无线智能配水器在吴起油田精细注水中的应用

蔡永孝

（延长油田股份有限公司吴起采油厂，陕西延安 717600）

无线智能配水器是一种利用压力或流量波动实现地面设备和井下配水器之间信号传输，并达到控制井下配水器水嘴开度和实现井下数据返回接收的一种新型配水器。该配水器与封隔器配合使用，不需要过多的人为干预即可进行流量测调，实现精确的分层注水。

1 技术机理、指标参数、技术亮点

1.1 技术机理

无线智能配水器系统包括井下配水器和地面控制器，二者之间通过压力波进行信号传输通信。

现场使用时，将地面控制器安装在井口，将井下配水器（包含水嘴开关、电机、电池、控制电路系统、孔后压传感器、管外压和内压传感器、温度传感器）下放置于相应的注水层，各个注水层之间安装封隔器隔断。地面控制器首先对发往井下配水器的命令进行编码，编码完成后根据编码控制地面注水开关产生对应的压力波，各注水层井下配水器实时检测并解析此压力波，如果解析出的层位号与该层井下配水器的层位号相同，该层井下配水器将压力波信号转化为控制信号，自动调节水嘴开关大小，进而控制相应层段注水量。

同时，井下配水器电路控制系统可将需要传输的数据进行编码，根据编码调节自身水嘴开关状态，使流入油层水的压力呈现规律性变化，地面控制器实时检测并解析压力波，最终获得注水流量、井底温度、管内压力和地层压力数据。

1.2 系统总体设计

1.2.1 井下配水器技术指标

井下配水器技术指标见表1。

表1 配水器技术指标

1.2.2 井下配水器技术指标

地面控制系统技术指标见表2。

表2 地面控制系统技术指标

1.2.3 技术亮点

无线智能配水器在技术上具备以下方面的亮点：

①有效减少工作量。不需要反复投捞井下流量开关，只需要一次施工，就可以完成精细化分注控制，无须后期人工干预和测量。

②智能测调，注水分辨率高。井下配水器配带流量计，可隔一段时间进行一次流量调配，可精准地监测井下流量，为流量调节器提供实时参考；能实现远程人工调整水嘴开度大小，满足分层注水量要求。

③能够实现验封。由于配水器可监测管柱内外压力差，因此只需要关闭井下流量开关即可实现该层封隔器验封。

④非接触式数据传输。该技术用非接触传输方式，为仪器长时间置于井下提供了可能，减少了电缆式配水器因电缆故障造成的各种井下配水器问题，并且通过该方式实现了地面指令与井下仪数据的双向传输。

⑤能够长期检测井下压力、温度、流量等数据，实现对地层压力、流量等参数的实时监测。

⑥井下工作长期化，井下电路采用超低功耗设计，电池供电为仪器长期置于井下提供了方便，井下仪器定时自启采集数据并保存，这样的设计使得仪器井下工作长期化成为可能。

⑦不需要投捞水嘴，缩短了调配时间，降低了劳动强度，且在大斜度井和水平井也能广泛应用。

⑧采用压力波和流量波双重通讯方式，单纯的压力波通信有重大的缺陷，通信速率慢，功耗大，误码率高。仪器在压力波的基础上，增加了流量波的检测，实现了双重检测，作为压力波通讯的辅助参数，提高了检波的速度，提高了解码的准确性与时效性，提高了通信速率，降低了单次传输的功耗，有效提高了压力波通讯的可用性。

⑨能够实现长期监测，井下配水器每隔一段时间进行一次数据采集，并将数据存储到指定芯片中，当通信时将数据传送给地面控制仪，通过分析数据即可得到注水井的长时间注水状况，具有累计注水量功能，对分析各个地层的吸水性具有现实的指导意义。

⑩提高调配效率，由于分注系统采用的是智能测调方式，可以将所有配水器调配注水时间设定为同一时刻，极大提高了调配效率。

1.2.4 适用条件

可适用于层系多、油层非均质性严重的深井及偏心配水工艺无法测调的注水井。

2 技术或产品预评价

2.1 性能评价指标

（1）对井下配水器的工作温度、工作压力、温度检测、压力检测、压力流量测调、压力波通信、水嘴开关、连续工作时间等技术参数进行试验，将试验结果与给出的指标参数进行对比，确定井下配水器实际参数。

