智能測調分注系統(tǒng)技術交流資料

智能測調分注系統(tǒng)技術交流資料第一頁，共42頁。一、概述二、技術指標三、技術特點四、可以解決的分層配注問題五、現(xiàn)場測井實例第二頁，共42頁。

注水作為油田穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的重要措施之一，在油田開發(fā)中的地位越來越重要。國內的注水調配工藝主要經(jīng)歷了傳統(tǒng)的鋼絲投撈和地面測調儀器調節(jié)可調水嘴兩個階段。目前分注工藝采用的鋼絲或電纜測調，不能進行長時間實時監(jiān)測與控制，只能監(jiān)測瞬時注入量，不能同時實時反映各層吸水變化；當注水壓力或地層壓力變化引起注水量發(fā)生改變，注水不合格時不能及時進行調節(jié)。針對目前幾種測調方法存在的不足，我公司研制了一種井下智能配水器，與封隔器配合使用，能夠在井下實時進行流量測調，實現(xiàn)精確的分層注水，而不需要任何地面設備和人為的干預。并能在地面遙控井下開關的狀態(tài)，隨時改變注水量的大小。后期還可將各井無線聯(lián)網(wǎng)，坐在辦公室就可監(jiān)測和調節(jié)每口井各個層位的注水量大小，實現(xiàn)數(shù)字化油田。

一、概述1.油田注水工藝發(fā)展第三頁，共42頁。一、概述2.各種配注方法對比第一代鋼絲、電纜投撈方式，使用存儲式流量計、固定水嘴等第二代開度可調式配水水嘴、測調一體化井下測調儀、地面控制器等第三代電纜式全自動井下測調配注器適用井況主要適用于直井，而且水質較好的井可適用于直井、斜井、不同水質的井可適用于直井、斜井、水平井、不同水質的井投撈作業(yè)水嘴對接每次更改地層配注量都需要投撈水嘴、工作量大、水平井、斜井投撈難度大每次測調地層配注量時，需要對接水嘴，水平井、斜井、大斜度井投撈對接難度大無需投撈作業(yè)和水嘴對接實時監(jiān)測不能實時監(jiān)測地層壓力、溫度、配注量等數(shù)據(jù)的變化可以在人工操作地面控制器的情況下，實時監(jiān)測地層壓力、溫度、流量等數(shù)據(jù)變化可以在人工干預和無人操作兩種情況下，實時監(jiān)測地層壓力、溫度、流量等數(shù)據(jù)變化長期累計變化監(jiān)測無法長期累計變化監(jiān)測無法長期累計變化監(jiān)測地面控制器可以長時間實時監(jiān)測配注情況，通過軟件回放數(shù)據(jù)、繪制曲線，實現(xiàn)長期監(jiān)測自動測調無法自動測調無法自動測調系統(tǒng)可以通過自身的控制法，按照預設的流量、開度值自動測調配注量配注精確度配注精確度低配注精確度較低由于可以根據(jù)地層變化實時調節(jié)每一層的配注量，配注精確度高第四頁，共42頁。

一種新型油田分層配注、全自動測調及直讀驗封技術。能夠實現(xiàn)實時流量控制與監(jiān)測，提高低滲油藏精細分注水平；能長期監(jiān)測井下流量、溫度、注水壓力和地層壓力。3.智能測調分注系統(tǒng)井下配水器工作筒封隔器地面控制器一、概述第五頁，共42頁。

在每個注水層位上均裝有一個智能配水器，層間用封隔器隔開。實時監(jiān)測每層注水量的大小，由微處理器根據(jù)設置調節(jié)閥門開度，將注水量控制在需要的水平上。能夠與地面雙向通訊，隨時監(jiān)測地面指令，重新配置每層注水量的大小。一、概述4.工作原理第六頁，共42頁。系統(tǒng)結構示意圖第七頁，共42頁。㈠地面測控系統(tǒng)㈡密封部分㈢井下測調配水器1、地面測調儀2、操作控制軟件1、供電和通信組合電纜2、過電纜密封本體3、電纜對接接頭、電纜密封接頭

1、配水器本體

2、電器控制元件

3、功能性組件㈣井下配套工具1、電纜扶正器2、電纜保護卡研究內容按照系統(tǒng)結構組成可以分為以下四個部分：一、概述第八頁，共42頁。二、井下配水器技術指標配水器外徑Φ114mm配水器內部通徑Φ46mm配水器長度1900mm最高工作溫度150℃（297℉）最高工作壓力60MPa（8702psi）有效工作時間3年壓力測量范圍（0～60）MPa精度0.1%FS溫度測量范圍（0～150）℃精度±0.5℃單層流量測量范圍（0～400）方/天精度2％，量程可選單層流量調節(jié)范圍0-30(101),15-150(102),40-400(103)方/天最多串連儀器數(shù)

