[科普中國]-分層配注

簡介

在油田注水開發(fā)過程中，如果油層厚度大、射開層位多、非均質(zhì)性嚴(yán)重,往往就造成注人水沿高滲透層指進(jìn)、注水波及體積減小、水驅(qū)效果降低，尤其是非均質(zhì)性突出的稠油油田，注人水指進(jìn)現(xiàn)象更嚴(yán)重，最終影響油田注水開發(fā)效果。為避免注人水沿高滲透層竄流導(dǎo)致油井過早水淹，要根據(jù)注水井各地層吸水情況進(jìn)行分層配注，以確保注人水在各層段均勻推進(jìn)。1

注水是油田開發(fā)的基礎(chǔ)，目前已形成了一系列適應(yīng)不同油藏地質(zhì)條件、適應(yīng)不同井型的分層注水工藝和配套測試工藝。隨著老油田開發(fā)的不斷深入和各種復(fù)雜類型油田投入開發(fā)，需要進(jìn)一步提高分層注水工藝的適應(yīng)性和配套程度，今后要大力推廣橋式偏心分層注水工藝，發(fā)展新型高效的分層注水工藝和測試調(diào)配工藝，向智能化、自動(dòng)化、一體化方向發(fā)展，同時(shí)，要強(qiáng)化注水技術(shù)管理，努力實(shí)現(xiàn)“注好水、注夠水、精細(xì)注水、有效注水”，達(dá)到控制老油田含水上升速度、控制產(chǎn)量遞減及提高水驅(qū)采收率的目的，滿足不同階段、不同油田地質(zhì)條件下注水開發(fā)油田對分注工藝的需要，確保水驅(qū)開發(fā)油田高水平開發(fā)。2

分層注水技術(shù)發(fā)展概述注水是保持油層壓力、實(shí)現(xiàn)油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和改善油田開發(fā)效果的有效方法。中國油田儲集層中 92%為陸相碎屑巖沉積，縱向非均質(zhì)性強(qiáng)，注水開發(fā)過程中注入水易沿高滲層水竄。為提高水驅(qū)油田總體開發(fā)效果，應(yīng)加強(qiáng)中、低滲透層注水。發(fā)展分層注水技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多油層有效注水，是高含水后期、特高含水期繼續(xù)提高水驅(qū)采收率的主攻方向之一。

多年來，為滿足油田不同開發(fā)階段的技術(shù)需要、解決油田開發(fā)層間矛盾、實(shí)現(xiàn)高效有效注水，經(jīng)過不斷研究和技術(shù)創(chuàng)新，配水工藝從籠統(tǒng)注水發(fā)展到分層注水，從起下管柱調(diào)整發(fā)展到投撈水嘴調(diào)整、地面直讀測調(diào)，資料錄取從單參數(shù)發(fā)展到多參數(shù)、從卡片劃線發(fā)展到電子存儲、地面直讀。分層注水管柱從固定式分層注水、活動(dòng)式分層注水、常規(guī)偏心分層注水發(fā)展到同心集成分層注水、橋式偏心分層注水，配套測調(diào)技術(shù)從鋼絲投撈發(fā)展到鋼管電纜直讀測調(diào)。現(xiàn)階段“橋式偏心+鋼管電纜直讀測調(diào)”因?yàn)槠湓跍y試方面的優(yōu)勢已經(jīng)成為中國油田注水井的主體分注技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)大幅度提高了注水井的測調(diào)效率，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。3

國外的分層注水工藝相對簡單，配水主要采用井口流量調(diào)節(jié)器定量配水，不需井下流量測試，不配套專門的井下流量測試技術(shù)。注水過程中不需洗井，所以注水封隔器沒有洗井通道，管柱的壽命一般能達(dá)到 3a 以上。國內(nèi)油田的分層注水技術(shù)，無論從技術(shù)水平、細(xì)分程度還是應(yīng)用規(guī)模上都達(dá)到了很高的水平，處于國際領(lǐng)先地位。3

