CN108868713A - 一种分层流量自学习控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分层流量自学习控制方法，包括在自学习过程和分层流量控制，在自学习过程中建立由电动可调水嘴的嘴前压力P₁、嘴后压力P₂、水嘴位移量x_v和流量Q，组成的网络模型；在分层流量控制中，地面控制单元自动匹配出此时的流量Q，若与设定流量Q₁相差超过设定值，则对电动可调水嘴的水嘴位移量x_v进行调整。本发明通过自学习过程建立网络模型，在测调配注过程中，地面控制系统根据水嘴前后压差自动匹配出合理的分层流量，实现分层流量精确测试与调节，自动均衡注水，减少井下到地面传递数据量，减少井下控制单元耗电，延长使用寿命。同时，降低注水井测调与管理成本，高精度无线远程测调，全面解决井筒条件对测调的限制。

Description

一种分层流量自学习控制方法

技术领域

本发明属于油田精细分层注水技术领域，具体涉及一种分层流量自学习控制方法。

背景技术

我国水驱开发油藏储层非均质性强，分层注水对油田持续高产、稳产起到了重要作用。长庆油田依靠注水开发保持27年5000万吨稳产，目前仍有67％产量来自水驱；胜利油田80％以上产量来自水驱；长庆油田98％以上产量来自水驱。中国石油分层注水技术经过60多年的发展，形成了以固定式、偏心投捞式、桥式偏心、桥式同心与电缆测调为代表的三代分层注水技术，达到了国际领先水平，在支撑油田持续高产稳产、提高水驱采收率等方面发挥了重要作用，分层注水今后仍将是国内油田控水稳油和持续发展的关键技术。

目前分注工艺采用常规机械式原理为主，传统的配水器进行分层注水过程中，如果改变单层的注水量时，需要专业人员、车辆和仪器装备通过投捞或对接的方式改变水嘴规格，工艺复杂，成本高，施工成功率低，对于沼泽、滩海、斜井、水平井等特殊环境，测调工作受环境影响严重。经过长期的注水，在电离作用下，管柱结垢、水嘴诱蚀问题普遍存在，在此条件下，测调工具仪器无法下井，测调前需要提前进行井筒处理，结垢或狂饮严重的井，则无法进行调配作业，影响正常注水，导致冲检等作业的成本增高。投注初期测调稳定困难，测调配注时间长，测调设备、仪器与工具应用成本高。大斜度井、水平井钢丝与电缆作业难度大，测调工作无法进行，分层注水成功率低，只能采取合注方式，不利于油田科学开发。注水过程中，需要及时了解储层的压力与分注动态变化情况，特别是注水出现异常的井更需要及时测压分析，一方面管柱结垢、锈蚀使测压仪器无法下入，另一方面工具密封缺陷等使获取合格资料的难度更大。分层动态监测工作不能正常进行，影响注采效果评价分析。

发明内容

本发明的目的是克服现有配水测调工艺复杂、成功率低，锈蚀或结垢后无法测调，测调稳定时间长，施工成本高，斜井、水平井无法常规测调分注，分层测压难度大，成本高，固定水嘴配注，无法满足分注需要等问题问题，提供一种分层流量自学习控制方法。

本发明提供的技术方案如下：

一种分层流量自学习控制方法，包括以下步骤：

步骤1)自学习过程：在设定配注量下，打开电动可调水嘴，并记录水嘴位移量x_v，在注水过程中，井下控制单元中的井下电子压力计将电动可调水嘴的嘴前压力P₁、嘴后压力P₂发送至地面控制单元，地面控制单元计算得出此时流量Q；

