姜燕 羅洪林 張旭 蘇毅 劉楊 王瑤 劉志英 朱光輝

1. 中國石油華北油田分公司工程技術(shù)研究院；2. 中國石油華北油田分公司第四采油廠

華北油田以砂巖油藏為開發(fā)主體，其中97%為復(fù)雜斷塊和巖性地層油藏，多屬于低滲透油藏。油層平均埋藏深度2 900 m，油層溫度100~120 ℃，注水壓差5~30 MPa，油田水驅(qū)儲量動用程度低。經(jīng)過40 余年的開發(fā)，水驅(qū)開發(fā)經(jīng)歷了籠統(tǒng)注水、固定式分層注水、鋼絲投撈式分層注水以及電纜測調(diào)聯(lián)動式分層注水等階段。2012 年以來，針對注水井高溫、高壓差等特點(diǎn)，研究形成了深斜井多級多段分注技術(shù)，性能指標(biāo)滿足耐溫120 ℃、注水壓差35 MPa要求，分注率及細(xì)分程度大幅度提升［1］。但隨著水驅(qū)油藏開發(fā)的不斷深入，注采關(guān)系日益復(fù)雜，生產(chǎn)測試隊(duì)伍不足、注入水無效循環(huán)加劇、間隔測試資料不利于地質(zhì)分析、油藏生產(chǎn)動態(tài)調(diào)整滯后等矛盾日益顯著。為此，針對第4 代分層注水技術(shù)在華北油田的適應(yīng)性開展了耐高溫、高壓差的智能化分層注水技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)井下層段生產(chǎn)動態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，為油藏分析評價(jià)及動態(tài)調(diào)整提供數(shù)據(jù)支持；實(shí)現(xiàn)層段注入量自動調(diào)整，注水合格率長期保持在較高水平，注水利用效率顯著提升，有效提高水驅(qū)油藏開發(fā)效果。

1 分層注水技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 分層注水技術(shù)發(fā)展歷程

分層注水工藝從20 世紀(jì)60 年代開展研究，至今形成了一系列的分注工藝及配套技術(shù)。第1 代分注技術(shù)以井下固定式配水工藝為代表，層段注入量調(diào)整通過起出井下管柱實(shí)現(xiàn)；第2 代分注技術(shù)主要以偏心/空心投撈式配水工藝為代表，其特點(diǎn)是通過鋼絲投撈配水堵塞器實(shí)現(xiàn)層段注入量調(diào)整；第3 代分注技術(shù)主要是以電纜高效測調(diào)為特點(diǎn)的橋式同心、橋式偏心分注技術(shù)，通過電纜將測調(diào)儀下入與井下配水器對接，實(shí)現(xiàn)層段注入量調(diào)整與流量、壓力、溫度等參數(shù)實(shí)時(shí)采集，在各大油田廣泛應(yīng)用。近些年，為解決現(xiàn)有工藝技術(shù)與生產(chǎn)需求間的矛盾，分層注水技術(shù)向機(jī)電一體化、電路集成化、自動化和智能化等方向發(fā)展，國內(nèi)各油田通過理論研究、新材料與新工具研發(fā)、新工藝現(xiàn)場試驗(yàn)，奠定了智能分層注水技術(shù)基礎(chǔ)，初步形成以“分層注水全過程實(shí)時(shí)監(jiān)測與自動控制”為特點(diǎn)的第4 代分層注水技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)注水井單井分層壓力和注水量的數(shù)字化實(shí)時(shí)監(jiān)測、區(qū)塊和油藏注水動態(tài)監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)信息化、注水方案設(shè)計(jì)、優(yōu)化與井下分層注水實(shí)時(shí)調(diào)整為一體的油藏、工程一體化，有效提高水驅(qū)動用程度，控制含水率上升，提高了水驅(qū)開發(fā)效果［2］。

