智能测调分注系统技术交流资料

第二代开度可调式配水水嘴、 第三代电缆式全自动井下测调 测调一体化井下测调仪、地 配注器 面控制器等
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
每次测调地层配注量时，需 无需投捞作业和水嘴对接 要对接水嘴，水平井、斜井、 大斜度井投捞对接难度大 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 无法长期累计变化监测 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 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 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 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
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。
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
目
录
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
一、概述 1. 油田注水工艺发展 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。
项目研究具体内容和难点
（四）、井下配套工具
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
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。
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。
长期累计 变化监测 自动测调
无法自动测调
无法自动测调
配注精确 度
配注精确度低
配注精确度较低
一、概述 3.智能测调分注系统
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
封隔器 井下配水器工作筒
度、注水压力和地层压力。
地面控制器
项目研究具体内容和难点
㈠ 、地面测控系统
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。
单层流量测量范围
单层流量调节范围 最多串连仪器数 工作电压和工作电流 最大传输距离 最高调控压差
（0～400）方/天
8
精度2％，量程可选
0-30(101),15-150(102),40-400(103)方/天 （60～70）VDC/44mA 5000米（Φ5.6mm双层铠装电缆） 20MPa（2901psi）
项目研究具体内容和难点Leabharlann Baidu
（二）、密封部分
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、井下配水器技术指标
端螺纹（上端/下端） 端电缆头（上端/下端） 端连接器（上端/下端） TBG2 7/8″平式 Φ5.6mm、Φ8.0mm双层铠装电缆 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
额定工作电压 输出电流范围 输出电压范围 自动测调最小调节间隔 最小采样间隔
㈠地面测控系统 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 1、电缆扶正器 2、电缆保护卡
㈡密封部分
㈢井下测调配水器
㈣井下配套工具
二、井下配水器技术指标
配水器外径 配水器内部通径 配水器长度 最高工作温度 最高工作压力 有效工作时间 压力测量范围 温度测量范围 Φ114mm Φ46mm 1900mm 150℃（297℉） 60MPa（8702psi） 3年 （0～60）MPa （0～150）℃ 精度0.1%FS 精度±0.5℃
– 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。
项目研究具体内容和难点
㈠ 、地面测控系统
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℃。
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
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
功能性组件－压差流量计工作原理：
l D d s
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。
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。
3年
220VAC±10%/50Hz （0～1）A （60～130）VDC 1天 4秒
三、性能特点
– 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。
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。
压差流量计的优点是结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长。
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。
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。
一、概述
4.工作原理
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。
系统结构示意图
一、概述
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
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
适用井况 投捞作业 水嘴对接 实时监测 主要适用于直井，而且水 质较好的井 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 不能实时监测地层压力、 温度、配注量等数据的变 化 无法长期累计变化监测