调节电动可调水嘴的水嘴位移量x_v，重复上述过程，地面控制单元根据得到的一系列电动可调水嘴的嘴前压力P₁、嘴后压力P₂、水嘴位移量x_v和流量Q，建立网络模型；

步骤2)分层流量控制：在设定配注量，已知水嘴位移量x_v情况下，在地面控制单元中输入设定流量Q₁，地面控制单元接收到井下电子压力计发送的电动可调水嘴的嘴前压力P₁、嘴后压力P₂，自动匹配出此时的流量Q，并发送至远程控制单元，若Q₁与Q相差超过设定值，则地面控制单元发送指令给井下控制单元，井下控制单元的控制电路发送指令给电动可调水嘴的工作状态定位系统，对电动可调水嘴的水嘴位移量x_v进行调整。

所述电动可调水嘴的嘴前压力P₁、嘴后压力P₂、水嘴位移量x_v与流量Q对应建立的网络模型如下：

式中：Q为流量，m³/d；C_d为速度系数，无因次；w为水嘴面积梯度，m；x_v为可调水嘴位移量，m；ρ为水密度，kg/m³；P₁为嘴前压力，MPa；P₂为嘴后压力，MPa。

所述设定配注量通过地面控制系统的电动调节阀和电动排空阀的开度进行调节。

还包括地面控制单元将地面数据和井下数据传输给远程控制单元，实现控制及监测；所述地面数据包括井口流量、压力以及电动调节阀和电动排空阀的开度，所述井下数据包括井下流量、压力、电动可调水嘴的水嘴位移量x_v。

所述地面控制单元包括地面智能控制电路、数据采集及处理模块、电动调节阀、电子流量计、地面电子压力计、电动排空阀，所述数据采集及处理模块、电动调节阀、电子流量计、地面电子压力计和电动排空阀均与地面智能控制电路电连接。

所述井下控制单元包括井下智能控制电路、工作状态定位系统、井下压力计、电动可调水嘴，所述工作状态定位系统、井下压力计、电动可调水嘴均与井下智能控制电路电连接，所述工作状态定位系统用于限定电动可调水嘴的水嘴位移量x_v。

所述地面控制单元连接在配水阀组或注水井口上，实现单井注水控制及监测。

所述井下控制单元连接在注水井油管上。

本发明的有益效果是：

通过自学习过程建立网络模型，在测调配注过程中，地面控制系统根据水嘴前后压差自动匹配出合理的分层流量，实现分层流量精确测试与调节，自动均衡注水，减少井下到地面传递数据量，减少井下控制单元耗电，延长使用寿命。同时，降低注水井测调与管理成本，高精度无线远程测调，全面解决井筒条件对测调的限制。

下面将结合附图做进一步详细说明。

附图说明

图1是地面控制单元示意图；

图2是井下控制单元示意图；

图3是远程测调方法示意图；

图4是压力波码示意图。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供了一种分层流量自学习控制方法，包括以下步骤：

步骤1)自学习过程：在设定配注量下，打开电动可调水嘴，并记录水嘴位移量x_v，在注水过程中，井下控制单元中的井下电子压力计将电动可调水嘴的嘴前压力P₁、嘴后压力P₂发送至地面控制单元，地面控制单元计算得出此时流量Q；

调节电动可调水嘴的水嘴位移量x_v，重复上述过程，地面控制单元根据得到的一系列电动可调水嘴的嘴前压力P₁、嘴后压力P₂、水嘴位移量x_v和流量Q，建立网络模型；

步骤2)分层流量控制：在设定配注量，已知水嘴位移量x_v情况下，在地面控制单元中输入设定流量Q₁，地面控制单元接收到井下电子压力计发送的电动可调水嘴的嘴前压力P₁、嘴后压力P₂，自动匹配出此时的流量Q，并发送至远程控制单元，若Q₁与Q相差超过设定值，则地面控制单元发送指令给井下控制单元，井下控制单元的控制电路发送指令给电动可调水嘴的工作状态定位系统，对电动可调水嘴的水嘴位移量x_v进行调整。

通过自学习过程建立网络模型，在测调配注过程中，地面控制系统根据水嘴前后压差自动匹配出合理的分层流量，实现分层流量精确测试与调节，自动均衡注水，减少井下到地面传递数据量，减少井下控制单元耗电，延长使用寿命。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种分层流量自学习控制方法，所述电动可调水嘴的嘴前压力P₁、嘴后压力P₂、水嘴位移量 x_v与流量Q对应建立的网络模型如下：

