一种油田分层注水流量测试与调整方法.pdf

一种油田分层注水流量测试与调整方法。主要解决现有的油田注水井所采用的分层注水调试方法中存在的测试合格率较低、测调时间较长、测调效率低的不足。其特征在于：将流量测调仪下放，与偏心配水器偏孔内的流量可调式堵塞器对接，而后流量测调仪中的电磁流量计测得实际流量后将测量结果通过控制电缆上传至地面控制系统，地面控制系统将接收到的测量信号与该层的设定注水量信号进行比较，如果不相符，则向流量测调仪发出调整注水量的控制指令，流量测调仪通过与堵塞器对接的对接头带动堵塞器上用来调整出水口大小的调节杆，进而达到调整注水量的目的。具有测试精度高、测调时间短的特点。

1、  一种油田分层注水流量测试与调整方法，其特征在于：
(1)将可调式堵塞器投入到主体上具有两个桥式通孔的偏心配水器的偏孔内；
(2)利用绞车上的电缆将流量测调仪下放，与偏心配水器偏孔内的流量可调式堵塞器对接；
(3)流量测调仪中的电磁流量计测得实际流量后将测量结果通过控制电缆上传至地面控制系统；
(4)地面控制系统将接收到的测量信号与该层的设定注水量信号进行比较，如果不相符，则发出调整注水量的控制指令；
(5)由地面控制系统发出的控制指令通过电缆传递至流量测调仪，驱动其控制调节杆的电动机旋转，进而使流量可调式堵塞器的上下调节杆转动，改变流量可调式堵塞器可调水嘴的开口大小，实现流量的调整；
(6)将流量测调仪从已测量、调试完的层段上提后，通过地面控制系统发出指令将测调仪的弹出收放机构收回，使测调仪从流量可调式堵塞器中弹出，进入下一层段进行测试；
(7)逐层测试调节，直至达到地质配注方案要求的水量。

一种油田分层注水流量测试与调整方法
技术领域：
本发明涉及油田采油领域中所用的一种方法，尤其是涉及一种在采油过程中测试调节地层注水量的方法。
背景技术：
目前油田进行分层注水通常所采用的方法为：利用存储式涡轮流量计作为常规分层流量测试井下流量计，然后通过地面回放读取流量数据，根据流量结果决定是否需要进行注水量调节；决定进行注水量调节时，首先需要将井下堵塞器取出，更换上可能符合要求的水嘴，然后将该堵塞器下入偏心配水分注管柱中，重新测量注水量，如果相符则不再调整水嘴，如果不相符，则需要重新调整水嘴，依此类推，直至符合地质配注方案的要求。使用这种方法，存在着两大缺陷，首先，在这种方法下，必须采用递减法计算流量，测试过程由最下层流量开始依次往上测量，直到所有的层测试结束。递减法主要原理是：假设注水井M分四个层段注水，从井口到井下层段序号依次是层1、层2、层3、层4。测试过程依次由层4、层3、层2、层1。假设流量计测得的流量大小为Q_流。那么，各层的实际流量则依次为Q_层4＝Q_流，Q_层3＝Q_流-Q_层4，Q_层2＝Q_流-Q_层3-Q_层4，Q_层1＝Q_流-Q_层2-Q_层3-Q_层4。由于存在层间干扰，因此这种计算方法不可避免地造成测试合格率较低，测调时间较长；其次，在这种方法下，需要进行水量调整时必须首先捞出井下堵塞器，根据水量大小，人为选择更换陶瓷水嘴，然后，将更换陶瓷水嘴后的堵塞器再投入到相应的偏孔内，继续进行测量，直至达到满足地质方案要求的注水量，这样就使得对注水井的测调时间过长，极大的影响了油田的测调效率。应用这种方法，杏北油田平均单井测调时间已达到4至5天，因此，效率较低。
发明内容：
为了克服现有的油田注水井所采用的分层注水调试方法中存在的测试合格率较低、测调时间较长、测调效率低的不足，本发明提供一种可以在测试注水量的同时即进行水量调整的分层注水调试方法，该种测调联动分层流量测试方法具有测试精度高、测调时间短的特点。
本发明的技术方案是：该方法由下述步骤组成：
(1)将主要由调节机构、钢球锁定机构、滤网、稳流以及陶瓷可调水嘴构成的流量可调式堵塞器投入到主体上具有两个桥式通孔的偏心配水器的偏孔内；
(2)利用绞车上的电缆将主要由电磁流量计和双盘根测试密封段等组成的流量测调仪与偏心配水器偏孔内的流量可调式堵塞器对接；
(3)流量测调仪中的电磁流量计测得实际流量后将测量结果通过控制电缆上传至地面控制系统；
