中國石油華油油田公司二連分公司

油田注水是開發(fā)過程中補充地層能量，提高采收率最有效、最經(jīng)濟的方法，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現(xiàn)注水井分層流量、壓力等參數(shù)連續(xù)監(jiān)測與實時調(diào)整，實現(xiàn)無人工上井的遠程測調(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)，實時傳輸井下智能配水流量計與井口地面控制柜之間數(shù)據(jù)的新型分注工藝，實現(xiàn)智能分注井的全自動測調(diào)。但隨注入時間的推移，智能分注井下配水流量計可能會因為死油、雜質(zhì)等臟物聚集到配水器附近堵塞水嘴，使計量通道口徑發(fā)生變化，在活動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堵塞物可能在水流的長時間沖刷下，有部分脫落或全部脫落，此時，比對測試后的井下配水流量計將再次發(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，就需要很頻繁的進行比對測試，因此開展了智能分注分層流量自動比對測試技術(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)使用自動比對測試[4-5]，以自動化運行代替現(xiàn)場的人工操作，配套進行遠程監(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)，以實現(xiàn)注水方案的動態(tài)調(diào)整，更好地實現(xiàn)油田精細注水需求。

1 分層流量自動比對測試工藝

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，通過壓差計算流量[6]，其原理如圖1 所示。若計量通道堵塞口徑發(fā)生變化，流量便會產(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 壓差式流量計原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of pressure differential flowmeter principle

井下流量計算式為

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入流量計和水嘴造成砂卡。在實際生產(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)水嘴激動注水解決。但對于個別水嘴堵塞，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進行比對測試，使其滿足注水準(zhǔn)確度需求。

1.2 井下流量計比對測試方法

井下流量計一旦下入井內(nèi)后，要實現(xiàn)對其比對測試，必須找到一個可靠的同源流量計作為參照物，從而通過當(dāng)前實際流量數(shù)據(jù)來求出井下流量計的漂移值。

從壓差式流量計的原理可知，井下流量漂移是因為計量通道堵塞，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通道直徑仍是未堵塞時的正常值，所以其計算出的瞬時流量與自控儀反饋的實際瞬時流量不符。因此，通過當(dāng)前實際流量可以計算出井下流量計通道當(dāng)前實際過流面積，從而根據(jù)未堵塞時的面積計算出堵塞面積，再通過修正瞬時流量計算公式達到比對測試的目的。

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)與井下流量計數(shù)據(jù)進行瞬時比對，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進行井口比對測試[7-8]。

1.3 分層流量自動比對測試

自動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，并實現(xiàn)遠程實時監(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、壓力報警、流量的上限報警和下限報警等數(shù)據(jù)；地面控制柜定時采集井下配水儀與高壓流量自控儀實時數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)超出設(shè)定范圍，則執(zhí)行自動比對測試命令，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進行數(shù)據(jù)計算得出修正值；再用修正值修正該層瞬時流量計算公式，達到比對測試該層流量計的目的[9-10]。

自動比對測試工作流程見圖2。

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

1.4 自動比對測試程序開發(fā)與升級

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

首先，在原有“井口直連自動比對測試方法”的基礎(chǔ)上，通過對地面控制柜程序進行功能升級（智能分注工藝遠程調(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，同時接收站控中心反饋回來的高壓流量自控儀實時數(shù)據(jù)。其次，配套對站控中心智能分注遠程控制平臺進行功能開發(fā)，使其能在接收到地面控制柜命令的同時對高壓流量自控儀數(shù)據(jù)進行采集，并將數(shù)據(jù)反饋給控制柜程序，用于自動比對測試。

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

（1）當(dāng)?shù)竭_設(shè)定的自動比對測試數(shù)據(jù)采集周期時間節(jié)點時，地面控制柜程序給站控中心遠程控制平臺發(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，地面控制柜也完成了井下流量計數(shù)據(jù)的采集。

（2）程序?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進行比對，若總瞬時流量差值在設(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）對井下流量計和高壓流量自控儀進行數(shù)據(jù)采集，然后對采集到的數(shù)據(jù)進行比對：若差值在設(shè)定范圍內(nèi)，則調(diào)節(jié)水嘴繼續(xù)對下一層進行本項操作；若差值不在設(shè)定范圍內(nèi)，則對數(shù)據(jù)進行計算得出修正值。

（4）程序通過計算出的修正值完成該層流量計算公式的修正，然后調(diào)節(jié)水嘴，繼續(xù)對下一層進行步驟（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)，自動比對測試結(jié)束。

通過對控制柜程序進行功能升級并配套站控平臺程序開發(fā)，實現(xiàn)控制柜對自控儀數(shù)據(jù)的實時獲取，用于自動比對測試。配套站控平臺對控制柜自動比對測試程序進行各項比對測試參數(shù)的設(shè)置，系統(tǒng)到達設(shè)定的比對測試周期時即可執(zhí)行該井的自動比對測試，實現(xiàn)了遠程自動測調(diào)、自動比對測試功能。同時配套站控平臺還可以進行角色管理，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比對測試現(xiàn)場已應(yīng)用38 口井，自動比對測試和測調(diào)后的井下各層智能配水儀流量計流量數(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）。

智能分注井自動比對測試功能的實現(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，對各層水量計量儀表進行遠程比對測試，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)定周期自動進行比對測試與測調(diào)，提高了井下分層配水的準(zhǔn)確度，測調(diào)不受時間、氣候、人員等因素的影響，分層數(shù)據(jù)隨時獲取，節(jié)省了人力、物力。

表1 自動比對測試前后數(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程控制平臺進行管控，實現(xiàn)遠程自動比對測試與自動測調(diào)，不再進行人為干預(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打下了基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語

（1）智能分注井自動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化，無需人工干預(yù)，通過智能分注站控中心遠程控制平臺即可遠程實現(xiàn)比對測試，減輕了人員勞動強度。

（3）通過智能分注自動比對測試的創(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作用。

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