式中：Q为流量，m³/d；C_d为速度系数，无因次；w为水嘴面积梯度，m；x_v为可调水嘴位移量，m；ρ为水密度，kg/m³；P₁为嘴前压力，MPa；P₂为嘴后压力，MPa。

模型的建立过程：P₁、P₂为井下电子压力计直接测试得出，x_v为可调水嘴位移量，是测调时井下控制单元控制结果，w为水嘴面积梯度，ρ为水密度为已知量，因此流量Q是可以得出的。测试过程中，P₁、P₂、x_v是在变化的，因此Q流量也是变化的，为了达到分层配注量要求，就要不断调节x_v可调水嘴位移量，不断测试P₁嘴前压力、P₂嘴后压力，进而得出Q流量，通过大量测试，得出大量数据。后期自动测试过程中，只需反馈P₁嘴前压力、P₂嘴后压力，地面控制单元应用人工智能理论，自动匹配出合理的分层流量，并上传到远程控制单元，减少井下到地面传递数据量，减少井下控制单元耗电，延长使用寿命。

实施例3：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种分层流量自学习控制方法，所述设定配注量通过地面控制系统的电动调节阀和电动排空阀的开度进行调节。

还包括地面控制单元将地面数据和井下数据传输给远程控制单元，实现控制及监测；所述地面数据包括井口流量、压力以及电动调节阀和电动排空阀的开度，所述井下数据包括井下流量、压力、电动可调水嘴的水嘴位移量x_v。

所述地面控制单元包括地面智能控制电路、数据采集及处理模块、电动调节阀、电子流量计、地面电子压力计、电动排空阀，所述数据采集及处理模块、电动调节阀、电子流量计、地面电子压力计和电动排空阀均与地面智能控制电路电连接。如图1所示。

地面控制单元的功能包括井口流量、压力数据采集与传送，井口控制指令接收与执行，电动阀及排空阀开度状态的控制，井下流量、压力数据的接收与传送及井下配水器的电动调节水嘴控制指令转码发送。

所述井下控制单元包括井下智能控制电路、工作状态定位系统、井下压力计、电动可调水嘴，所述工作状态定位系统、井下压力计、电动可调水嘴均与井下智能控制电路电连接，所述工作状态定位系统用于限定电动可调水嘴的水嘴位移量x_v。如图2所示。

井下控制单元的功能包括井下分层压力、流量数据采集与传送，井下分层流量自动智能控制，按指令调整电动可调水嘴的开度。

所述地面控制单元连接在配水阀组或注水井口上，实现单井注水控制及监测。

所述井下控制单元连接在注水井油管上。通过封隔器将不同注水层段隔开，通过连接在注水井油管上的井下控制单元实现井下分层注水及自动控制。

如图3所示，通过远程控制单元、地面控制单元、井下控制单元实现分层流量的自动测调及动态监测。

远程控制单元通过通讯信号线发送指令给地面控制单元，地面控制单元接收指令后，通过通讯信号线控制电动调节阀，电动排空阀，通过两个阀的开关建立注水管柱内液体压力波动形成压力波码，井下控制单元通过井下电子压力计检测到压力波码后，解析压力波码为可执行命令，然后控制电动可调水嘴调节水量大小，并通过工作状态定位系统限定水嘴调节幅度。

井下控制单元中的井下控制电路发送指令，电动可调水嘴执行开度调节指令，从而建立注水管柱内液体压力波动，地面控制单元电子压力计检测到压力波动，并转化为可识别代码，显示井下注水数据，同时地面控制单元通过通讯信号线将地面数据和井下数据同步传输给远程控制单元，实现控制及监测闭环系统。