(4)地面控制系统将接收到的测量信号与该层的设定注水量信号进行比较，如果不相符，则发出调整注水量的控制指令；
(5)由地面控制系统发出的控制指令通过电缆传递至流量测调仪，驱动其控制调节杆的电动机旋转，进而使可调式堵塞器上的上下调节杆转动，改变可调水嘴的大小，实现流量的调整；
(6)将流量测调仪从已测量、调试完的层段上提后，通过地面控制系统发出指令将测调仪的弹出收放机构收回，使测调仪从流量可调式堵塞器中弹出，进入下一层段进行测试可调式堵塞器中弹出，进入下一地层进行测试；
(7)逐层测试调节，直至达到地质配注方案要求的水量。
本发明具有如下有益效果：由于采取上述方案进行注水井的注水量调节时，可以在单层获得精确水量，然后由地面系统控制实时调整注水量，实现了单层测试、调整，无需再利用分层计算的方法计算注水量，解决了递减法测试所产生的误差，因此实现了井下分层注水量的动态调整，提高了测试精度；此外，利用该种方法无需将井下堵塞器取出即可完成注水量的调整，因此避免了频繁取出堵塞器更换水嘴的工作，降低了工人的劳动强度，提高了注水井的测调效率。
附图说明：
附图1是应用本发明进行工作时的示意图；
附图2是本发明中所应用到的流量测调仪的结构简图；
附图3是本发明中所应用到的可调式堵塞器的结构剖视图；
附图4是本发明中所应用到的地面控制系统中的地面控制箱电气原理图；
附图5是本发明中所应用到的地面控制系统中的控制线路板电气原理图一；
附图6是本发明中所应用到的地面控制系统中的控制线路板电气原理图二。
图中1-外套，2-上调节杆，3-槽，4-槽，5-阶台，6-键槽，7-弹簧，8-开口，9-滑块，10-螺套，11-螺旋轴，12-挡套，13-弹簧，14-电缆头接头，15-直流电动机，16-万向联轴器，17-收放机构，18-堵塞器对接头，19-水流出口，20-电磁流量计，21-水流通道，22-导向机构，23-连接支架，24-双盘根测试密封段，S1-可编程序控制器，S2-变压器，S3-数字量输出模块，S4-脉冲计数模块，S5-井下测井仪器控制线路板，S6-RS232/RS485通讯协议模块。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
附图1是应用本发明进行工作时的示意图，从图中可以看出所涉及到的仪器可分为两个大部分：地面仪器和井下仪器。其中，地面仪器完成对井下仪器的供电控制、上传信号的处理与采集和与井下仪器的通讯；井下仪器完成测调功能，是整个系统的核心。
在进行油田分层注水流量测试与调整时，首先将可调式堵塞器投入到主体上具有两个桥式通孔的偏心配水器的偏孔内。在这里，管柱部分主要由Y341-114MS封隔器和665-6偏心配水器以及球座等组成。665-6偏心配水器与常规使用的665-2偏心配水器的区别在于665-6偏心配水器主体上开有两个桥式通孔，它可以实现流量单卡测试，而不影响其他层段正常注水，从而，可以大大降低层间干扰。流量可调式堵塞器的结构剖视图如图3所示，该流量可调式堵塞器包括外套1、上调节杆2及螺套10，外套1外表面上端有两对应L形槽3，槽3下环形凹槽4，外套1下端有双阶台5，上调节杆2上端圆锥表面有三个键槽6，键槽6方便与测试仪连接，槽3起锁定作用，阶台5能够使外套1与滑套滑动连接；上调节杆2下端连有滑块9，滑块9孔内置有弹簧7，滑块9下端带有开口8，开口8内卡套有上部为矩形的螺旋轴11，螺旋轴11下端通过螺纹连有螺套10，螺旋轴11外依次卡套有挡套12及弹簧13，这样可将动力传输给动、静阀，当转动上调杆2时带动螺套10，螺套10带动动阀转动，使得动阀地过水孔与静阀的过水孔相对应。
将可调式堵塞器投入到主体上具有两个桥式通孔的偏心配水器的偏孔内后，利用绞车上的电缆将主要由电磁流量计和双盘根测试密封段等组成的流量测调仪与偏心配水器偏孔内的流量可调式堵塞器对接。如图2所示为流量测调仪的结构简图，由图中可以看出，该种油田分层注水用流量测调仪，井下测量仪器部分包括电缆头接头14、直流电动机15、万向联轴器16、电磁流量计20以及收放机构17、堵塞器对接头18以及导向机构22，这些部件的结构、具体连接方式以及各自的所完成的功能如下：
