算，累計消耗992.8×104t注入水，花費5510.04萬元，開采回采率11.00，提升效果明顯。

4 結(jié)論與建議

（1）纜控分層注水技術(shù)可實現(xiàn)井下流量、壓力等參數(shù)的實時監(jiān)測，為油藏注采關(guān)系調(diào)整提供數(shù)據(jù)支持。該技術(shù)可應(yīng)用于需連續(xù)分層監(jiān)測資料的重點監(jiān)測井，獲取連續(xù)的地層壓力、流量、溫度等監(jiān)測數(shù)據(jù)，為精細(xì)地質(zhì)分析提供全新的數(shù)據(jù)支持，指導(dǎo)區(qū)塊開發(fā)，有效提高開發(fā)效果和效益。

（2）纜控分層注水技術(shù)實現(xiàn)“三個跨越”：測調(diào)生產(chǎn)方式由人工機械向智能測調(diào)跨越，井場測調(diào)向室內(nèi)遠(yuǎn)程測調(diào)跨越，操作人員由“藍(lán)領(lǐng)”向“白領(lǐng)”跨越，以該技術(shù)為主體的第四代分層注水技術(shù)應(yīng)用前景巨大。

（3）下步建議攻關(guān)智能注采井組聯(lián)調(diào)聯(lián)控技術(shù)，優(yōu)化分注分采、鉆關(guān)調(diào)整、套損防控等方案，開展油藏分析智能化技術(shù)研究，推動智能化技術(shù)持續(xù)升級，為油田向數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展提供強力支撐。