新型分层注水工艺高效测调技术的研究

1、第 16卷 第 4期2011年 8月哈 尔 滨 理 工 大 学 学 报JOURNAL OF HARBIN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGYVol. 16No. 4Aug2011新型分层注水工艺高效测调技术的研究贾德利 1, 赵常江 1, 姚洪田 2, 赵欣 3, 蒋雨辰3(1哈尔滨理工大学 自动化学院 , 黑龙江 哈尔滨 150080; 2大庆油田有限责任公司 采油三厂 , 黑龙江 大庆 163113;3大庆油田有限责任公司 采油工程研究院 , 黑龙江 大庆 163453摘要 :针对传统工艺下的分层注水技术所带来的一些问题 , 研究并实现了一种新型分层注

2、水高效测调技术 利用无线电能传输解决了井下狭小空间的电能供应问题 ; 利用无线通信技术使 PC机对井下各层段进行实时配注 , 实现了注水井的同步高效测调 新型分层注水工艺高效测调技术是 在原有的常规测调注水工艺基础上进行的一次较大变革 , 使常规注水测调工艺带来的几个关键问 题得到了较好解决 关键词 :高效测调 ; 智能配注 ; 实时控制 中图分类号 :TE938文献标志码 :A文章编号 :10072683(2011 04009005Study on New Type of Hierarchical Injection andEfficient Testing Adjustment Techn

3、iquesJIA De-li 1, ZHAO Chang-jiang 1, YAO Hong-tian 2, ZHAO Xin 3, JIANG Yu-chen 3(1School of Automation , Harbin University of Science and Technology , Harbin 150080, China ; 2The Third Factory , Daqing Oil Field Co, Ltd , Daqing 163113, China ; 3Production Engineering and Researching Institute , D

4、aqing Oil Field Co, Ltd , Daqing 163453, China Abstract :Aiming at the problems brought by traditional hierarchical injection technology , we research and im-plement a new type of hierarchical injection and efficient testing adjustment techniquesUsing microcomputer sys-tems and wireless remote commu

5、nication equipment , we achieve the synchronous testing and adjustment of each layer underground ; using of wireless power transfer equipment to solve the problem of power supply in small space underground ; small diameter flow tester and pressure tester underground can supply real-time transmission

6、 of the data of each layer to the groundIntelligently injecting each layer by the intelligent system of PC , in which the date can also be restored , and it can give us a further understanding of each layer and achieve real-time controlNew type of hierarchical injection and efficient testing adjustm

7、ent techniques is a lager revolution based on traditional in-jection technology , which has resolved several key problems brougt by traditional injectionKey words :efficient testing adjustment ; intelligent injection ; real-time control收稿日期 :20100708基金项目 :中国博士后科学基金资助 (20100471087作者简介 :贾德利 (1980 , 男

8、, 博士 , 副教授 , 硕士生导师 ,E-mail :zhao369120872126com0引 言大庆油田已经经历了试验开发阶段 、 高速上产 阶段 、 稳产阶段 ; 井网由试验井逐步发展为基础井 、一次加密 、 二次加密 、 三次加密井网 , 开发层系逐步向低渗透层 、 薄互层 、 多油层等变差方向转变 为满 足油田开发需要 , 笼统注水逐步发展为分层注水 、 细 分层注水 分层注水技术以提高细分程度 、 测试效 率 、 注水合格率为目标 , 逐步改进管柱及井下工具的性能 、 不断完善配套的测调工艺 , 各阶段发展的分层 注水技术对均衡动用各油层及提高差油层的动用程 度具有重要作用 1本

9、项目正是在此工程背景下展开的工作 , 立足 于我国特高含水开发期水驱技术的实际工艺要求 , 提出并研制特高含水期分层注水工艺测调技术新方 法 , 将多信息测试与流量控制结合成统一整体 , 置于 井下 , 长期自动对各分注层段的工作状况进行监控 , 在自定义的调配周期内进行流量调配 2国内在水井测试上实现了边测边调技术 , 缩短 了测试周期 , 降低了工作强度 , 使测调效率得到大幅 提高 , 但是整个测调过程依然以操控测调仪器为核 心 , 测调过程需要测调人员的全程参与 , 没有实现流 量调配的全程自动化 因此发展注水 、 流量调配全程 自动化的新一代注水技术 , 成为当今注水技术发展 的主要

10、趋势 国外目前实现了智能完井技术 智能完井系统 从 1997年投入应用以来 , 在国外得到了迅猛的发 展 , 取得了令人瞩目的成绩 , 在过去的五年中智能井 的安装以每年 27%的速度增长 , 据不完全统计 , 截 止到 2006年已安装的数量已超过 1000口井 目 前 , 壳牌公司已经把智能井的测量功能作为常规手 段 , 要求在所有的生产井上安装压力和温度监测设 备 , 以加强对生产井的监测和生产控制 国内对智能 完井技术的研究还没有起步 , 在应用方面 , 也只是引 进智能完井的部分技术 智能完井的核心是在完井 阶段 , 在生产井内安装永久的压力 、 温度 、 流量监控 设备 , 并能够

