机械式智能分层注水工艺技术及应用

注水开发是实现油田开发长期高产和稳产的重要技术手段，能够保持油层压力，降低递减率，提高注水井的分注率、层段合格率，完善注采关系，是油田稳产增产的重要技术保障。为提高测试调配效率，实现精细化分层注水，井下参数的实时监测及在线调配，提出适合海上油田的机械式智能分层注水技术。

一、机械式智能分层注水设备

1、地面集成控制系统

地面集成系统包括地面控制器、地面数据信号采集设备和监控计算机。地面数据信号采集设备和监控计算机，可实时监测井下各层位的流量、温度、注水压力和地层压力，并通过地面控制器实行自动或手动控制井下多级流量控制装置（简称流量阀或ICV），实现分层流量在线调节。

2、穿越液控管线的隔离/定位密封

隔离密封/定位密封是与防砂封隔器、密封筒配合使用，将油层分开、防止层间串流的重要工具。由于每层的流量阀都需要连接液控管线，因此隔离/定位密封必须具有穿越液控管线的功能。

图1：可穿越式隔离/定位密封示意图

3、多级流量控制装置

井下多级流量控制装置包括开启总成、关闭总成、防漂移锁、多级水嘴等，是一种自平衡、地面控制、井下安装的装置，可实现多达11级调控，流量可控范围灵活，精度更高。流量阀的控制逻辑为单相控制，一根液控管线控制阀开启，另一根液控管线控制阀关闭，液控管线由井口油管挂、采油树穿出连接至地面液控系统，实现地面控制。

图2：多级流量控制装置

4、油藏（流量/温度/压力）监测系统

油藏监测系统主要包括文丘里流量计、信号采集探头、集成传输电路板等，具备流量、压力、温度实时监测功能，能有效监测各层油藏的动态，并将井下动态（压力、温度和流量）传输给地面。

二、机械式智能分层注水工艺流程

数据信号采集系统将井下温度、流量、压力等数据采集后，作业人员通过地面控制系统手动或自动调节井下多级流量控制装置，具体测调流程如下：

（1）通过穿越液控管线的隔离/定位密封进行分层；

（2）油藏监测系统（井下流量计）测得各层实际流量反馈至地面数据采集和控制系统；

（3）根据油藏对各层配注量要求，确定对应层位多级流量控制装置水嘴的开度；

（4）地面控制柜操控（手动/自动）调节对应的多级流量控制装置至需要的开度；

（5）油藏监测系统（井下流量计）测得实时更新的流量数据至地面显示；

（6）根据需要再次调整多级流量控制装置开度大小。循环以上步骤，直到调配结果达到设计要求。

图3：机械式智能分层注水工艺图

三、技术特点

该技术可实现井下数据实时采集、多级注水装置在线液压控制一体化，主要优势及技术特点如下：

（1）该工艺注水监测及调配装置采用井下常置式安装，实现了注水井实时监测和在线测调的功能，无需钢丝/电缆作业，测调效率高，同时受井斜影响小，满足大斜度定向井、水平井、深井的作业需求；

（2）采用液压机械控制方式调节井下多级流量控制装置，相比电动控制方式，推力大、可靠性高，更适应井下复杂工况；

（3）井下多级流量控制装置可实现多达11级调控，流量可控范围灵活，调节精度高，采用了关闭锁、防漂移压力锁等先进结构，充分保证了长期安全注水的要求；

（4）建立了“液压N+1控制”和“液压3-2解码控制”两种井下控制模式，研制的解码器能满足井下多级流量调控装置的伺服调控要求及远程调控要求；

（5）无需对当前的生产设施进行改造，适应性广，井下无活动的电子元器件，系统寿命长，可随时进行海上酸化、测试等作业。

四、渤海某油田应用效果

渤海某油田位于渤海中部海域。该油田构造具有埋藏浅、构造幅度低、规模大、局部圈闭多等特点。物性分析显示为高孔、高渗储层。受构造、断层、岩性的多重制约，油水系统复杂，油藏类型多样，发育有岩性油藏、构造岩性油藏、岩性构造油藏、构造油藏。该油田属于黏度高、密度大的稠油油田。

1、作业目的

结合周边油井压力监测数据及注水井注入情况估算：地层压力为8.0MPa左右（原始地层压力11.3MPa），储层能量低，供液能力不足。由于该区域夹层发育，为了能给NmⅡ2小层补充足够的能量，改善水驱开发效果，减少无效水循环，对P2防砂段（NmⅡ油组）进行分注作业。

2、分层调配效果

作业之后，经过一段时间的正常注水，测得注水曲线如图所示，可以看出：注入量稳定，并达到配注量要求，验证了流量阀的精准调配能力；长时间注水后，井口并无套压产生，确认了穿越液控管线的隔离/定位密封的功能及可靠性。

本次作业免除了后期钢丝投捞、测调等作业，大大降低作业费用，节省作业时间，地面实时调控井下多级流量控制装置，操作简单，测调精准，达到分层配注的设计要求，机械式智能分层注水工艺技术的安全性、时效性、适用性、可靠性均得到了验证。

图4：2^#单井注入曲线

图5：3^#单井注入曲线

五、结论

机械式智能分层注水工艺技术采用液压机械式控制方式，并集成了智能化井下监测、自动化工具调控等功能，实现了实时监测、在线测调的功能。

在渤海某油田的成功应用，验证了该工艺技术的安全性、时效性、适用性和可靠性。

该工艺不需要对当前的生产设施进行改造，适应性广，井下无活动的电子元器件，系统寿命长，能适应井下复杂工况。