电缆头接头14与直流电动机15上的电缆连接端相连，直流电动机15的机身固定于流量测调仪的空心连接支架23之上，万向联轴器16的中轴固定于直流电动机15的传动轴下端，万向联轴器16下端的转动轴则与堵塞器对接头18的上端转动轴相联接。
收放机构17是由两根“L”形钢杆所构成，其中的两个短杆端分别连接于堵塞器对接头18的支架上，其连接方式为转动连接，其中的两个长杆端分别连接至所述流量测调仪的连接支架23上的上下两端，其连接方式为转动连接。
当直流电动机15在地面控制系统所发出的控制信号的作用下开始顺时针转动时，万向联轴器16在来自于直流电动机15的轴上的转动力矩作用下开始作同向转动，在这个转动力的作用下，堵塞器对接头18沿收放机构17上的转动点被向外拉出。
电磁流量计20通过如图所示的两个双盘根测试密封段24固定于连接支架23的下端，其中水流出口19的作用在于可以与堵塞器上的水流入口相接，使得经过水流通道21的水可以通过堵塞器进入目的地层。导向机构22主要是由一个开有定位滑动凹槽的钢杆构成，其通过转动连接固定于电磁流量计20的下端，井下可调式堵塞器的导向杆可沿其内的定位滑动凹槽沿直线滑动，它的作用就是为井下可调式堵塞器定位，以确保测调仪上的堵塞器对接头18可与可调式堵塞器上的带有键槽6的水量调节杆实现准确对接。
在具体使用时，首先将本油田分层注水用流量测调仪与地面控制设备进行正确连接，即将动力电缆通过电缆头接头14中的部分导线连接至直流电动机15，将电磁流量计的测量信号也通过电缆头接头14中的部分输出电缆上传，此配置的目的是实现实时检测分层注水量，并通过电缆将测量信号传输至地面控制系统，与地质配注方案所要求的数值进行比较后，输出控制信号，该控制信号可以控制直流电动机15旋转。当直流电动机15顺时针旋转时，收放机构17开始缓慢被拉动后弹出，直至堵塞器上调节杆的键槽6进入测调仪上的堵塞器对接头18中。这时直流电动机将在来自于地面控制信号的作用下开始带动井下可调式堵塞器上调节杆逆时针旋转，由于井下可调式堵塞器上调节杆控制堵塞器内阀门的开启程度，所以至此就可以实现分层注水流量的动态控制。
在将流量测调仪与已位于偏心配水器偏孔内的流量可调式堵塞器对接后，由地面控制系统控制流量测调仪中的电磁流量计测得实际流量后将测量结果通过控制电缆再上传至地面控制系统；地面控制系统将接收到的测量信号与该层的设定注水量信号进行比较，如果不相符，则发出调整注水量的控制指令。在这里地面控制系统，如图1中所示，主要指地面仪器部分。地面控制系统根据井下仪器的工作要求给井下仪器供电，井下仪器被供电后，测调控制线路会根据位置传感器的信号和供电的极性来决定井下仪器的动作，即仪器收放、流量测量还是调节。如果是仪器收放和流量调节，则电机会执行相应的动作。如果是流量测量，地面仪器会发出流量、压力、温度测量相应的通讯信号，单片机部分根据通讯信号开通相应的通道，来测量流量、温度和压力，同时调制和传输部分完成信号的调制和传输，把信号传到地面。地面仪器接收井下仪器的信号，对信号进行处理，并上传到便携机显示。
图4是本发明中所应用到的地面控制系统中的地面控制箱电气原理图，外部交流电源220V从地面控制箱面板上五芯孔航空插座引脚CZ1-1、CZ1-2输入控制箱。输入的交流电源经地面控制箱面板上的电源按钮AN、保险丝FU，接至电源变压器B。
电源变压器S2起能量转换及隔离作用。它将交流220V变换为6组交流28V、2组交流12V送至地面控制箱中的控制线路板S3。RS-232-＞RS-485模块S6为在RS-485通讯方式和计算机的RS-232通讯方式间起协议转换作用。其协议转换自动完成对用户完全透明。数字量输出模块S3在单片机S1内部控制软件与地面控制箱中的控制线路板S5间起输出信号控制作用。经控制线路板S5实现弱电对强电的控制。计数器模块S4在计算机内部控制软件与地面控制箱中的控制线路板间起脉冲信号计数作用。井下测调仪实时测量的流量、温度、压力等井下参数都以量化的脉冲信号存在，它们是以一定量的脉冲信号对应一定的流量而传送至地面控制系统中。该模块对量化的脉冲信号进行计数，即可得井下实时测量的流量、温度、压力等参数值。