一种缆控分注井注水智能优化控制方法技术

本发明专利技术提供一种缆控分注井注水智能优化控制方法，在同一井筒注水压力系统下，基于当前各层实时流量的监测，利用判定公式和预设的注水合格率对注水井各层当日/当月注水达标情况进行预测，并根据预测结果智能优化调节各注水层单层注水量的过程；对注水层的优化调节控制，利用智能测算系统进行流体动力学数值模拟(CFD)计算，求取关键参数流量系数，再利用流体力学公式，以各层平稳注水、注水达标、整体井筒注水效率最大化为目标，综合水嘴压力损失最小化，求取各层最优注水量和最佳水嘴开度值，通过智能调配器自动调节水嘴开度进行注水满足优化各注水层位注水量需求。实现了对注水全过程进行实时监测、预测、评估和优化控制下平稳有效注水。有效注水。有效注水。

【技术实现步骤摘要】
一种缆控分注井注水智能优化控制方法


[0001]本专利技术涉及分层智能注水
，更具体地说涉及一种缆控分注井注水智能优化控制方法。

技术介绍

[0002]常规的智能分层注水技术虽然能够实时远程监控注水情况，调节水嘴开度，实现恒流注水，但是一口注水井每层的配水量、吸水指数均不同，分层的配水量通过人工录入后，各层的实际注水量会受到其它层注水工况的影响，存在分层注水效果不均衡、整井注水效率低等问题，缺乏实时智能优化控制。主要存在如下问题：
[0003](1)通过人工监测检查对比实时监测数据与配注数据的方式发现问题，存在问题反馈不及时、问题解决不及时，甚至错过问题解决的最佳时机，造成不稳定注水或更糟糕情况的发生。当前人工监测检查实际注水情况是否符合配注要求，是否合格，存在判定误差、偏主观、工作量大等问题。
[0004](2)多层分注时，缺乏自动计算和模拟，无法预料某一次的注水调节是否对其它注水层造成的影响，缺乏一个整体实时评价机制。
[0005](3)在进行分层注水调配时，人工干预操作水嘴开度，很难实现最优调节，对注水量大小也很难实现最优化控制。
[0006](4)通过人工测算进行注水达标评估和调整的方式方法，存在测算过程复杂、耗时长、难度大，考虑因素不全面，误差大等问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术克服了现有技术中的不足，现有的智能分层注水技术存在判定误差、偏主观、工作量大、缺乏整体实时评价机制、难以实现最优化控制、测算过程复杂、耗时长、难度大、考虑因素不全面等问题，提供了一种缆控分注井注水智能优化控制方法，本方法基于对注水井各层当前实时流量监测，预测各注水层当日/当月注水达标情况，基于预测的具体情况决定是否需要调节注水量，然后根据智能测算进行计算模拟、预测，以各层平稳注水、注水达标、整体井筒注水效率最大化为目标，求得注水井各层的最优注水量和最佳水嘴开度值，调配器根据计算结果自动调节至对应水嘴开度进行注水。本方法主要通过计算机系统智能测算注水结果、动态优化各层注水量实现对缆控分注井注水智能优化控制。
[0008]本专利技术的目的通过下述技术方案予以实现。
[0009]一种缆控分注井注水智能优化控制方法，按照下述步骤进行：
[0010]S1:选取日度注水合格率和月度注水合格率作为注水效果评价指标，针对当前注水井的实时注水情况，预测当日度、当月度注水的达标情况进行评价；
[0011]①
单层注水合格率评价标准：
[0012]单层日度注水合格率：
[0013]单层月度注水合格率：式中，i为当月天数；
[0014]其中，单层实测的日注水量误差在
±
20％以内，即为配注合格；
[0015]②
分层注水合格率评价标准：
[0016]分层注水合格率——分为分层检配合格率、分层调配合格率；
[0017]分层检配合格率——分层检配合格率是指分注井在投捞调配初期流量测试时，测得的注入地层水量达到地质配注的合格层数占分注井总测试层数的比值，其公式为：
[0018][0019]式中：f
s
—分层检配合格率，％；
[0020]s
s