8工作電壓和工作電流（60～70）VDC/44mA最大傳輸距離

5000米（Φ5.6mm雙層鎧裝電纜）最高調控壓差20MPa（2901psi）第九頁，共42頁。二、井下配水器技術指標端螺紋（上端/下端）TBG27/8″平式端電纜頭（上端/下端）Φ5.6mm、Φ8.0mm雙層鎧裝電纜端連接器（上端/下端）Φ5.6mm、Φ8.0mm雙層鎧裝電纜第十頁，共42頁。二、地面控制器技術指標工作溫度（-40～85）℃有效工作時間3年額定工作電壓220VAC±10%/50Hz輸出電流范圍（0～1）A輸出電壓范圍（60～130）VDC自動測調最小調節(jié)間隔1天最小采樣間隔4秒第十一頁，共42頁。只需一次管柱施工，就可完成精細分層注水控制，無需后期人工干預和測調，節(jié)約大量人力物力。可以對各層位流量、地層壓力進行長期監(jiān)測，對精細描述地層特性具有重要指導意義。可實現(xiàn)井下驗封。可以應用在常規(guī)工藝無法測調的斜井和水平井中。采用壓力平衡技術，避免開關閥門受到井下高壓的影響。超低功耗電路設計，保證長時間在井下可靠工作。先進的機電一體化技術，性能可靠。三、性能特點第十二頁，共42頁。項目研究具體內容和難點1、地面測調儀：①組成：地面控制器、電腦；②地面控制器需要通過一根電纜連接同一口井下的多個智能測調配水器同時工作。解決方案：采用總線尋址方式，最多可支持同一口井中8個放置在不同層位的測調配水器同時工作，可靠通信距離大于5千米電纜長度。

地面控制器具有防水、防塵功能，適應工作環(huán)境溫度-40~85℃。㈠、地面測控系統(tǒng)第十三頁，共42頁。項目研究具體內容和難點2、操作控制軟件：①軟件功能：實時數(shù)據(jù)傳送、現(xiàn)場操控。

操作控制軟件通過地面控制器可與井下智能測調配水器進行實時雙向通訊，發(fā)布命令改變各個層位的注水量大??；接收井下配水器發(fā)送的流量、壓力等測量數(shù)據(jù)，進行永久監(jiān)測，監(jiān)測結果可以用測井曲線的方式顯示在屏幕上，也可以保存在數(shù)據(jù)庫中。現(xiàn)場操控調配井下注水量時有自動和手動兩種方式。自動檔時只需要輸入某層位要調配的注水量，由井下智能測調配水器和控制軟件根據(jù)算法自動調節(jié)；手動時由上位機控制軟件人為給控制器發(fā)送增加或減小流量指令，從而進行調節(jié)達到需要的注水量。

㈠、地面測控系統(tǒng)第十四頁，共42頁。項目研究具體內容和難點1、供電和通信電纜：組成：Φ5.6單芯雙層鎧裝電纜。解決方案：采用Φ5.6單芯雙層鎧裝電纜進行供電和通信，電源正接中間纜芯，負極接外層鋼絲，信號以載波的方式與供電共用同一根纜芯?，F(xiàn)場電纜密封和對接時只需要操作單根纜芯,方便可靠。該電纜每千米電阻值大概為16歐姆，信號衰減很小。

（二）、密封部分第十五頁，共42頁。項目研究具體內容和難點（二）、密封部分2、電纜密封接頭：①功能：電纜進、出測調配水器的密封接頭。解決方案：如上圖所示，該電纜頭已在各油田安裝的井下永久式壓力計中大量使用，還沒有出現(xiàn)過密封失效的情況。第十六頁，共42頁。三、項目研究具體內容和難點（二）、密封部分3、井口電纜密封裝置：①功能：電纜從井口穿出時的密封接頭。解決方案：與電纜進出測調配水器時的電纜密封接頭類似，主體連接處為2.5寸平式油管扣，可以直接接在井口采油樹上。這種井口密封裝置也為我公司成熟產(chǎn)品，最高耐壓60MPa。第十七頁，共42頁。項目研究具體內容和難點（二）、密封部分過電纜封隔器采用的是如下圖所示的結構，電纜由環(huán)空通過電纜頭進入油管，繞過封隔器后再由油管內部通過電纜頭穿出，從環(huán)空繼續(xù)向下傳輸。第十八頁，共42頁。項目研究具體內容和難點（三）、井下測調配水器－配水器本體1、配水器本體：①外徑φ114mm，內部過流通徑φ46mm。②單層流量調節(jié)范圍0-400方/天（可選）。③本體耐壓60MPa。解決方案：