1.2 智能分注技術(shù)現(xiàn)狀及適應(yīng)性

根據(jù)供電及通訊方式的不同，第4 代分注技術(shù)分為纜控式智能分注技術(shù)、瞬時(shí)大功率無線通訊智能分注技術(shù)、波碼通訊數(shù)字式智能分注技術(shù)及地面數(shù)字式智能分注技術(shù)等4 種數(shù)字式分注技術(shù)，分別適用于不同的油藏條件(表1)。

表 1 智能分注技術(shù)適應(yīng)性分析Table 1 Adaptability analysis of intelligent separate-layer injection technology

1.2.1 纜控式智能分注技術(shù)

主要由地面控制系統(tǒng)、井下數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(電纜)、過電纜封隔器、井下一體化智能配水器等部分組成，根據(jù)電纜下入方式不同又分為管內(nèi)纜控式智能分注技術(shù)和管外纜控式智能分注技術(shù)。目前工藝較為成熟、應(yīng)用規(guī)模較大的是管外纜控式智能分注技術(shù)，其工作原理是：采用過電纜封隔器分隔油層，由井下智能配水器實(shí)時(shí)監(jiān)測生產(chǎn)動態(tài)及注入量調(diào)整，通過隨油管一同下入的外置電纜為井下智能配水器供電并實(shí)現(xiàn)井下至地面雙向通訊。該技術(shù)的優(yōu)勢是層段生產(chǎn)動態(tài)連續(xù)監(jiān)測及層段注入量實(shí)時(shí)調(diào)整，驗(yàn)封測調(diào)無需下入儀器，配套油田數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)動態(tài)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測及驗(yàn)封、測調(diào)遠(yuǎn)程控制；缺點(diǎn)是在施工過程中，電纜需隨油管一同下入，施工工序復(fù)雜，無法滿足帶壓作業(yè)需求。大慶油田自2009 年開始研究，經(jīng)過多年來的攻關(guān)研究與現(xiàn)場試驗(yàn)，形成了預(yù)置電纜智能配水工藝，實(shí)現(xiàn)了井下分層流量、壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測及連續(xù)調(diào)節(jié)，具備靜壓測試、分層指示曲線測試及在線驗(yàn)封的功能［3］。但由于大慶油田油藏普遍埋深較淺，井溫較低，井下工具的耐溫、承壓差性能等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)要求較低［4］，無法在華北油田深部油藏高溫高壓差的注水井中得到良好應(yīng)用。

1.2.2 瞬時(shí)大功率無線通訊智能分注技術(shù)

該技術(shù)與纜控式智能分注技術(shù)的根本區(qū)別在于井下工具供電及通訊方式不同，其采用井下智能配水器自帶的高能電池組供電，實(shí)時(shí)監(jiān)測的生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲于配水器中，通過管內(nèi)下入通訊短節(jié)逐層與井下智能配水器對接，通過無線通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的讀取與生產(chǎn)參數(shù)調(diào)整。該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是施工工序簡單，可實(shí)現(xiàn)帶壓作業(yè)，但缺點(diǎn)也較為明顯，一是生產(chǎn)動態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲于井下，需定期通過下入通訊短節(jié)進(jìn)行讀取，存在數(shù)據(jù)滯后的現(xiàn)象，無法滿足油藏動態(tài)分析數(shù)據(jù)支撐需求；二是采用井下高能電池組供電，適用井溫較低，且隨著數(shù)據(jù)監(jiān)測、注入量自動調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)讀取及驗(yàn)封測調(diào)等操作頻次增加，工藝有效期大幅下降；三是驗(yàn)封測調(diào)及數(shù)據(jù)讀取仍需要下入儀器，在降低分注井生產(chǎn)測試工作量及成本方面優(yōu)勢較小。

1.2.3 波碼通訊數(shù)字式智能分注技術(shù)