—测试时单层配注合格层数，层；
[0021]s
z
—应测试分注总层数，层；
[0022]s
p
—计划停注层数，层；
[0023]分层调配合格率——分层调配合格率是指投捞调配后注入地层水量达到地质配注要求的层段数与油田分注井实际注水总层段数的比值；
[0024]其中，分层调配合格与否的标准是：当单层地质配注量大于15m3/d，实际日注水量误差在
±
10％以内，即为单层配注合格；当单层地质配注量小于或等于15m3/d，实际日注水量误差在
±
15％以内，即为单层配注合格；由于按规定调配后的小层注水量必须合格，即分层调配合格率100％，因此分层注水合格率一般是指分注井在投捞调配前的分层检配合格率。
[0025]S2：根据计算机系统注水效果监测反馈的各层及全井注水合格情况，选择需要进行调配的注水层位，确定各层需要进行调节的注水量。
[0026]S3：进入计算机智能测算流程，计算机根据需要调节的注水量计算出水嘴开度值；
[0027]根据数值模拟计算出流量系数，再根据流量系数确定过流通道面积，最后根据过流通道面积确定水嘴开度值；
[0028]①
数值模拟确定流量系数Cd过程如下：
[0029]包括但不限于以下水嘴类型：
[0030]设水嘴节流孔开度为x，过流通道面积为A(x)，得到嘴开度与过流通道面积间的关系，其中空白部分表示过流通道面积，灰色部分表示节流孔开度方向图1a
‑
1f所示；
[0031]a.U型水嘴
[0032]U型节流孔水嘴，U型节流孔水嘴开度与过流面积关系为：
[0033][0034]b.菱形水嘴
[0035]菱形节流孔水嘴开度与过流面积关系为：
[0036][0037]c.长方形水嘴
[0038]长方形节流孔水嘴开度与过流面积关系为：
[0039]A(x)＝hx，0≤x≤l
[0040]d.圆形水嘴
[0041]圆形节流孔水嘴开度与过流面积关系为：
[0042][0043]e.三角形水嘴
[0044]三角形节流孔水嘴开度与过流面积关系为：
[0045][0046]f.椭圆形水嘴
[0047]椭圆形节流孔水嘴开度与过流面积关系为：
[0048][0049]假定恒流时流速为V,U型水嘴不同开度对应的流量为
[0050]Q1＝A(x1)V，Q2＝A(x2)V，Q3＝A(x3)V，
……
，Q
n
＝A(x
n
)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0051]U型水嘴不同开度对应的流量系数为：
[0052]流体流动过程中，由于受到流动阻力、注水压力等影响，难以达到要求的配注量，需要通过流量系数来不断修正注入量，提高注水精度；对于节流孔形状、过流面积一定的水嘴，其流量系数是一个常数，通过试验可以测定；但是对于节流孔形状、过流面积变化的可调水嘴，流量系数是一个变化值；流量系数C
di
可表示为：
[0053][0054]其中，Q
i
为流过水嘴流量，m3/d；A(xi)为水嘴过流通道面积，mm2；ρ为流体密度，kg/m3；ΔP为水嘴前后压差，MPa；
[0055]根据公式(2)(3)计算出不同开度对应的流量系数
[0056][0057][0058]……
[0059][0060]②
根据智能测算系统里的流量系数、流量值，可得对应的过流通道面积A(x
i
)，
[0061][0062]③
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种缆控分注井注水智能优化控制方法，其特征在于：按照下述步骤进行：S1:选取日度注水合格率和月度注水合格率作为注水效果评价指标，针对当前注水井的实时注水情况，预测当日度、当月度注水的达标情况进行评价；
①
单层注水合格率评价标准：单层日度注水合格率：单层月度注水合格率：式中，i为当月天数；
②
分层注水合格率评价标准：分层注水合格率——分为分层检配合格率、分层调配合格率；分层检配合格率——分层检配合格率是指分注井在投捞调配初期流量测试时，测得的注入地层水量达到地质配注的合格层数占分注井总测试层数的比值，其公式为：式中：f