实施例4：

在前述实施例的基础上，以两层分注井为例，说明分层流量测调过程：

1、试注

试注的目的主要是大流量注入，使地层压力得到一定的恢复，同时在试注过程中，观察注入压力、注入流量变化时间、注入相对稳定时间等参数，为下步测调提供依据。通常试注需要2-3天时间，压力波动大的井需要的时间会更长，试注时，采取多层合注方式进行，将各层的配水器全部开至全开状态，用地面控制单元的恒流控制，将总注入量控制在设计总注入量的120-140％。在此阶段，要及时观察分析注入状态，并记录每天的流量变化比和压力变化比，以确定相对稳定时间。目的是是测试压力与流量的敏感性，同时为后续网络模型建立提供参考。

流量变化比＝(起始点总流量-末点总流量)/起始点总流量

压力变化比＝(末点注入压力-起始注入压力)/起始注入压力

该压力变化比是参考值，该方法为了确保控制码的解码率，要保证压力变化在0.5MPa以上。

2、确定配注压力

配注压力是测调配注时，各层配注量对应压力的基准值，必须合理取值，值太低可能导致地层达不到配注量，值过高则可能造成二次测调的周期短，造成多次测调而增加配水器耗电，减小配水器工作时间。在测调前确定配注压力的方法是：配注压力必须大于各层最低注入启动压力值，低于流程供水压力。到底低多少合适，需要根据试注情况确定。方法是依据试注时，流量变化比在5-8％时的压力量大小与时间确定，为了保证控制码解码率，波形可靠识别，压降时间要在 30min以内。首先计算平均压力变化量和平均流量变化量。

平均压力变化量＝(未点注入压力-起始注入压力)/总时间(天)

平均流量变化量＝(起始总流量-未点总流量)/总时间(天)

配注压力根据试注平均压力变化量确定。

平均压力变化量为0.05-0.1MPa，取12％

平均压力变化量为0.1-0.12MPa，取16％

平均压力变化量为0.12-0.15MPa，取20％

平均压力变化量大于0.15MPa，取22％

例：某井流程压力为13MPa，试注3天后的平均流量变化量达到 6.2％，平均压力变化量为0.11MPa，则配注时的注入压力为：

13-13*0.16＝10.92MPa(0.8以上取整数11MPa)

3、测调配注方法

根据各层的设计配注量，首先从最低配注层开始配注，测调时依据地面流量计的流量，采取加法原则(配注量依次增加)进行测调。方法为：

关闭其它层，保持最低配注层开启，发指令控制水嘴至流量大于配注量3-5％为合格(地面恒压至配注压力观察2小时以上)。记录该层的实际配注量。之后打开第二低配层，发指令控制水嘴至流量大于配注量3-5％为合格(地面恒压至配注压力观察2小时以上，该层配注量＝总流量-第一层流量)，依据此方法完成其它层的测调。

4、测调打码

分层流量自学习控制方法通过地面控制单元控制系统来水情况，电动调节阀开度增加，系统压力增加，关闭后，系统压力稳定，通过电动排空阀调节，将降低注水井系统压力，采用反复开关地面控制器及测调阀门，改变高压井系统压力，建立密闭系统压力波码的传递。

配水器在接收到指令后2分钟会执行相应的操作，这是判断配水器指令执行情况的基本依据，同时要结合配水器的结构、注入量和工作原理综合分析，测调过程中，分析配水器是否正确执行控制指令，主要要依据以下的内容进行：

指令发送完成后30分钟，水量有无变化。控制指令为9组(5 高4低，如图4所示)，现场测调时，要及时观察最后一组指令发送后的流量变化。由于受到指令发送时对井筒压力系统的干扰，初始的流量变化不能为水量变化的依据，必须以30分钟后的流量为分析依据。

指令发送完成后2分钟，指令执行显示是否明显。通过观察最后一组指令发送后2分钟是时的压力与流量变化来分析配水器的执行情况。配水器的设置方式不同，执行指令后的操作显示也完全不同，必须在下井前就要清楚配水器的设置。如果是步进式的配水器，则完全依据水量的增减波峰来区分，如果是归位式配水器，则会有下降再上升的波峰指示。而两种的波峰大小与单层水量是相关的。