（2）对地面控制器的工作温度、工作压力、流量检测、工作电压、数据显示、压控通信、远程无线通信、连续工作时间的技术参数 进行室内实验，将结果与给出的指标参数进行对比，确定地面控制器的实际参数。

2.2 性能评价方法

按照行标SY/T 6977—2014《注水井分层流量实时测调仪校准方 法》中规定的注水井分层流量实时测调仪的技术要求和校准方法对配水器进行测试，其结果要符合行标要求。

2.3 性能评价结果

（1）井下配水器的长度、外径、内通径、耐温、耐压符合要求，温度、压力、流量检测、连续工作时间符合技术指标，压力波通讯和水嘴开关功能正常。

（2）地面控制器的耐温、耐压符合要求，温度、压力、流量检测、连续工作时间符合技术指标，压控通信正常，数据更新及时，无线传输正常。

2.4 预期经济效益和社会效益评价

无线智能配水器可适用于层系多、油层非均质性严重的深井及偏心配水工艺无法测调的注水井，不需要测井电缆、考虑电缆对信号的衰减、电缆绝缘和接头密封等问题，测井成本低，施工难度小，测井效率高。而且包含直读验封，自动测调，数据存储，井下压力、温度、流量等参数测量功能。无线智能配水器一次下井就可实现分层注水、分层验封，大幅度减少了配注工作量，提高了配注效率，解决了分注井井下至地面远程无线通信和井下分层压力、流量实时传输等问题，对智能配水的精细化、全面化带来很大的便利，存储的历史数据可对该井的地质描述具有重要意义，具有广泛的推广前景。

2.5 现场实验可行性评价

当前，国内外大多数油田智能注水试验虽未发生重大安全事故，但现场作业过程中仍存在安全风险问题。借鉴国内外以前的配水器经验，并通过完整的测试步骤，采取相应的安全预防措施，风险较小，现场试验具有极大可行性。

3 现场应用试验

3.1 实验区基本情况

吴起油田始建于1993年，目前拥有资源面积近2 377km2，探明地质储量42 279.39万t，剩余开采地质储量5 191.29万t，动用含油面积1 193.8km2，动用石油地质储量41 751.56万t；共有各类油水井12 908 口，累计生产原油2 421.64万t；拥有总资产181.7亿元。现有注水开发的区块共11个，主要层位延9、延10、富县、长2、长4+5、长6、长7、长8、长9，水驱面积859.79km2，水驱储量3.07亿t。

3.2 现场实施方法、操作步骤

（1）选取试验的注水井：对分层注水井注水效果进行分析统计，选取分层注水井配注难度大或精确度不高的井4口进行无线智能配水器精细注水试验。

（2）注水井精细注水实验，对配注过程动态监测及结果进行分析解释，检验注水井配注精确度是否提高。

（3）对温度、压力、流量等参数进行测试，分析测试结果的准确性。

（4）对注水井配注的强度、时间进行对比分析，检验配注效率。

（5）实验技术实施前后效果评价分析。

4 结束语

1）通过分层注水使这几口井的层间矛盾得到了有效缓解，水驱动用程度得到进一步提高，使这些薄差层、难动用层的能量得到了有效补充，满足了不同开发层系对能量的需求。

2）采用压力波和流量波双重通讯方式，可以有效提高检波的准确度，同时满足在低渗井中解码的成功率。

3）通过现场实施井次作业效果分析，目前4口分注井分注成功率、测试成功率达到100%，层段配注合格率达到90%以上，分层流量测试误差控制在10%以内，分注管柱有效期一年以上，达到预期指标。

4）通过无线智能配水器技术现场试验，提高了水井分层注水精度及配注合格率，降低了调配工作量，达到真正意义上的“智能精细注水”。

5）在确保井下注水正常的前提下，达到地质配注要求，必须保证注水压力正常平稳，波动小于1MPa，水质达标；必须定期实时反洗井措施，确保注水层不受堵塞，可以正常注水；保证配水间220V交流电压稳定，确保整个系统能够正常运行。