該技術(shù)特點(diǎn)是采用壓力波碼實(shí)現(xiàn)井下至地面雙向通訊，其主要技術(shù)優(yōu)勢通過井口控制閥或井下配水器按照通訊標(biāo)準(zhǔn)自動開關(guān)形成壓力波碼實(shí)現(xiàn)操控指令下發(fā)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳，驗(yàn)封測調(diào)操作及數(shù)據(jù)讀取無需下入儀器，較好解決了無線通訊的技術(shù)缺點(diǎn)。但該技術(shù)也有其弊端：一是由于壓力波碼通訊方式比特率低，單向通訊1 次需0.5 h 以上，且隨分注層段增加，單井完成1 次驗(yàn)封測調(diào)所需時(shí)間成倍增加，無法保障注水時(shí)率；二是水嘴開度調(diào)整方式為分檔位調(diào)整，并不是線性實(shí)時(shí)調(diào)控，在配水準(zhǔn)確性方面無法非常精確地達(dá)到配注需求［5］；三是其同樣采用電池組供電，在高溫注水井的適應(yīng)性較差。長慶油田基于其油藏特點(diǎn)及生產(chǎn)需求，以瞬時(shí)大功率無線通訊技術(shù)及波碼通訊數(shù)字式智能分注技術(shù)為基礎(chǔ)，初步建立了適應(yīng)長慶油田特點(diǎn)(定向井、小水量)的數(shù)字式分注工藝模式，突破了無線通訊和井下自動測調(diào)2 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，以重點(diǎn)中心試驗(yàn)井組為研究對象現(xiàn)場試驗(yàn)76 口井，初步實(shí)現(xiàn)了全天候達(dá)標(biāo)注水、單井分層壓力和注水量的數(shù)字化實(shí)時(shí)監(jiān)測、油藏注水動態(tài)網(wǎng)絡(luò)信息化遠(yuǎn)程監(jiān)控［6］。

1.2.4 地面數(shù)字式智能分注技術(shù)

該技術(shù)采用可鉆橋塞分隔油層，下入不同規(guī)格的異型油管或多通道連續(xù)油管形成注水通道，通過智能化井口實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制注水參數(shù)，實(shí)現(xiàn)地面二、三段智能分層注水［7］。該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)為配水機(jī)構(gòu)設(shè)置于地面，方便定期維護(hù)更換，解決高礦化度易結(jié)垢注水井井下配水水嘴易堵塞的問題。其缺點(diǎn)主要是受井身結(jié)構(gòu)及異型油管或多通道連續(xù)油管尺寸制約，最多僅能滿足3 段分注(套管不注水)，且隨著分段級數(shù)及井深增加，一次成本投入成倍增加，綜合效益較低。吉林油田由于其注入水礦化度較高，井下配水器易結(jié)垢堵塞，分注工藝有效期短，以地面分注工藝為基礎(chǔ)進(jìn)行攻關(guān)研究，形成了可鉆橋塞地面智能分層注水技術(shù)和多通道連續(xù)油管地面分層注水技術(shù)2 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，由于井下可鉆橋塞對接密封問題，僅適用于井斜角30°以內(nèi)的注水井分注。

2 耐高溫電控井下一體化智能配水器

井下一體化智能配水器內(nèi)置流量計(jì)、壓力傳感器（地層壓力、油管壓力）和溫度計(jì)等電子傳感器，集成了控制電路、通訊模塊及注入量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)（圖1），是第4 代分注技術(shù)的核心工具，是生產(chǎn)動態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測及層段動態(tài)調(diào)整執(zhí)行終端。為了確保智能配水器在高溫環(huán)境下長期穩(wěn)定工作，根據(jù)油田注水井井況條件，設(shè)計(jì)耐溫指標(biāo)為150 ℃，承壓性能為80 MPa，并在35 MPa 壓差下，配水器水嘴能夠正常開啟。

圖 1 井下一體化智能配水器Fig. 1 Downhole integrated intelligent water flow regulator

2.1 儀器強(qiáng)度及注入量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

儀器鋼體材質(zhì)選用高強(qiáng)度合金鋼，其抗拉強(qiáng)度為1 000 MPa，屈服極限為850 MPa。考慮到多級多段分注井解封載荷較大的問題，中心管及上下連接扣等關(guān)鍵受力部件均采用加大壁厚設(shè)計(jì)，抗拉極限載荷按照油管抗拉強(qiáng)度的1.1 倍設(shè)計(jì)。