對各功能性組件進行模塊化設計，便于加工、生產(chǎn)、調試和流量、壓力的標定。工作筒詳細機械結構見后面幾頁的三維圖和三個方向的剖面圖。第十九頁，共42頁。

分為主體、過流通道（φ46mm）、一體化可調水嘴（包括水嘴、傳動機構和電機等）、電路控制短節(jié)、驗封壓力計短節(jié)和流量計短節(jié)等幾個部分組成。各部分相對獨立，由信號和控制線連接進行供電和通信。下層注水從過流通道流過；本層注水經(jīng)流量計、可調水嘴之后注入地層。驗封壓力計可以實時監(jiān)測管內注水壓力和管外地層壓力，具有驗封功能。過流通道和各個功能短節(jié)都完全密封，因此工作筒內部不受注水的壓力作用，可用來作各短節(jié)連接和控制走線用。第二十頁，共42頁。

主剖面圖如上所示：測調工作筒總長1.9米，過流通道由內徑φ46mm不銹鋼管組成，兩端與主體連接并密封。流量計短節(jié)安裝在過流通道上方。注水經(jīng)過流量計測量通道后，在下接頭內部通過通孔流入一體化水嘴，再注入地層。第二十一頁，共42頁。第二十二頁，共42頁。項目研究具體內容和難點（三）、井下測調配水器2、功能性組件－流量計：①流量測量精度2％。②流量測量范圍30方/天。③長期承受壓力大于60MPa。解決方案：

結合目前市場上各種井下流量計的優(yōu)缺點和我公司多年來流量計生產(chǎn)使用經(jīng)驗，以及井下測調配水器的特殊使用環(huán)境，我們設計了一種新型的井下壓差式流量計。第二十三頁，共42頁。項目研究具體內容和難點功能性組件－壓差流量計工作原理：

在流體管道上裝有一個節(jié)流裝置，其內裝有一個孔板，其孔徑比管道內徑小，在孔板前流體穩(wěn)定的向前流動，流體流過孔板時由于孔徑變小，截面積收縮，使穩(wěn)定流動狀態(tài)被打亂，因而流速將發(fā)生變化，速度加快，流體的靜壓隨之降低，于是在孔板前后產(chǎn)生壓力降落，即差壓。差壓的大小和流量有確定的數(shù)值關系，即流量與差壓的平方根成正比。壓差流量計的優(yōu)點是結構牢固,性能穩(wěn)定可靠,使用壽命長。

第二十四頁，共42頁。項目研究具體內容和難點（三）、井下測調配水器2、功能性組件－一體化可調水嘴：①單層流量測調范圍0-30方/天。②能完全關閉，開啟壓差大于20MPa。③關鍵部分采用高強度陶瓷結構。解決方案：

陶瓷活塞上部為密封腔體，不受壓力作用；連桿兩端受力面積完全相同，壓力作用在上面不會對整體產(chǎn)生力的作用，達到平衡壓設計的目的。因此，活塞在井下的開啟和關閉不受井下高壓的影響。傳動機構內安裝有行程開關和位移傳感器，可以測量活塞位置和水嘴開度大小。第二十五頁，共42頁。