5、若为多层分注井，按照上述方法依次类推即可完成。

在配水器的应用中，经常可能因地层吸水很差、水嘴堵塞、水嘴卡阻等原因，导致了我们无法通过流量曲线来确定是由于其它原因，还是配水器出现故障导致的结果，要排除配水器的影响，就要诊断配水器是否正常工作，根据配水器的结构原理，判断的方法只有通过回传数据来分析配水器是否工作。因为在回传数据时，配水器需要通过水嘴的变化来干扰井筒压力与流量，如果能够正常工作，则会引起井筒的压力与流量变化，但这也不是唯一方法。层间流量比和单层的水量也会影响到数据回传的干扰波，因此，要综合分析。

在本发明中，远程控制单元、地面智能控制电路、井下智能控制电路均为现有技术。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (8)

1.一种分层流量自学习控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)自学习过程：在设定配注量下，打开电动可调水嘴，并记录水嘴位移量x_v，在注水过程中，井下控制单元中的井下电子压力计将电动可调水嘴的嘴前压力P₁、嘴后压力P₂发送至地面控制单元，地面控制单元计算得出此时流量Q；

调节电动可调水嘴的水嘴位移量x_v，重复上述过程，地面控制单元根据得到的一系列电动可调水嘴的嘴前压力P₁、嘴后压力P₂、水嘴位移量x_v和流量Q，建立网络模型；

步骤2)分层流量控制：在设定配注量，已知水嘴位移量x_v情况下，在地面控制单元中输入设定流量Q₁，地面控制单元接收到井下电子压力计发送的电动可调水嘴的嘴前压力P₁、嘴后压力P₂，自动匹配出此时的流量Q，并发送至远程控制单元，若Q₁与Q相差超过设定值，则地面控制单元发送指令给井下控制单元，井下控制单元的控制电路发送指令给电动可调水嘴的工作状态定位系统，对电动可调水嘴的水嘴位移量x_v进行调整。

2.根据权利要求1所述的一种分层流量自学习控制方法，其特征在于：所述电动可调水嘴的嘴前压力P₁、嘴后压力P₂、水嘴位移量x_v与流量Q对应建立的网络模型如下：

式中：Q为流量，m³/d；C_d为速度系数，无因次；w为水嘴面积梯度，m；x_v为可调水嘴位移量，m；ρ为水密度，kg/m³；P₁为嘴前压力，MPa；P₂为嘴后压力，MPa。

3.根据权利要求1所述的一种分层流量自学习控制方法，其特征在于：所述设定配注量通过地面控制系统的电动调节阀和电动排空阀的开度进行调节。

4.根据权利要求3所述的一种分层流量自学习控制方法，其特征在于：还包括地面控制单元将地面数据和井下数据传输给远程控制单元，实现控制及监测；所述地面数据包括井口流量、压力以及电动调节阀和电动排空阀的开度，所述井下数据包括井下流量、压力、电动可调水嘴的水嘴位移量x_v。

5.根据权利要求1所述的一种分层流量自学习控制方法，其特征在于：所述地面控制单元包括地面智能控制电路、数据采集及处理模块、电动调节阀、电子流量计、地面电子压力计、电动排空阀，所述数据采集及处理模块、电动调节阀、电子流量计、地面电子压力计和电动排空阀均与地面智能控制电路电连接。

6.根据权利要求1所述的一种分层流量自学习控制方法，其特征在于：所述井下控制单元包括井下智能控制电路、工作状态定位系统、井下压力计、电动可调水嘴，所述工作状态定位系统、井下压力计、电动可调水嘴均与井下智能控制电路电连接，所述工作状态定位系统用于限定电动可调水嘴的水嘴位移量x_v。

7.根据权利要求1所述的一种分层流量自学习控制方法，其特征在于：所述地面控制单元连接在配水阀组或注水井口上，实现单井注水控制及监测。

8.根据权利要求1所述的一种分层流量自学习控制方法，其特征在于：所述井下控制单元连接在注水井油管上。