注入量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)和一體化可調(diào)水嘴等組成。其中驅(qū)動電機(jī)是井下層段調(diào)節(jié)的動力來源，最大輸出扭矩是其關(guān)鍵指標(biāo)，配合具有減速功能的傳動機(jī)構(gòu)，最大輸出扭矩可以達(dá)到50 N·m，滿足注入量調(diào)節(jié)的動力需求；一體化可調(diào)水嘴設(shè)計(jì)了壓力平衡機(jī)構(gòu)，傳動桿在高壓腔內(nèi)上、下2 個(gè)方向受力相同，調(diào)節(jié)扭矩不受水嘴內(nèi)外壓差影響，確保水嘴在高壓差下能夠正常開啟；水嘴出水口材質(zhì)為硬質(zhì)合金鋼，其較好的抗沖蝕性能，保障了水嘴調(diào)節(jié)精度。

2.2 流量計(jì)選型及優(yōu)化設(shè)計(jì)

當(dāng)前，用于流量測試的流量計(jì)種類繁多，其中電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)因其結(jié)構(gòu)緊湊，在油田井下測試中被廣泛應(yīng)用，測試后即可進(jìn)行維護(hù)及標(biāo)定，但不適用于井下長期工作［8-9］。流量計(jì)在井下長期工作的穩(wěn)定可靠性是井下長置流量計(jì)的首要考慮因素，且受到結(jié)構(gòu)尺寸約束，過流通道較小，流量計(jì)需具備較強(qiáng)的抗堵塞能力?；谝陨弦蛩?，井下一體化智能配水器流量計(jì)選用孔板壓差式流量計(jì)，其過流通道及孔板均采用耐腐蝕、抗沖蝕、不易結(jié)垢的合金材質(zhì)，測量精度滿足井下流量測試需求，具有結(jié)構(gòu)簡單、無運(yùn)動部件、長期穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。針對分注井生產(chǎn)過程中存在停注、關(guān)井、地面管線維修等情況，設(shè)計(jì)了過流保護(hù)通道(圖2)，有效防止了開注時(shí)瞬時(shí)流量過大造成流量計(jì)損壞的情況發(fā)生。

圖 2 孔板壓差式流量計(jì)及過流保護(hù)通道Fig. 2 Orifice differential pressure flowmeter and overflow protection channel

2.3 電子元器件、傳感器及密封件耐高溫篩選

井下一體化智能配水器所用的電子元器件及傳感器，均經(jīng)過高溫老化篩選，即在150 ℃高溫環(huán)境下老化72 h 后，并在不同的溫度、壓力梯度下，進(jìn)行標(biāo)定，優(yōu)選出具有良好耐溫性能的電子元器件及傳感器，從根本上保證井下儀器耐溫性能達(dá)到150 ℃的設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)儀器使用的密封件型號，設(shè)計(jì)了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)裝置，使用高溫烘箱及手動試壓泵模擬井下高溫高壓環(huán)境，檢驗(yàn)不同材質(zhì)密封件物理機(jī)械性能及化學(xué)穩(wěn)定性。將3 種材質(zhì)各3 種型號的橡膠密封圈放置于實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)，通過手動試壓泵加壓后，連同裝置一同放入高溫烘箱內(nèi)，模擬井下高溫高壓環(huán)境連續(xù)測試3 個(gè)月，氟橡膠密封圈具有良好的物理機(jī)械性能及耐高溫性能，壓縮永久形變率小于5%(表2)，將其作為井下智能配水器密封元件，確保儀器在高溫高壓環(huán)境下密封可靠性。

表 2 不同材質(zhì)橡膠密封圈高溫高壓實(shí)驗(yàn)Table 2 High temperature and high pressure experiment of rubber sealing rings of different materials

2.4 整機(jī)高溫高壓試驗(yàn)

