智能测调分注系统技术交流资料

西安思坦坦仪器股份有限公司2014年10月智能测调分注系统技术交流资料一、概述二、技术指标三、技术特点四、可以解决的分层配注问题五、现场测井实例目录注水作为油田稳产增产的重要措施之一，在油田开发中的地位越来越重要。国内的注水调配工艺主要经历了传统的钢丝投捞和地面测调仪器调节可调水嘴两个阶段。目前分注工艺采用的钢丝或电缆测调，不能进行长时间实时监测与控制，只能监测瞬时注入量，不能同时实时反映各层吸水变化；当注水压力或地层压力变化引起注水量发生改变，注水不合格时不能及时进行调节。针对目前几种测调方法存在的不足，我公司研制了一种井下智能配水器，与封隔器配合使用，能够在井下实时进行流量测调，实现精确的分层注水，而不需要任何地面设备和人为的干预。并能在地面遥控井下开关的状态，随时改变注水量的大小。后期还可将各井无线联网，坐在办公室就可监测和调节每口井各个层位的注水量大小，实现数字化油田。一、概述1.油田注水工艺发展一、概述2.各种配注方法对比第一代钢丝、电缆投捞方式，使用存储式流量计、固定水嘴等第二代开度可调式配水水嘴、测调一体化井下测调仪、地面控制器等第三代电缆式全自动井下测调配注器适用井况主要适用于直井，而且水质较好的井可适用于直井、斜井、不同水质的井可适用于直井、斜井、水平井、不同水质的井投捞作业水嘴对接每次更改地层配注量都需要投捞水嘴、工作量大、水平井、斜井投捞难度大每次测调地层配注量时，需要对接水嘴，水平井、斜井、大斜度井投捞对接难度大无需投捞作业和水嘴对接实时监测不能实时监测地层压力、温度、配注量等数据的变化可以在人工操作地面控制器的情况下，实时监测地层压力、温度、流量等数据变化可以在人工干预和无人操作两种情况下，实时监测地层压力、温度、流量等数据变化长期累计变化监测无法长期累计变化监测无法长期累计变化监测地面控制器可以长时间实时监测配注情况，通过软件回放数据、绘制曲线，实现长期监测自动测调无法自动测调无法自动测调系统可以通过自身的控制法，按照预设的流量、开度值自动测调配注量配注精确度配注精确度低配注精确度较低由于可以根据地层变化实时调节每一层的配注量，配注精确度高一种新型油田分层配注、全自动测调及直读验封技术。能够实现实时流量控制与监测，提高低渗油藏精细分注水平；能长期监测井下流量、温度、注水压力和地层压力。3.智能测调分注系统井下配水器工作筒封隔器地面控制器一、概述在每个注水层位上均装有一个智能配水器，层间用封隔器隔开。实时监测每层注水量的大小，由微处理器根据设置调节阀门开度，将注水量控制在需要的水平上。能够与地面双向通讯，随时监测地面指令，重新配置每层注水量的大小。一、概述4.工作原理系统结构示意图㈠地面测控系统㈡密封部分㈢井下测调配水器1、地面测调仪2、操作控制软件1、供电和通信组合电缆2、过电缆密封本体3、电缆对接接头、电缆密封接头1、配水器本体2、电器控制元件3、功能性组件㈣井下配套工具1、电缆扶正器2、电缆保护卡研究内容按照系统结构组成可以分为以下四个部分：一、概述二、井下配水器技术指标配水器外径Φ114mm配水器内部通径Φ46mm配水器长度1900mm最高工作温度150℃（297℉）最高工作压力60MPa（8702psi）有效工作时间3年压力测量范围（0～60）MPa精度0.1%FS温度测量范围（0～150）℃精度±0.5℃单层流量测量范围（0～400）方/天精度2％，量程可选单层流量调节范围0-30(101),15-150(102),40-400(103)方/天最多串连仪器数8工作电压和工作电流（60～70）VDC/44mA最大传输距离5000米（Φ5.6mm双层铠装电缆）最高调控压差20MPa（2901psi）二、井下配水器技术指标端螺纹（上端/下端）TBG27/8″平式端电缆头（上端/下端）Φ5.6mm、Φ8.0mm双层铠装电缆端连接器（上端/下端）Φ5.6mm、Φ8.0mm双层铠装电缆二、地面控制器技术指标工作温度（-40～85）℃有效工作时间3年额定工作电压220VAC±10%/50Hz输出电流范围（0～1）A输出电压范围（60～130）VDC自动测调最小调节间隔1天最小采样间隔4秒–只需一次管柱施工，就可完成精细分层注水控制，无需后期人工干预和测调，节约大量人力物力。