图5、图6为本发明中所应用到的地面控制系统中的控制线路板电气原理图，其中三个整流单元中有6个整流桥堆，将电源变压器输入的交流电压整流为脉动的直流电压，再经后端的大容量电解电容滤波，变换为平滑的直流电压，此电压在稳压集成电路的作用下，输出为直流30V电压。图中‘D’、‘E’间的电压为30V，‘E’、‘F’间的电压为30V，‘F’、‘CK’间的电压为30V。T4-T6为外部可调式稳压集成电路，图中‘P1’、‘P2’、‘P3’是各个可调式稳压块的外接可调电阻。改变可调电阻，T4、T5、T6的‘3’端输出电压0～30V。RL5-RL7为电压选择继电器，通过‘CH8-7’、‘CH8-8’端输入低电平有效的控制信号，将各端不同的电压接入叠加电路中。图中‘D’、‘E’、‘F’、‘CK’组成电压叠加电路。K1-K3为电压选择开关，通过选择，地面控制箱可输出0～30V、30V～60V、60V～90V、90V～120V等各种不同的电压。‘K1’选择输出‘METER’为电机供电，‘K2’选择输出‘FLOW’为流量计供电，‘K3’选择输出‘PRESS’为压力计供电。RL3、RL4为输出电压选择继电器，通过‘CH8-7’、‘CH8-8’端输入低电平有效的控制信号，选择输出‘METER’、‘FLOW’或‘PRESS’电压。RL2为输出反向继电器，通过‘CH8-8’端输入低电平有效的控制信号，输出电压反向。井下测调仪调节流量部分采用了直流电机，调节流量大小，对应于直流电机的正反转。RL1为输出电压控制继电器，通过‘CH8-4’端输入低电平有效的控制信号，控制是否输出电压。B7、B8为整流桥堆，将电源变压器输入的交流电压整流为脉动的直流电压，再经后端的大容量电解电容滤波，变换为平滑的直流电压。此直流电压作为控制线路板上控制线路电源，包括集成电路、继电器等。CH2-5端接井下测调仪的上传信号，采用电容耦合方式采集信号，集成电路U1为运算放大器将输入信号放大10倍送至集成电路U2即比较器的正向输入端，同时集成电路U2比较器的反向输入端接正比于输入信号幅值的直流电压。集成电路U2比较器起信号整形作用，输出的信号接计数模块S4。
由地面控制系统发出的控制指令通过电缆传递至流量测调仪，驱动其控制调节杆的电动机旋转，进而使流量测调仪上的上下调节杆转动，改变堵塞器可调水嘴的大小，实现流量的调整。
此后，将流量测调仪从已测量、调试完的层段上提，通过指令将测调仪的弹出收放机构收回，即将测调仪从可调式堵塞器中弹出，进入下一层段进行测试；继而逐层测试调节，直至达到地质配注方案要求的水量。
在本技术方案中，对测调仪的操作具体说明如下：
首先在油管里将测调仪弹开，这时，地面仪器反向供电，电机正转，直至打开。
然后将测调仪坐封后，测调仪开始进行流量调节，这时地面仪器反向供电，电机正转，调节流量。
流量调节完毕后，测调仪收起，仪器收起必须在油管里进行，这时仪器正向供电，位置传感器控制电机反转线路工作，当仪器收起后，位置传感器会控制供电线路自动切换到测量线路工作状态。
仪器温度测量：仪器坐封后，仪器正向供电，位置传感器控制仪器线路工作在测量状态，地面仪器发温度测量信号，井下仪器接收到信号后，开通温度测量通道，开始测量流量。
仪器压力测量：仪器坐封后，仪器正向供电，位置传感器控制仪器线路工作在测量状态，地面仪器发压力测量信号，井下仪器接收到信号后，开通压力测量通道，开始测量压力。
仪器流量测量：仪器坐封后，仪器正向供电，位置传感器控制仪器线路工作在测量状态，地面仪器发流量测量信号，井下仪器接收到信号后，开通流量测量通道，开始测量流量。
采取本技术方案，进行油田分层注水时，可通过电磁流量计实时检测分层注水量，并通过电缆将测量信号传输至地面控制系统，与地质配注方案所要求的数值进行比较后，输出控制信号，该控制信号控制直流电动机旋转，进而控制井下可调式堵塞器内阀门的开启程度，即实现了分层注水量的动态调整，缩短了测调时间，提高了测调效率，降低了测试操作工人的劳动强度；此外，利用本技术方案，无须再采用递减法计算分层流量，减少了测量误差，提高了资料的合格率和准确率。