11、对监控数据进行综合分析 , 通过流量控 制设备在地面对油层流出 、 流入的液流进行控制 , 从 而优化油藏开发方案 , 提高油藏开发效果和采收 率 34智能完井技术的实施是在完成阶段进行的 , 需要大量的资金投入 1注水井同步动态测调技术总体方案本文所研究的特高含水期注水井同步测调技术 实现方案如图 1所示 , 系统由流量控制部分 、 电缆前 端控制仪部分 、 地面主机部分和上位机软件管理系 统 (PC 等部分组成 流量控制部分 :负责数据采集 (包括温度 、 流 量 、 压力 、 电池状态 , 对流量控制阀开度大小的控 制 , 跟地面双向数据交换 , 对特殊变压器的输出进行 稳压 , 采用非

12、接触方式实现与电缆前端控制仪进行 双向通信 ; 电缆前端控制仪部分 :负责流量控制阀内 部控制系统和地面主机的双向通信及投捞定位 , 采 用非接触方式实现与流量控制阀内部通信 ; 地面主 机部分 :给电缆前端控制仪供电 , 实现 PC 机与电缆 前端控制仪的通信中转 ; 上位机管理系统 :用于发送 控制命令 、 接受回传数据和分析图表 , 并且能够保存 数据 该系统工作时 , 流量控制子系统实现自定义周 期闭环测调 , 无需人工参与 ; 当根据地质要求更改各 层注入量时 , 通过投放电缆前端控制仪进行各层标 定及回传接收历史测调数据 分层注水高效测调技术由测调车 、 电缆 、 井下智 能配水器

13、 、 地面控制平台和其他辅助工具构成 采用 井下测调 、 地面直读的方式 , 根据地面指令和程序 , 对堵塞器进行智能控制和连续测调 , 投捞器只需下 井一次 , 在很短的时间内即完成对注水井当前各层 段的测调配注工作 , 大大提高了注水合格率 , 缩短了 测调周期 , 而且能够详细地反馈地层数据 56图 1注水井同步测调总体示意图2井下设备总体结构井下智能配水器主要由三大部分组成 :电能转 换器 , 单片机及远程通讯设备及流量压力测试仪 2. 1单片机最小系统及无线远程通讯单片机系统将井下的当前流量和压力数值通过 远程无线设备传到井上 PC 机中 , PC 机通过处理给 出当前层所适合的压力

14、和流量后 , 把相应数值回传 给单片机 , 同时调节注水压力 , 单片机发出控制信 号 , 通过控制电机转动来控制水嘴开度的大小 , 进而 对流量进行控制 注水量和注水压力的数值被单片机保存到 Flash 中 , 工作人员采集后可作为判断当 前地层情况的依据 单片机最小系统电路图如图 2所示 , 控制流程图如图 3所示 单片机系统采用飞思卡尔公司生产的 S12XS128汽车级单片机 此单片机工作温度为 40 125 , 抗干扰性强 , 满足井下高温 (85 、 电磁干扰强的 工作环境要求 自带 128kB 的闪存 , 可用来储存井 下相关数据 16通道的模数转换器 (ADC , 可配置 的 8

15、/10/12位分辨率 , 高速转换时间 (3s , 使每次 测调时间进一步缩短 集成的电机控制模块 , 使用 6通道脉冲宽度调制器 (PWM , 具有故障保护和电流 感应输入 , 处理误差达到 0. 5%, 能够进一步提高 注水的合格率 无线通讯模块用来接收地面的命令并向地面反 馈数据 , 由于井下空间小 , 传输距离长 , 采用可充电 电池组供电 , 所以对无线模块有些特殊要求 采用 DTD465系列无线数传模块 , 此无线数传模块的最 大发射功率为 10mMW , 属于低功耗型无线模块 , 同 时具有休眠功能 , 在不工作时可以处于休眠状态 , 为 井下的电池节约电能 传输距离达到 200

16、0m , 而且 具有较强的抗干扰能力和低误码率 , 适合用于井下 长距离传输和复杂的环境 此系列模块采用智能数 据控制 , 用户无需编制多余的程序 , 不但为编程人员 减少了工作量 , 也使以后的维护调整提供了方便 同 时 , 它的体积小 , 重量轻 , 针对于井下有限安装空间 具有巨大优势 图 4为单片机及无线设备实物图 图 2单片机最小系统及其外围电路图 3单片机系统流程图图 4单片机系统实物图2. 2电能转换设备及充电电池组由于井下供电设备不能实现接触式电能传递 , 所以本文研制了一种非接触式电能转换设备 整个 系统包括初级组件和次级组件两个部分 , 原理如图 5所示 初级组件由初级电路