–可以对各层位流量、地层压力进行长期监测，对精细描述地层特性具有重要指导意义。–可实现井下验封。–可以应用在常规工艺无法测调的斜井和水平井中。–采用压力平衡技术，避免开关阀门受到井下高压的影响。–超低功耗电路设计，保证长时间在井下可靠工作。–先进的机电一体化技术，性能可靠。三、性能特点项目研究具体内容和难点1、地面测调仪：①组成：地面控制器、电脑；②地面控制器需要通过一根电缆连接同一口井下的多个智能测调配水器同时工作。解决方案：采用总线寻址方式，最多可支持同一口井中8个放置在不同层位的测调配水器同时工作，可靠通信距离大于5千米电缆长度。地面控制器具有防水、防尘功能，适应工作环境温度-40~85℃。㈠、地面测控系统项目研究具体内容和难点2、操作控制软件：①软件功能：实时数据传送、现场操控。操作控制软件通过地面控制器可与井下智能测调配水器进行实时双向通讯，发布命令改变各个层位的注水量大小；接收井下配水器发送的流量、压力等测量数据，进行永久监测，监测结果可以用测井曲线的方式显示在屏幕上，也可以保存在数据库中。现场操控调配井下注水量时有自动和手动两种方式。自动档时只需要输入某层位要调配的注水量，由井下智能测调配水器和控制软件根据算法自动调节；手动时由上位机控制软件人为给控制器发送增加或减小流量指令，从而进行调节达到需要的注水量。㈠、地面测控系统项目研究具体内容和难点1、供电和通信电缆：组成：Φ5.6单芯双层铠装电缆。解决方案：采用Φ5.6单芯双层铠装电缆进行供电和通信，电源正接中间缆芯，负极接外层钢丝，信号以载波的方式与供电共用同一根缆芯。现场电缆密封和对接时只需要操作单根缆芯,方便可靠。该电缆每千米电阻值大概为16欧姆，信号衰减很小。（二）、密封部分项目研究具体内容和难点（二）、密封部分2、电缆密封接头：①功能：电缆进、出测调配水器的密封接头。解决方案：如上图所示，该电缆头已在各油田安装的井下永久式压力计中大量使用，还没有出现过密封失效的情况。三、项目研究具体内容和难点（二）、密封部分3、井口电缆密封装置：①功能：电缆从井口穿出时的密封接头。解决方案：与电缆进出测调配水器时的电缆密封接头类似，主体连接处为2.5寸平式油管扣，可以直接接在井口采油树上。这种井口密封装置也为我公司成熟产品，最高耐压60MPa。项目研究具体内容和难点（二）、密封部分过电缆封隔器采用的是如下图所示的结构，电缆由环空通过电缆头进入油管，绕过封隔器后再由油管内部通过电缆头穿出，从环空继续向下传输。项目研究具体内容和难点（三）、井下测调配水器－配水器本体1、配水器本体：①外径φ114mm，内部过流通径φ46mm。②单层流量调节范围0-400方/天（可选）。③本体耐压60MPa。解决方案：对各功能性组件进行模块化设计，便于加工、生产、调试和流量、压力的标定。工作筒详细机械结构见后面几页的三维图和三个方向的剖面图。分为主体、过流通道（φ46mm）、一体化可调水嘴（包括水嘴、传动机构和电机等）、电路控制短节、验封压力计短节和流量计短节等几个部分组成。各部分相对独立，由信号和控制线连接进行供电和通信。下层注水从过流通道流过；本层注水经流量计、可调水嘴之后注入地层。验封压力计可以实时监测管内注水压力和管外地层压力，具有验封功能。过流通道和各个功能短节都完全密封，因此工作筒内部不受注水的压力作用，可用来作各短节连接和控制走线用。主剖面图如上所示：测调工作筒总长1.9米，过流通道由内径φ46mm不锈钢管组成，两端与主体连接并密封。流量计短节安装在过流通道上方。注水经过流量计测量通道后，在下接头内部通过通孔流入一体化水嘴，再注入地层。红色箭头为水流方向，水嘴半开或全开皆为此流向，水嘴关闭时，只有过流通道有水流，流量计无水流。蓝色箭头为水嘴移动方向。