一种数字化条件下注水井的故障诊断方法与流程

本发明属于故障诊断领域，具体说是一种数字化条件下注水井的故障诊断方法。

背景技术：

1、注水开发是油田生产的一种重要技术。近年来，随着油田数字化与物联网建设的推进，基于实时采集参数的注水井工况监控系统大量部署。这些系统基于注水井生产数据的特征，进行工况监控与报警预警，对实现油水井的智能化管理有着非常重要的意义。

2、目前该技术总体成熟度有限，需要进行进一步的研究提升。如何进一步将注水井相关的管流与渗流力学理论与数字化采集测试、人工智能分析深入结合是提升该技术的关键之一。

技术实现思路

1、本发明面向注水井工况诊断精度进一步提升的需求，设计了新的解决方案，以实现更加准确的注水井工况诊断，为注水井的安全高效运行提供更坚实的技术基础，并补强油田智能化建设在注水井方面的应用基础。

2、本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

3、一种数字化条件下注水井的故障诊断方法，包括以下步骤：

4、通过传感器获取井口注入压力，并基于此预测井筒压力分布；

5、计算注入介质经过水嘴的压力损失以及地层吸水指数；

6、基于井筒压力分布、压力损失以及地层吸水指数预测注水井的分层注水量；

7、基于预测结果对注水井进行故障诊断。

8、所述预测井筒压力分布，具体为：

9、

10、其中，pi+1为沿井深方向第i+1的压力值，pi为沿井深方向第i的压力值，δp1为井筒任一分段处压力变化，δh为分段长度，pm为混合介质密度，θ为井段所在位置与水平方向的夹角，f为摩擦系数，vm为混合介质流速，de为流道等效直径，g为重力加速度。

11、所述注入介质经过水嘴的压力损失，具体为：

12、

13、其中，δp2为注入介质经过水嘴的压力损失，qm为注入介质流量，dn为水嘴嘴径，k，a均为待定系数，由试验嘴损曲线回归确定。

14、所述地层吸水指数，具体为：

15、

16、其中，ir为注入层段的吸水指数，pr为注水层段的地层压力，pin为真实注水压力，p为注入介质经过水嘴之前且在计算水嘴深度处的压力。

17、所述预测注水井的分层注水量，包括以下步骤：

18、1)确定全井的摩阻调整系数fm；

19、2)根据试验嘴损曲线回归结果，拟合注水井各层的待定系数k，a；

20、3)根据注水井实时的井口注水压力与注入量计算井下各层的压力与流量。

21、所述步骤1)具体为：

22、将预测到的井筒压力分布中的井底压力，与测试井底压力进行比较，如果预测压力大于测试压力，则增大摩阻调整系数fm，重新预测井底压力，直到预测压力与测试井底压力的差值满足误差。

23、所述步骤3)包括以下步骤：

24、3.1)计算井口至第一个分注点的流量、压力、温度；

25、3.2)计算第一个分注点水嘴后的流量、压力与温度；

26、3.3)基于第一分注点的地层压力与第一分注点水嘴后压力，判断分注流量是否正确；如正确，则执行步骤3.4)，否则，修正fm返回步骤3.1)；

27、3.4)以第一注入点为起点，以总流量减去第一层流量，作为新的流量，以第一分注点的嘴前压力，计算第一个注入点至第二个分注点的流量、压力、温度；

28、3.5)重复步骤3.2)～3.4)，直至计算至最后一个分注点。

29、所述步骤3.3)中判断分注流量是否正确，具体为：

30、计算底层实际吸水量qm1：

31、qm1＝(pin-pr)ir

32、其中，ir为注入层段的吸水指数，pr为注水层段的地层压力，pin为真实注水压力；

33、判断实际吸水量qm1与第一个分注点水嘴后流量之间的误差是否在阈值范围内，如果是，则分注流量正确，否则，分注流量错误。

34、所述基于预测结果对注水井进行故障诊断，具体为：

35、通过全井视吸水指数iqr、井口注入压力pwhi、背压pbc、全井注水量qm的变化，进行故障诊断，具体为：

36、a)当背压上升、井口注入压力下降、全井视吸水指数变化小于阈值且全井注水量下降时，发生一级封隔器以上油管漏失，计算全井视吸水指数时，地层压力取各层平均值，注入压力取井口注入压力；

37、b)当背压上升、注入压力下降、全井视吸水指数变化小于阈值且全井注水量变化小于阈值时，发生一级封隔器失效；

38、c)当注入压力下降、背压不变、全井视吸水指数变化小于阈值且全井注水量变化小于阈值时，发生一级封隔器以下封隔器失效；

39、d)当注入压力下降、背压不变、全井视吸水指数变化小于阈值且全井注水量上升时，发生水嘴次大或掉落；

40、e)当注入压力上升、背压不变、全井视吸水指数变化小于阈值且全井注水量下降时，发生水嘴堵塞；

41、f)当注入压力上升、背压不变、全井视吸水指数变小且全井注水量下降时，发生地层污染；

42、g)当注入压力下降、背压不变、全井视吸水指数变大且全井注水量上升时，发生地层阻力下降；

43、h)当注水压力上升、背压不变、全井视吸水指数变化小于阈值且全井注水量下降时，发生地层压力变大；

44、i)当注水压力下降、背压不变、全井视吸水指数变化小于阈值且全井注水量上升时，发生地层压力减小；

45、j)当所有指标变化小于阈值或注水压力下降、背压不变、全井视吸水指数变化小于阈值、全井注水量下降或注水压力上升、背压不变、全井视吸水指数变化小于阈值、全井注水量上升时，工况正常无故障。

46、本发明具有以下有益效果及优点：

47、1.本发明实现数字化条件下多种注水井故障的诊断，提高注水井问题发现效率。

48、2.本发明实现分层注水井分层量的计算，减少水井测试工作量，提高分层注水工作管理水平。

49、3.本发明充分挖掘和利用水井相关数据的价值。

技术特征：

1.一种数字化条件下注水井的故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种数字化条件下注水井的故障诊断方法，其特征在于，所述预测井筒压力分布，具体为：

3.根据权利要求1所述的一种数字化条件下注水井的故障诊断方法，其特征在于，所述注入介质经过水嘴的压力损失，具体为：

4.根据权利要求1所述的一种数字化条件下注水井的故障诊断方法，其特征在于，所述地层吸水指数，具体为：

5.根据权利要求1所述的一种数字化条件下注水井的故障诊断方法，其特征在于，所述预测注水井的分层注水量，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种数字化条件下注水井的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤1)具体为：

7.根据权利要求5所述的一种数字化条件下注水井的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤3)包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种数字化条件下注水井的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤3.3)中判断分注流量是否正确，具体为：

9.根据权利要求1所述的一种数字化条件下注水井的故障诊断方法，其特征在于，所述基于预测结果对注水井进行故障诊断，具体为：

技术总结
本发明属于故障诊断领域，具体说是一种数字化条件下注水井的故障诊断方法。包括以下步骤：通过传感器获取井口注入压力，并基于此预测井筒压力分布；计算注入介质经过水嘴的压力损失以及地层吸水指数；基于井筒压力分布、压力损失以及地层吸水指数预测注水井的分层注水量；基于预测结果对注水井进行故障诊断。本发明面向注水井工况诊断精度进一步提升的需求，实现更加准确的注水井工况诊断，为注水井的安全高效运行提供更坚实的技术基础，并补强油田智能化建设在注水井方面的应用基础。

技术研发人员：何健,闫学峰,闫立平,王雨,王岩,周王帅源,马超,高超,孙宇,杨帅,郭向东
受保护的技术使用者：沈阳中科奥维科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15