一體化智能配水器經(jīng)高溫油浸實(shí)驗(yàn)72 h 后，放入模擬井中分別加壓35 MPa 和80 MPa，測試其注入量調(diào)節(jié)及通訊、數(shù)據(jù)采集等功能，儀器各項(xiàng)功能均滿足設(shè)計(jì)要求，整機(jī)性能指標(biāo)達(dá)到耐溫150 ℃，承壓80 MPa、工作壓差35 MPa 的設(shè)計(jì)要求；流量測量范圍5~50 m3/d，測量精度2%；壓力測量范圍0~80 MPa，測量精度2%。

3 封隔器過電纜方案

封隔器作為分層注水技術(shù)核心工具之一，其作用是有效封隔油層，實(shí)現(xiàn)油藏分層段開發(fā)，因此封隔器的承壓及承壓差性能是封隔器主要考核指標(biāo)。過電纜封隔器除了具備常規(guī)封隔器特點(diǎn)，還具備過電纜功能［10-11］,使地面設(shè)備與井下智能配水器通過電纜連接，實(shí)現(xiàn)信號有線傳輸。目前國內(nèi)外常用的過電纜封隔器，電纜穿越通道大多設(shè)計(jì)在內(nèi)芯管與外芯管之間，兩端采用電纜密封固定組件對電纜進(jìn)行密封。為保證足夠的測試通道，過電纜封隔器密封膠筒、坐封機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)尺寸均有所減少，承壓差性能較常規(guī)封隔器低，不適用于高壓差分注井；現(xiàn)場施工時(shí)，電纜穿越封隔器后，通過密封組件將過電纜通道上下密封，其內(nèi)部充滿空氣，最高密封壓力僅為30 MPa，無法滿足華北油田高壓分注井的現(xiàn)場需求。

為此，研究人員設(shè)計(jì)了新型過電纜封隔器電纜穿越方案(圖3)。穿越電纜采用?2 mm 單芯耐高溫電纜線，從上下穿越接頭進(jìn)入到封隔器中芯管內(nèi)部，最后將內(nèi)徑?42 mm 的不銹鋼插管安置于封隔器內(nèi)部保護(hù)內(nèi)部電纜，配套使用?38 mm 測試儀器，可滿足常規(guī)生產(chǎn)測試需求。

圖 3 新型過電纜封隔器穿越方案Fig. 3 Passing through scheme of new through-cable packer

針對電纜密封設(shè)計(jì)了具有3 級密封的新型電纜密封組件，第1 級密封采用4 道膠圈密封，最高可密封35 MPa 壓差(管內(nèi)、管外)；第2 級密封采用擠壓密封方式，防止高壓液體順著電纜線進(jìn)入到電纜接頭內(nèi)部形成短路回路；第3 級密封為膠套密封，該方式在常規(guī)生產(chǎn)測試儀中普遍應(yīng)用，是電纜密封可靠性能的最后一道保障；穿越接頭及電纜密封組件內(nèi)部所有間隙均填充耐高溫密封脂，過電纜封隔器內(nèi)部不存在空氣腔，有效保證封隔器的承壓性能。

為了驗(yàn)證電纜穿越方案可行性，設(shè)計(jì)研發(fā)了電纜密封組件承壓性能室內(nèi)檢驗(yàn)裝置(圖4)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，高壓腔打壓65 MPa，模擬井下實(shí)際注水壓力，低壓腔打壓30 MPa，模擬靜液柱壓力，兆歐表正負(fù)極分別接電纜內(nèi)芯及實(shí)驗(yàn)裝置鋼體，檢驗(yàn)過電纜封隔器在最大注水壓差下(上層停注層段或套保封隔器)密封可靠性。通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，該電纜穿越方案密封可靠。

圖 4 電纜密封組件承壓性能室內(nèi)檢驗(yàn)裝置Fig. 4 Laboratory detection device of pressure bearing capacity of cable sealing component

