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层间自动轮换分层周期注水工艺

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自动 轮换 分层 周期 注水 工艺
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第 34 卷 第 6 期2012 年 11 月石 油 钻 采 工 艺 34 6 2012基金项目: 中国石油化工集团公司科技攻关项目“循环分层周期注水工艺研究”(编号:。 作者简介: 马宏伟, 1967 年生。1992 年毕业于江汉石油学院矿业机械专业,现从事油气开采技术研究工作,教授级高级工程师。电话:0377文章编号: 1000−7393 ( 2012) 06 − 0100 − 04层间自动轮换分层周期注水工艺马宏伟 彭元东 杨康敏 王小勇 刘科伟 焦明远(中石化河南油田分公司石油工程技术研究院,河南南阳 473132 ) 引用格式: 马宏伟,彭元东,杨康敏,等 . 层间自动轮换分层周期注水工艺 [ J] . 石油钻采工艺, 2012, 34( 6): 针对分层周期注水存在的投捞调配工作量大的问题,开展了注水井层间自动轮换分层周期注水工艺研究,研制出了依靠高温电池供电、单片机控制的井下自动循环开关器,下井前设定好每个循环开关器的自动开关程序,使其在井下按照程序自动开启和关闭,实现分层周期注水。根据需要,还可以通过地面特定时间打“低—高—低”的液压编码,控制井下对应的自动循环开关器开启和关闭,临时改变井下注水层。该技术具有自动控制和液压控制双重功能,不用下入传统的投捞调配测试仪器就可以实现分层周期注水,液压编码只有 3 位,控制简便,可操作性强。现场试验 11 口井,自动循环开关器工作正常,达到了预期的目的,在智能分层周期注水方面实现了突破。关键词:周期注水;分层注水;程序控制;井下管柱;液压控制中图分类号 :  文献标识码 : e’73132, In of of in on of in is is by by a is of is on in be as by to to on of of to or a in 实质就是通过脉动注水在油层中建立不稳定的压力降,使地层的不同孔隙通道和小层间产生交互渗流,促使未被水波及到的储层、层带投入开发。国内大庆、胜利、河南等油田均开展过矿场试验,取得一定效果[1但对于层间非均质性严重的井,在注水开发后期,笼统周期注水效果不明显,需要采取分层周期注水[3]。目前井下分注管柱用于周期注水时,采取的是多层同时停注、同时注水方式,其优点是管理简单,缺点是多层注水压力波动大,分层水量不清,在停注时存在层间干扰、管柱容易沉积杂质等问题,影响注101马宏伟等:层间自动轮换分层周期注水工艺水效果[4]。通过投捞配水器进行单层轮换周期注水可提高注水效果,但是测试投捞调配工作量大[5]。国内在智能配水方面开展了井下压控开关智能配水工艺试验,由于调配的压力编码长达 12 位,需要频繁地进行升压、降压操作,调配复杂[6]。为了提高周期注水开发效果,开展了注水井层间自动轮换分注工艺研究,研制出了井下自动循环开关器,利用程序自动控制和液压编码控制方法,控制一口井内 2 个层或者 3 个层交替循环注水,实现了单层交替分层周期注水。1 柱结构层间自动轮换分层周期注水管柱见图 1,主要由缓冲器、水力锚、循环开关器、封隔器、限压单流阀、球座、筛管、丝堵组成。其核心循环开关器采用机电一体化设计方法,利用高温电池供电、微电机驱动、单片机控制,依靠程序控制系统和液压编码控制系统控制其开启和关闭。图 1 艺原理 循环开关器下井前均关闭,并设定打开、关闭周期。工具下井后,通过油管憋压坐封注水封隔器,将层间封隔成 3 个层,达到预定时间, 3 个循环开关器依照设定程序开启、关闭,依次交替循环注水;注水层位改变时,通过地面阀门控制注水量,进行不同层的自动轮换周期注水。一个循环周期的各层循环开关器开关状态见表 1。