[发明专利]一种缆控分注井注水智能优化控制方法

权利要求书

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≤l

d.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：在直井中注入水沿着油管垂向流动，油管内的压力损失按圆管沿程压力损失公式计算，井口到第一注水层的压力损失：

第一层到第二层之间油管内沿程压力损失：

第二层到第三层之间油管内沿程压力损失：

以上式中，Q₀井口总注水量，单位为m³/s；λ为摩阻因素，无因次；d为油管直径，m；ρ为注入水密度，kg/m³；其中摩阻系数的大小与油管内的流态有关，计算时依据流量和过流断面的参数变量判断出油管内的流动形态(层流、紊流)，进而根据雷诺数计算出三个分段的油管沿程压力损失；

流量控制阀(ICV)水嘴压力损失，流量系数是个变量，所以水嘴压力损失，随着水嘴开度发生变化，对于流通面积离散分布的流量控制阀采用理论计算存在很大的困难，下面通过孔板流量计计算公式并结合离散分布流通面积的流量控制阀计算水嘴压力损失，计算公式为：

式中，ΔP_N为水嘴压力损失，MPa；ξ为局部阻力系数；ρ为流体密度，kg/m³；A为水嘴水嘴过流通道面积，m；Q为流量m³/d；i对应的层位，ΔP_Ni对应层位的水嘴压力损失。可调水嘴的过流面积是变化的，所以其水嘴压力损失可以表示为：

所以局部压力损失与水嘴的开度，即水嘴开度值x有关。这样就可以通过读取水嘴开度的位置x，并计算出所在位置所对应的水嘴参数和该时刻对应的水嘴局部压力损失；

将公式(8)、(9)、(10)、(11)、(12)代入公式(6)得到如下公式：

S5：基于S4的压力环境预测，对水嘴开度进行优化控制：通过目标层位需要调节的注水量和水嘴开度，模拟计算出其他各层的注水量及水嘴开度，在这些适合的注水量和水嘴开度中系统自动寻找以各层平稳注水、注水达标、整体井筒注水效率最大化为目标的最优解，然后根据最优解进行注水调配；

在调节过程中，由于各个分层是同管柱配水，所以会存在干扰问题，比如在井口注入水量和注入压力不变的情况下，某一层配水量和配注压力的增加或减小，必然引起其他分层注入流量和压力的变化，井筒内流量变化也会引起沿程阻力损失等物理量的变化，调节改变某一层的注水量Qi和Pi值，就会引起Q₁，Q₂，.......，Q_i-1，Q_i+1,.....，Q_n变化和井筒内压力重新分布，利用质量守恒和节点压力平衡原理求解、测量调整后各分层的配注量和配注压力，并反馈性检验是否满足各分层的压力平衡条件；

利用数值模拟，对需要调配的层位进行调注量和对应水嘴开度调节的模拟，记录下调节层位的各项参数，如注水压力、注水量、水嘴损失压力等，记录下其他未调配层的参数变化情况及注水情况的变化，通过在X值和Q值(智能测算系统测算的值)范围内多次调配，找到对其他非目标层注水量和压力影响最小的最优注水量和最佳水嘴开度值，系统根据最优注水量和最佳水嘴开度值进行注水。