17、 , 初级磁芯和初级绕组 等部分组成 , 并且和外部电缆相连 , 然后对其进行初 级胶封 , 最外面是一层塑料外壳 次级组件由次级电 路 , 次级磁芯和次级绕组胶封而成 , 两个部分之间实 现无线电能转换 电能通过电缆传输到初级绕组中 , 在井下通过非接触耦合的方式耦合到次级 , 然后 , 次 级将电能传输给整流设备 , 将交流电变成直流电后 给电池组充电 图 5非接触式电能转换原理框图充电电池组由非接触电能转换器充电后 , 将电 能供给井下智能配水器各个部分 非接触式电能传 送模块接收到的电能经过滤波稳压后提供给锂电池 组充电电路 , 该电路能对四节串联锂电池组进行充 电 充电器的输入电源为

18、 DC20V /3A充电器具有恒 流 、 恒压 、 涓流等充电模式 74小时保证充电到电 池组标称容量的 80%以上 高温锂电池组能在 0 85 的工作环境下连续长期工作 , 瞬间 (2s 放电 电流 5A , 能在 600mA 下连续放电 10min , 100mA 下能长期工作 充放电 60次后实际容量不低于标称 容量的 80%8在此工作环境中电池至少能连续正 常工作 3年以上 , 并且不爆炸不起火不漏液 锂电池 组保护电路能对锂电池的过充 、 过放 、 过流等进行保 护 该保护电路具有与单片机连接的端口 , 单片机可 以读取电池的电压和余量以及温度等数据 2. 3流量传感器与压力传感器流

19、量传感器采用精确度高 , 功耗低 , 可靠性好的 小直径 (28mm 涡街流量计 , 测量压力小于 40MPa , 输出为数字脉冲信号 , 低电平小于等于 0. 5V , 高电 平大于等于 1V , 小于等于 5V , 信号输出误差小于 等于 5%涡街流量计测得的液体流量信号传递至 单片机 压力传感器的原理是将压力信号转变为某种电 信号 , 各种压力传感器均能小型化 , 比较精确和快速 测量 , 尤能测量动态压力 , 实现多点巡回检测 、 信号转 换 、 远距离传输 、 与计算机相连接 、 适时处理等 , 因而 得到迅速发展和广泛应用 9本文采用利用弹性元件 变形而导致电阻变化原理测压的应变式

20、压力计 3计算机调试系统计算机调试系统的操作界面如图 6所示 通过 软件可以直接实时读取出当前的压力值和流量值 计算机可以通过所采集的流量值和压力值自动对井 下各层段进行智能配注 10 图 6智能测调软件系统界面上述调节步骤采集的数据 , 由地面控制软件生 可成出测试成果表 、 全井及单层吸水指示曲线等相 关数据 , 如图 7、 图 8所示 , 为地质方案设计提供了 充足的资料 39第 4期 贾德利等 :新型分层注水工艺高效测调技术的研究4实际测试对比通过实际上井对井下注水层段进行配注测试 , 并和以前的配注结果进行对比 , 可以看到 , 采用新型 分层注水工艺进行配注的层段主要优势有 :1

21、一次 投捞就可以完成配注工作 , 缩短测调时间 , 提高效 率 ; 2 可以实时对井下各层段进行控制 , 调节注水 量 , 提高调配成功率 ; 3 操作简单 , 无需专业人员操 作 , 基层测试人员均可独立完成 ; 4 对层段各数据 进行存储 , 有利于判定井下环境和后续开采 ; 5 注 水合格率得到提高 5结 语新型分层注水工艺高效测调技术实现了井上控 制与井下测调实时 、 同步进行 , 一次投捞完成所有配 注工作 , 缩短了工作时间 ; 智能配注系统可以根据井 下各层段情况实施智能配注 , 从根本上提高了注水 合格率 , 同时 , 为井下机电一体化的发展开拓了空 间 , 具有很大的战略意义

22、 参 考 文 献 :1陈天锦 , 姚为正 大庆油田采出水处理技术现状与发展 J 水处理技术 , 2001(7 :69742陈宏艳 对影响分层注水合格率指标的认识 J 科技论坛 2004(4 :29323肖述琴 , 陈军斌 , 屈展 智能完井综合系统 J 西安石油大学 学报 , 2004(3 :37414MIKE RobinsonIntelligent Well Completions J Journal of Pe-troleum Technology , 2003, 55:57595贾德利 , 尤波 , 许家忠 , 等 逆变式等离子切割电源变间距模糊 PI 控制 J 电机与控制学报 , 20

23、08, 12(3 :16206STEPHEN ABillings , WEI HualiangA New Class Of Wavelet Networks For Nonlinear System Identification J IEEE Transac-tions on Neural Networks , 2005, 16(4 :8628747符明明 , 李桂森 , 李大文 , 等 锂离子电池通用测试系统的设 计与实现 J 哈尔滨理工大学学报 , 2003, 8(2 :26288何银吉 , 赵林英 , 乐浪 , 等 一种新型的锂离子电池化成检测 系统 J 哈尔滨理工大学学报 , 2005, 10(5 :64669林森 , 孟大伟 , 温嘉斌 注水井分层自动测调系统的设计