通過以上研究，研發(fā)了適用于高溫高壓差深井的纜控式智能分注技術(shù)的過電纜套保封隔器、過電纜逐級解封封隔器、過電纜油管錨定器工具系列，工具性能指標(biāo)達(dá)到耐溫150 ℃，承壓80 MPa、工作壓差35 MPa 的設(shè)計(jì)，滿足分注套管保護(hù)、逐級解封及管柱錨定等工藝需求。根據(jù)不同的井況條件，形成了智能分注技術(shù)管柱設(shè)計(jì)優(yōu)選方案(表3)。從配套工藝上，對2 級2 段分注井，采用油管錨定工具錨定管柱；對井斜大于等于30°的井，采用螺旋扶正器扶正，并采用大斜度球座。

表 3 華北油田智能分注技術(shù)管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)Table 3 Huabei Oilfield’s optimization design of intelligent separate-layer water injection string

4 電纜快速連接技術(shù)

工具間通過鋼管電纜連接，在電纜接頭處采用耐高溫密封脂+金屬密封的方式，形成了電纜快速連接技術(shù)，相對于優(yōu)化前的鎧裝電纜連接工藝，電纜連接的密封可靠性大幅提高，單個(gè)工具電纜連接時(shí)間由3 h 降低至1 h 以內(nèi)，工藝一次施工成功率大幅提高，2018 年10 月-2021 年10 月，連續(xù)實(shí)施的100余口井均一次成功。

為降低施工成本，工具串通訊電纜為塑封鎧裝電纜，每根油管接箍處均安裝有鑄造型電纜保護(hù)器，防止工具入井過程中電纜密破損造成施工失敗。通訊電纜隨油管下入設(shè)計(jì)深度后，從套管閥門前的高壓三通穿出，油管內(nèi)分段加壓，完成封隔器坐封；緩慢卸壓后，連接井口電纜密封組件，并通過地面控制柜將各層段水嘴開啟，完井注水。

5 遠(yuǎn)程控制及井下自動控制技術(shù)

5.1 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

油田數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)分為辦公網(wǎng)絡(luò)和生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)2 個(gè)部分。其中生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)RS485 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議搭建，油水井通過485 接口串聯(lián)采集油水生產(chǎn)數(shù)據(jù)，在井場末端經(jīng)485 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為TCP/IP 協(xié)議，通過無線MESH 網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)線或光纖傳輸至站點(diǎn)采集、控制終端；生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)DMZ 緩沖區(qū)推送至辦公網(wǎng)絡(luò)，為工程、地質(zhì)技術(shù)人員及生產(chǎn)管理人員等終端用戶提供數(shù)據(jù)分析、查詢及統(tǒng)計(jì)等服務(wù)(圖5)。

圖 5 油田數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)Fig. 5 Oilfield data transmission network

5.2 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析及控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

基于B/S 和C/S 等2 種通訊模式，設(shè)計(jì)了辦公網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)2 種第4 代分注井遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析及控制系統(tǒng)。生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集井下各層段注水動態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)注水井生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測功能，可遠(yuǎn)程控制分注井進(jìn)行驗(yàn)封及測調(diào)，經(jīng)過DMZ 數(shù)據(jù)緩沖隔離區(qū)，將采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)及遠(yuǎn)程控制日志等數(shù)據(jù)鏡像推送至辦公網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，滿足油藏地質(zhì)分析及生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)需求。

各采油站中控室布置遠(yuǎn)程控制上位機(jī)，具備數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制指令發(fā)送、設(shè)備及生產(chǎn)參數(shù)預(yù)警等功能，將井口地面控制柜作為遠(yuǎn)程控制的執(zhí)行終端，按照上位機(jī)指令執(zhí)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、層段流量調(diào)配以及驗(yàn)封等操作，并將執(zhí)行結(jié)果發(fā)送至上位機(jī)，上位機(jī)將實(shí)時(shí)監(jiān)測的數(shù)據(jù)上傳至設(shè)置于作業(yè)區(qū)數(shù)據(jù)監(jiān)控中心的服務(wù)器中，通過生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)連接在該服務(wù)器的所有終端可查詢所轄井的歷史數(shù)據(jù)，并進(jìn)行初步分析。