s
—分层检配合格率，％；s
s
—测试时单层配注合格层数，层；s
z
—应测试分注总层数，层；s
p
—计划停注层数，层；分层调配合格率——分层调配合格率是指投捞调配后注入地层水量达到地质配注要求的层段数与油田分注井实际注水总层段数的比值；S2：根据计算机系统注水效果监测反馈的各层及全井注水合格情况，选择需要进行调配的注水层位，确定各层需要进行调节的注水量；S3：进入计算机智能测算流程，计算机根据需要调节的注水量计算出水嘴开度值；根据数值模拟计算出流量系数，再根据流量系数确定过流通道面积，最后根据过流通道面积确定水嘴开度值；
①
值模拟确定流量系数Cd过程如下：设水嘴节流孔开度为x，过流通道面积为A(x)，得到嘴开度与过流通道面积间的关系如下：a.U型水嘴U型节流孔水嘴，U型节流孔水嘴开度与过流面积关系为：b.菱形水嘴菱形节流孔水嘴开度与过流面积关系为：
c.长方形水嘴长方形节流孔水嘴开度与过流面积关系为：A(x)＝hx，0≤x≤ld.圆形水嘴圆形节流孔水嘴开度与过流面积关系为：e.三角形水嘴三角形节流孔水嘴开度与过流面积关系为：f.椭圆形水嘴椭圆形节流孔水嘴开度与过流面积关系为：假定恒流时流速为V,U型水嘴不同开度对应的流量为：Q1＝A(x1)V，Q2＝A(x2)V，Q3＝A(x3)V，
……
，Q
n
＝A(x
n
)
ꢀꢀꢀ
(2)U型水嘴不同开度对应的流量系数为：流体流动过程中，由于受到流动阻力、注水压力等影响，难以达到要求的配注量，需要通过流量系数来不断修正注入量，提高注水精度；对于节流孔形状、过流面积一定的水嘴，其流量系数是一个常数，通过试验可以测定；但是对于节流孔形状、过流面积变化的可调水嘴，流量系数是一个变化值；流量系数C
di
可表示为：其中，Q
i
为流过水嘴流量，m3/d；A(xi)为水嘴过流通道面积，mm2；ρ为流体密度，kg/m3；ΔP为水嘴前后压差，MPa；根据公式(2)(3)计算出不同开度对应的流量系数：
……②
根据智能测算系统里的流量系数、流量值，可得对应的过流通道面积A(x
i
)：
③
当输入一定流量时，系统会自动匹配对应的流量系数，计算出水嘴的开度x
i
；根据(1)、(4)式可得水嘴开度x为：S4：计算出各层的水嘴开度值之后，利用分层注水力学理论模型，采用数值模拟计算出其它非目标调配层的注水量和水嘴开度值，然后经过系统筛选出各层满足条件的最优注水量和最佳水嘴开度值，根据最优结果进行执行调配注水，通过智能测算和模拟预测的最优解，能够防止调节某单层或某多层注水量引起压力环境突变，造成其他层注水不合格；分层注水系统，包括3个注水层位，每个注水层安装一个智能配水器，每个智能配水器装有一个可调水嘴，注水量通过水嘴流入地层，根据分层注水系统压力平衡条件可得：其中，P1、P2、P3分别为注水层1、2、3地层压力，单位为Pa；
△
PN1、
△
PN2、
△
PN3,分别为智能配水器1、2、3水嘴压力损失，单位为Pa；
△
PT1、
△
PT2、
△
PT3分别为地面至第1注水层油管的沿程阻力损失、1～2注水层之间油管内的沿程阻力损失、2～3注水层之间油管内的沿程阻力损失，单位为Pa；P0为井口注水压力，单位为Pa；Q1、Q2、Q3,分别为注水层1、2、3层注入量，单位为m3/s；Q0井口总注水量，单位为m3/s；H1、H2、H3分别为地面到第1注水层距离、1～2注水层之间距离、2～3注水层之间距离，单位为m；p为流体密度，kg/m3；油管内沿程阻力计算：在直井中注入水...

【专利技术属性】
技术研发人员：白健华，刘义刚，孟祥海，陈征，蓝飞，张乐，张志雄，张玺亮，徐元德，王威，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司天津分公司中海油能源发展股份有限公司，
类型：发明
国别省市：