表 1 各层循环开关器开关状态生产状况管柱下井第 3 层注入,1、 2 层停注第 2 层注入,1、 3 层停注第 1 层注入,2、 3 层停注循环开关器 1 关闭 关闭 关闭 开启循环开关器 2 关闭 关闭 开启 关闭循环开关器 3 关闭 开启 关闭 关闭自动轮换周期注水技术还具有定时液压控制临时换层功能,在对应循环开关器设定的压控时间,通过地面控制阀门打出预先设定的液压编码,可以临时控制循环开关器开启或关闭,从而改变注水层位和周期,进行不同层的自动循环辅助液压控制周期注水。术特点( 1)能够在井下自动换层注水,避免了投捞调配测试工艺。( 2)具有定时液压调控换层注水的功能,在设定时间通过液压编码可以控制井下不同循环开关器开启和关闭,临时改变井下注水层位和注水周期。( 3)液压编码简单,调控操作简便。( 4)单层水量和流压实时监测,单层水量可以实时调配。2 构循环开关器结构见图 2,主要由上接头、压力传感器、电池、工作筒、单片机系统、微电机、丝杠、开关阀、主体、下接头等组成。图 2 动开关工作原理  单片机通过高温电池供电,驱动微电机工作。根据需要给某一层注水时,单片机系统控制电机顺时针转动,带动丝杠转动,通过螺旋传动机构,开关阀左移,达到工作行程,开关阀活塞打开,单片机控制电机停止工作,单片机系统进入休眠待机状态;达到设定注水周期后,单片机系统给驱动电机一个关闭信号,控制电机逆时针转动,通过螺旋传动机构,开关阀右移,开关阀活塞关闭,电机停止工作,循环开关器关闭,控制系统再次进入休眠待机状态。压控制工作原理  循环开关器安装有压力传感器,和单片机系统连接,单片机系统下井前设定了阈值压力范围和有效时间段,压力高于阈值压力石油钻采工艺  2012 年 11 月(第 34 卷 )第 6 期102就设定为“高压”,压力低于阈值压力就设定为“低压”;单片机系统定时采集压力传感器接收到的压力信号,通过计算识别判断信号是否有效,然后控制电机的转动[7]。在单片机系统设定的工作时间,如果接收到特定的“低压—高压—低压”,就认为是有效信号,控制电机转动,否则,就认为是无效信号,电机不工作。不同的循环开关器单片机系统设定的工作时间不同,因此,不会发生误操作。为了避免地面压力变动误操作,设置的压力信号不仅有高低压之分,而且还有压力持续时间长短的限制,正常注水过程中压力变化巧合的几率微乎其微,不会发生误操作。由于在设定工作时间接收的压力信号才是有效信号,因此,要对某个循环开关器压控操作,就需要在该循环开关器的设定工作时间,发送“低压—高压—低压”信号,才能够控制循环开关器打开或关闭。动控制系统硬件设计  自动控制系统是循环开关器的核心,设计的液压调控循环开关器控制系统结构见图 3。图 3 循环开关器控制系统结构单片机采用美国 司的低功耗单片机,扩展级的环境温度高达 135 ℃,低速运行时的静态电流 A,休眠状态下的静态电流 50 大限度降低功耗,单片机系统和其他模块优化后,整机静态休眠电流仅 .3 源调理模块为控制系统芯片提供了稳定高效的电源,在高温下稳定工作,本身的功耗小,以免过多地消耗电池电量。时钟电路模块元器件采用国外军品,时钟电路模块能够在预定的时间准时工作,实现循环开关按时间顺序正常工作,每天的时间误差不超过 0.5 s, 25 个月时钟误差不到 7 时压控不会因错过时间而操作失误。电动机电流监测模块监测电动机的运行状态,一方面控制开关的位置,另一方面防止电动机因为超负荷运转引起电流过大、发热过快的情况,从而保护电动机和控制系统电路,避免发生危险情况。压力信息识别采用高温压力传感器,将注水压力信号转换成电信号,并通过压力传感器外围配套电路以及调理电路,将信号转换成标准电信号。采用 A/D 转换电路对调理后的电压信号进行采集,在智能控制系统内部进行压力值的判断,并加以计算处理,以达到对压力信号识别的目的。动控制系统软件设计  液压调控循环开关阀门的开启与关闭、数据存储、堵转电流监测、压力监测、时间设定、休眠等功能,是在硬件的基础上通过编写软件来实现的。当控制系统上电时,首先进行初始化,然后进行当前时间、时序定时时间和压控定时时间设置,设置完毕后,系统进入休眠状态以降低功耗。当时序定时时间到,电机开始转动,打开或关闭阀门开关,并在此过程中检测电机的电流,当检测到的电机电流大于设定阀值时,说明电机进入堵转状态,即开关已到位,电机停转,系统再次进入休眠状态;当压控定时时间到,如果要进行某一层阀门的控制,则进行地面打压,打压生效后,时序控制失效,进入压控控制状态,可根据需要进行打压操作,实现阀门的开启与关闭。