步驟6 D為貨物數(shù)量，即所需貨位數(shù)。判斷D≤s1，若成立，則復(fù)合貨位優(yōu)先級為1的貨位為待選貨位；否則，選擇復(fù)合貨位優(yōu)先級為1～k的貨位為待選貨位，需滿足sk-1

辦公網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)設(shè)置于油田數(shù)據(jù)中心，其數(shù)據(jù)為生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)鏡像數(shù)據(jù)，具備曲線展示、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能，為油藏地質(zhì)分析及生產(chǎn)管理提供數(shù)據(jù)支持。

采用該方案設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析及控制系統(tǒng)，在進(jìn)行遠(yuǎn)程操作時(shí)，只需將指令發(fā)送至井口地面控制柜，指令執(zhí)行過程中不需長時(shí)間占用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及穩(wěn)定性。

5.3 井下自動控制技術(shù)

根據(jù)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析及控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，對井口地面控制柜控制程序進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，形成了具備井下流量自動校準(zhǔn)、自動驗(yàn)封及自動調(diào)配功能的井下自動控制技術(shù)。

井下流量自動校準(zhǔn)：將井口高壓流量自控儀流量計(jì)作為“標(biāo)準(zhǔn)”流量計(jì)，設(shè)計(jì)了定期校準(zhǔn)和流量異常校準(zhǔn)2 種模式，當(dāng)需要進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，逐層開啟井下配水器水嘴，井口地面控制柜通過RS485 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)與高壓流量自控儀進(jìn)行通訊，對井下各個(gè)配水器流量計(jì)進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)，并修正流量計(jì)刻度，解決了流量計(jì)長期在高溫高壓環(huán)境下工作易出現(xiàn)計(jì)量漂移的問題，提高了流量測試準(zhǔn)確性。

自動驗(yàn)封：低滲透油藏分注井驗(yàn)封時(shí)，需開大井口來水閥門進(jìn)行升壓操作才能完成驗(yàn)封，設(shè)計(jì)的自動驗(yàn)封程序采用隔層關(guān)閉井下配水器水嘴的方式，并控制井口高壓流量自控儀開度，代替人工升壓，實(shí)時(shí)監(jiān)測已關(guān)閉配水器水嘴的內(nèi)外壓力情況，最后將監(jiān)測的壓力數(shù)據(jù)包發(fā)送至上位機(jī)中，實(shí)現(xiàn)在線自動驗(yàn)封。

自動調(diào)配：井口地面控制柜根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可自動分析各層段的吸水性，根據(jù)吸水性由弱到強(qiáng)確定調(diào)配的優(yōu)先級，流量調(diào)配時(shí)，先將強(qiáng)吸水層配水器水嘴關(guān)閉，然后按照調(diào)配優(yōu)先級逐層調(diào)節(jié)注入量，最后進(jìn)行全井檢配，完成自動調(diào)配。

6 現(xiàn)場應(yīng)用

6.1 井下生產(chǎn)動態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測及自動調(diào)整現(xiàn)場試驗(yàn)

當(dāng)前工作制度為每12 h 自動采集一次數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至站點(diǎn)中控室，通過實(shí)時(shí)采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，自動生成生產(chǎn)曲線，直觀反映井下層段注入動態(tài)變化情況。在地面控制程序中，設(shè)定了注入量上下波動范圍為±10%，當(dāng)井下注入量波動超限后，自動調(diào)整水嘴開度，使注入量滿足配注要求。