项目研究具体内容和难点（三）、井下测调配水器2、功能性组件－流量计：①流量测量精度2％。②流量测量范围30方/天。③长期承受压力大于60MPa。解决方案：结合目前市场上各种井下流量计的优缺点和我公司多年来流量计生产使用经验，以及井下测调配水器的特殊使用环境，我们设计了一种新型的井下压差式流量计。项目研究具体内容和难点功能性组件－压差流量计工作原理：在流体管道上装有一个节流装置，其内装有一个孔板，其孔径比管道内径小，在孔板前流体稳定的向前流动，流体流过孔板时由于孔径变小，截面积收缩，使稳定流动状态被打乱，因而流速将发生变化，速度加快，流体的静压随之降低，于是在孔板前后产生压力降落，即差压。差压的大小和流量有确定的数值关系，即流量与差压的平方根成正比。压差流量计的优点是结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长。lsdD项目研究具体内容和难点（三）、井下测调配水器2、功能性组件－一体化可调水嘴：①单层流量测调范围0-30方/天。②能完全关闭，开启压差大于20MPa。③关键部分采用高强度陶瓷结构。解决方案：陶瓷活塞上部为密封腔体，不受压力作用；连杆两端受力面积完全相同，压力作用在上面不会对整体产生力的作用，达到平衡压设计的目的。因此，活塞在井下的开启和关闭不受井下高压的影响。传动机构内安装有行程开关和位移传感器，可以测量活塞位置和水嘴开度大小。注水示意图如上所示，先经过流量计测量通道，再流入下接头通过通孔，最后进入可调水嘴。当陶瓷活塞向密封腔一端移动时打开注水，行程越靠向密封腔水嘴开度越大，最后从出水口注入地层（出水口在另一个方向的剖面图上）。流量测量通道内径均≥φ25mm，按各200mm长，流量400方/天计算，沿途压力损失不到0.05MPa。项目研究具体内容和难点（三）、井下测调配水器2、功能性组件－验封压力计：①压力测量范围0～60MPa，精度0.1％。②温度测量范围-40～150℃，精度±0.5℃。③可实现验封功能。解决方案：验封压力计短节上安装有一个管内压力传感器和一个管外压力传感器。当可调水嘴完全关闭后，通过测量内外压差，可实现自动验封功能。压力传感器选择进口凯乐传感器，温度传感器使用pt1000铂电阻。流量、地层压力、注水压力和温度可以通过电缆进行实时、长期监测，对精细描述地层特性、改善注水效率具有重要指导意义。项目研究具体内容和难点（三）、井下测调配水器2、功能性组件－高温电机和减速器：①微型高温电机和减速器选型，工作温度需达150℃，扭矩越大越好。解决方案：选用瑞士进口高温电机和减速器组，外径21mm，额定扭矩2N*m，最高工作温度150℃。这款电机已在我公司多种仪器上应用过，性能非常可靠。传动机构上设计了行程开关，在水嘴完全打开和关闭到位后能切断电机供电，同时电路上也设计限流和短路保护等措施，保证了电机长期工作的可靠性。项目研究具体内容和难点（三）、井下测调配水器3、电器控制元件：①线路板和所有电子元器件要求能在-40～150℃工作。②必须进行低功耗设计。解决方案：可以参考我公司的井下永久式压力计设计思路，在微处理器、电源、通信、电机控制、传感器等关键部分采取冗余设计，一旦电路出现问题，可以切换到备份电路继续正常工作。但是设计难度较大，体积和成本也会增加很多。项目研究具体内容和难点（四）、井下配套工具1、电缆保护卡（扶正器）：①功能：在接箍处保护电缆不被损伤。解决方案：如右图所示，电缆和油管施工时，在每一个接箍处用一个不锈钢铸造的电缆保护卡加以固定和保护。我公司这种铸造型不锈钢电缆护卡已在各油田施工的永久式压力计井中大量使用，非常可靠。•（1）它以电缆为载体，使用一根电缆连接井下单个或多个注水层位的测调配水器，同时测取多个层位的流量、压力和温度数据。•（2）它能够在地面通过电缆实时对井下各个层位的压力、温度、流量数据、流量调配过程和流量变化进行直读和监测，并将各层的数据显示出来。•（3）当需要人为改变注水层注水量时，则可