注水示意圖如上所示，先經(jīng)過流量計測量通道，再流入下接頭通過通孔，最后進入可調水嘴。當陶瓷活塞向密封腔一端移動時打開注水，行程越靠向密封腔水嘴開度越大，最后從出水口注入地層（出水口在另一個方向的剖面圖上）。流量測量通道內徑均≥φ25mm，按各200mm長，流量400方/天計算，沿途壓力損失不到0.05MPa。第二十六頁，共42頁。項目研究具體內容和難點（三）、井下測調配水器2、功能性組件－驗封壓力計：①壓力測量范圍0～60MPa，精度0.1％。②溫度測量范圍-40～150℃，精度±0.5℃。③可實現(xiàn)驗封功能。解決方案：驗封壓力計短節(jié)上安裝有一個管內壓力傳感器和一個管外壓力傳感器。當可調水嘴完全關閉后，通過測量內外壓差，可實現(xiàn)自動驗封功能。壓力傳感器選擇進口凱樂傳感器，溫度傳感器使用pt1000鉑電阻。流量、地層壓力、注水壓力和溫度可以通過電纜進行實時、長期監(jiān)測，對精細描述地層特性、改善注水效率具有重要指導意義。第二十七頁，共42頁。項目研究具體內容和難點（三）、井下測調配水器2、功能性組件－高溫電機和減速器：①微型高溫電機和減速器選型，工作溫度需達150℃，扭矩越大越好。解決方案：選用瑞士進口高溫電機和減速器組，外徑21mm，額定扭矩2N*m，最高工作溫度150℃。這款電機已在我公司多種儀器上應用過，性能非?？煽?。傳動機構上設計了行程開關，在水嘴完全打開和關閉到位后能切斷電機供電，同時電路上也設計限流和短路保護等措施，保證了電機長期工作的可靠性。第二十八頁，共42頁。項目研究具體內容和難點（三）、井下測調配水器3、電器控制元件：①線路板和所有電子元器件要求能在-40～150℃工作。②必須進行低功耗設計。解決方案：可以參考我公司的井下永久式壓力計設計思路，在微處理器、電源、通信、電機控制、傳感器等關鍵部分采取冗余設計，一旦電路出現(xiàn)問題，可以切換到備份電路繼續(xù)正常工作。但是設計難度較大，體積和成本也會增加很多。第二十九頁，共42頁。項目研究具體內容和難點（四）、井下配套工具1、電纜保護卡（扶正器）：①功能：在接箍處保護電纜不被損傷。解決方案：如右圖所示，電纜和油管施工時，在每一個接箍處用一個不銹鋼鑄造的電纜保護卡加以固定和保護。我公司這種鑄造型不銹鋼電纜護卡已在各油田施工的永久式壓力計井中大量使用，非?？煽俊５谌?，共42頁。（1）它以電纜為載體，使用一根電纜連接井下單個或多個注水層位的測調配水器，同時測取多個層位的流量、壓力和溫度數(shù)據(jù)。（2）它能夠在地面通過電纜實時對井下各個層位的壓力、溫度、流量數(shù)據(jù)、流量調配過程和流量變化進行直讀和監(jiān)測，并將各層的數(shù)據(jù)顯示出來。（3）當需要人為改變注水層注水量時，則可以根據(jù)顯示的數(shù)據(jù)，在地面通過電纜向井下測調配水器發(fā)送控制命令，對井下各層注水量大小進行人工調整。（4）電纜式注水井調配方法縮短了調配時間，降低了勞動強度，實現(xiàn)了井下工具的自動化和地面電纜直讀式監(jiān)測和控制。（5）只需一次管注施工，就可以完成精細分注控制，無需后期人工干預和測量，節(jié)約大量人力物力。（6）不需要投撈水嘴，縮短調配時間，降低勞動強度，在大斜度井和水平井也能夠廣泛使用。

四、可以解決的分層配注問題第三十一頁，共42頁。序號井號油田完井日期儀器深度井斜水型1山025-40吳堡2010.3.21840m27°清水2柳127-27虎狼峁2008.12.31814m無數(shù)據(jù)清水3山049-56吳堡2011.9.242047m41.6°清水４山021-42吳堡2010.3.21821m未數(shù)據(jù)清水５塞389-26靖安2008.4.302016m29.57°６地231-68堡子灣2011.6.22640m無數(shù)據(jù)清水７地241-68堡子灣2010.6.282878m無數(shù)據(jù)清水８柳115-19虎狼峁2013.6.171733m無數(shù)據(jù)清水９山05-35吳堡2007.8.92037m37.5°清水10白89-02白豹2010.5.301993m12.2°清水五、部分現(xiàn)場實例第三十二頁，共42頁。五、現(xiàn)場應用序號油田完井日期儀器深度井斜層數(shù)11大慶12014.5.21200m27°712大慶22014.6.31300m15413長慶12014.5.61814m1621４長慶22014.5.101300m未數(shù)據(jù)21５勝利2014.4.201500m1021６中海油2013.12.20750m703第三十三頁，共42頁。長慶油田試驗井—柳12-27井1.基本情況油田井號完井日期井深地質配注虎狼峁柳12-272009.11.31814m上：13m3下：10m32.井下流量計測試及