6.2 井下流量計(jì)量精度現(xiàn)場驗(yàn)證

6.3 注水指示曲線及層段吸水能力測試

以電纜測試為代表的橋式同心、橋式偏心分注工藝進(jìn)行注水指示曲線測試時(shí)，需在油管內(nèi)下入測調(diào)儀，獲取目標(biāo)層段在升壓、降壓及正常注水壓力3 種狀態(tài)下的注入量和注入壓力等參數(shù)。其中，注入壓力為測試儀器位于目標(biāo)層段位置時(shí)，在3 種注入狀態(tài)下測試獲取的油管管內(nèi)壓力，注入量為測試儀器處于在目標(biāo)層段配水器上部和下部2 個(gè)位置時(shí)，在3 種注入狀態(tài)下測試獲取的視流量差值，采用該方法測試注水指示曲線，由于配水器水嘴存在節(jié)流壓差，測試獲取的油管管內(nèi)壓力不能真實(shí)反映地層吸水壓力，且測試的流量值是通過遞減法得到，存在測試誤差。采用纜控式智能分注技術(shù)進(jìn)行注水指示曲線測試時(shí)，可在調(diào)節(jié)井口閥門開度的同時(shí)，實(shí)時(shí)讀取各層段的嘴后壓力及注入量，能夠更加真實(shí)直觀的反映井下任一層段吸水能力，為地質(zhì)技術(shù)人員分析地層吸水能力、確定合理注入方案提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持。

6.4 應(yīng)用效果

華北油田第一采油廠智能分注示范區(qū)實(shí)施智能分注技術(shù)前，分注井均為橋式同心分注工藝，經(jīng)過4 年來的現(xiàn)場試驗(yàn)與應(yīng)用，示范區(qū)智能分注技術(shù)覆蓋率達(dá)到了85%。實(shí)施井中，78%的井分注級段為3 級3 段以上，通過層段注入量精細(xì)調(diào)配，分注井配注合格率長期保持在較高水平。井下智能配水器可根據(jù)設(shè)定的配注量自動調(diào)整層段注入量。隨著纜控式第四代分注技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用，強(qiáng)吸水層段注入量得到有效控制，而弱吸水層長期有效動用，油藏開發(fā)效果提升顯著。

(1)示范區(qū)層段配注合格率提高。在具有可對比數(shù)據(jù)的井組中，合格層段數(shù)由136 個(gè)增加至177個(gè)，不合格層段數(shù)由57 個(gè)減少至16 個(gè)，配注合格率長期保持在90%以上。

(2)示范區(qū)水驅(qū)動用程度明顯上升。在試驗(yàn)初期的75.2%基礎(chǔ)上提高了2.4 個(gè)百分點(diǎn)。

(3)試驗(yàn)井組開發(fā)效果顯著提升。在動態(tài)分析的基礎(chǔ)上科學(xué)提注，示范區(qū)日注水量由1 139 m3/d提高到1 965 m3/d，日增注800 m3的前提下，產(chǎn)液含水穩(wěn)定在70%不上升，日產(chǎn)液和日產(chǎn)油均有不同程度提高，最高日增油58 t。

7 結(jié)論

(1)通過電子元器件、傳感器等電控設(shè)備耐高溫篩選，并對注入量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和關(guān)鍵受力部位進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了井下智能配水器耐溫及承壓性能，確保其在高溫高壓環(huán)境下長期工作的穩(wěn)定性。

(2)創(chuàng)新設(shè)計(jì)了封隔器電纜穿越方案，研發(fā)了管外纜控智能分注關(guān)鍵工具系列，并在現(xiàn)場實(shí)施過程中不斷完善，工藝施工成功率提高到100%，具備規(guī)模應(yīng)用條件。

(3)該技術(shù)改變了傳統(tǒng)分注井生產(chǎn)測試方式，無需動用測試車輛進(jìn)行人工測調(diào)，降低了分注井生產(chǎn)測試勞動強(qiáng)度，節(jié)約注水生產(chǎn)成本。

(4)根據(jù)生產(chǎn)需要，與現(xiàn)有的油田生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)高度融合，研究形成了配套的井下自動控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了分注井生產(chǎn)動態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制，嚴(yán)格保障了分注井注水合格率，減少無效注水，為油藏動態(tài)分析和開發(fā)實(shí)時(shí)調(diào)整提供技術(shù)支持，提高水驅(qū)油藏開發(fā)效果明顯。