地面参数设置系统  地面参数设置系统具有友好的人机交互界面,见图 4,首次开启时间为年月日格式,开启和关闭时间周期可以分别设置为 “3 54 d”。首个开启的开关设置后,之后开启的开关首次开启时间为“前个开关开启时间 + 开启周期”,对于 2 层分注,关闭周期和开启周期相同,对于 3 层分注,关闭周期为其他两个开关的开启周期之和。通过相应的通讯协议,与井下开关控制系统联通,对其进行参数设置和地面数据回放。图 4 环开关器技术参数仪器舱抗外压:60 耐压差:35 耐103马宏伟等:层间自动轮换分层周期注水工艺温:135 ℃;开关周期: 3 54 d;单组电池工作时间: 25 个月;两组电池工作时间: 45 个月;外径:115 径:42 度:1 100 环开关器技术特点( 1)自动工作时间长;( 2)耐温耐压高;( 3)内通径满足流量测试、同位素测试仪器通过要求。3 现场应用 在双河油田进行了 11 口井的现场试验,自动循环周期注水试验 5 口井,自动循环辅助液压控制周期注水试验 6 口井。双 电路板和电池在井下工作时间最长达到 19个月,管柱起出地面后控制、驱动系统仍能正常工作;魏新 31 井工具在井下正常工作时间超过 20 个月。以魏新 31 井为例介绍实施情况。该井为 3 层分层周期注水井,每个层注水周期 1 个月、停注 2 个月,循环开关器的控制系统带压控功能,设置压力阈值 4 制单元时间 5 3 个层的压控时间分别是 9:00—11:00、 13:00—15:00、 16:00—18:00。管柱下井后,油管憋压坐封封隔器,按照设定注水层位三、二、一的开启顺序,进行自动循环分层周期注水。 5 个月后,因生产需要进行压控开关分层周期注水,该井累计实施压控开关工艺 40 次,一次成功 36 次。该井各层单注时注水压力差异较大,开关换向过程中压力变化明显,开关开启、关闭灵活可靠。通过地面压控进行开关开启、关闭操作时,只需要“关—开—关”注水阀门就可实现。具体操作方法为:到了压控时间关闭阀门,使压力下降到 3 下并保持 15 上,然后开启阀门,使压力上升到 5 上保持 4~5 后关闭阀门,使压力下降到 3 下保持 15 上,井下循环开关器就会开启或者关闭。由于地面设置了每个循环开关器的压控时间段,因此,在特定的时间段进行上述压控操作,就可以对相应的循环开关器实施开启或者关闭。4 结论及建议 ( 1)提出了单层交替分层周期注水的方法,利用程序自动控制方法实现了注水井层间自动交替轮换分注,避免了传统的分层注水井钢丝投捞测试遇阻遇卡、水嘴堵塞、井下分层水量不清等问题,适合大斜度、水平井的分段注水。( 2)研制的井下自动循环开关器具备井下长期连续工作的能力,既可以自动开启关闭,又可以通过地面控制注水阀实现液压控制开启关闭,而且工具具有中心通道,满足下入仪器进行同位素检测的需要。( 3)压控操作时对高压、低压持续的时间要求严格,因此需要事先了解注水井注水情况,合理确定压控阈值范围,即使某次的压控操作不成功,通过了解该井层的吸水情况,仍可以在下次压控时间段重复操作进行控制。参考文献: [1]  代亚竑,董 文 龙 ,李 超 ,等 . 双河油田周期注水矿场试验[J]. 河南石油, 2001, 15( 5): 292]  冯瑞林,李仰民,李凤群,等 . 普通稠油油藏周期注水提高水驱效率技术研究与应用[ J]. 石油钻采工艺,2001, 23( 1): 633]  金丽琼,袁里,陈祖华,等 . 周期注水提高采收率研究及矿场应用[J]. 小型油气藏, 2003, 8( 3): 284]  姜泽菊,安申法,于彦,等 . 注水油田转周期注水开发影响因素探讨[J]. 石油钻探技术, 2005, 33( 6): 545]  栾立双 . 敖南油田单层轮换注水试验的认识[ J]. 中国科技纵横, 2010( 19): 251.[6]  潘宏文,王在强,马国良,等 . 油田井下压控开关智能配水技术应用分析[J ] . 石油矿场机械, 2008, 37( 8): 877]  刘明尧,田收,马宏伟,等 . 井下开关压力控制实现方法的研究[J]. 石油机械, 2010, 38( 8): 54修改稿收到日期 2012〔编辑 朱 伟〕
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