現(xiàn)階段分層注水工藝技術(shù)水平橋式偏心分層注水工藝管柱橋式偏心分層注水工藝管柱由 Y341 可洗井封隔器、橋式偏心配水器、堵塞器、水力循環(huán)凡爾等組成。配水器在常規(guī)偏心配水器基礎(chǔ)上增加了橋式通道。橋式偏心配水器主體上有直徑 20 mm 的偏孔，用以坐入配水堵塞器，周圍有 5個(gè)橋式過流通道，主體中心是直徑 46 mm 的主通道，用于投撈工具及測試儀器的通過4。

鋼管電纜直讀測調(diào)技術(shù)鋼管電纜直讀測調(diào)技術(shù)綜合了機(jī)電一體化技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、精密機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)等，系統(tǒng)由電動(dòng)測調(diào)儀、電纜絞車、地面控制系統(tǒng)等 3個(gè)部分組成5。井下電動(dòng)測調(diào)儀與橋式偏心配水器的堵塞器對接，實(shí)現(xiàn)流量自動(dòng)調(diào)整，無需投撈堵塞器。同時(shí)對井下流量、壓力、溫度等信號在線采集，實(shí)現(xiàn)壓力和流量等參數(shù)的在線監(jiān)測，大幅度提高了注水井的測調(diào)效率。井下電動(dòng)測調(diào)儀經(jīng)電纜絞車與地面控制系統(tǒng)相連。地面控制系統(tǒng)主要完成對井下儀器的供電控制、通訊以及上傳信號的采集與處理，可實(shí)現(xiàn)井下各層注水量的實(shí)時(shí)監(jiān)測、調(diào)節(jié)過程監(jiān)測、成果曲線繪制及吸水指示曲線繪制等。3

橋式偏心+鋼管電纜直讀測調(diào)分層注水技術(shù)“橋式偏心+鋼管電纜直讀測調(diào)”分注模式最早在大慶油田推廣應(yīng)用，近年來又?jǐn)U展到國內(nèi)其他油田，技術(shù)適應(yīng)性不斷提高和完善，具體體現(xiàn)在：

①針對井口密封難的問題，采用鋼管電纜代替?zhèn)鹘y(tǒng)鎧裝電纜，解決了測試過程防噴管井口密封問題。很多油田配備了雙滾筒絞車，同時(shí)配套鋼管電纜和鎧裝電纜，滿足不同井深、不同壓力條件下注水井的電纜測試需要。

②針對遞減法測試誤差大、集流測試效率低的問題，開發(fā)應(yīng)用了雙流量電纜測調(diào)儀，測調(diào)儀配備上下 2個(gè)流量計(jì)，在同一工況下通過吊測的方式實(shí)現(xiàn)單層直接測試，提高了測調(diào)效率和測試精度6。

③進(jìn)一步完善了測調(diào)儀監(jiān)測功能，采用多個(gè)位置（包括調(diào)節(jié)臂角度、收攏、彈開、對接等）傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測井下儀器的工作狀態(tài)，提高儀器的安全性和可靠性6。

④不同油田應(yīng)用的流量計(jì)有所不同，經(jīng)過現(xiàn)場檢驗(yàn)，電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)和渦街流量計(jì)能夠滿足注水井現(xiàn)場測試的需要。

⑤針對現(xiàn)有防噴管人工操作不便的特點(diǎn)，開展了液控防噴管的研究和試驗(yàn)，直接通過地面液壓裝置實(shí)現(xiàn)防噴管的起立和下放，儀器裝入、測試、取出等過程都無需人工攀爬防噴管，減少了安全隱患。⑥為了適應(yīng)小斜度注水井的測試需求，對測試儀器串及測試用密封段進(jìn)行改進(jìn)。研究應(yīng)用了萬向接頭，測試儀器改為軟連接，降低了測試儀器在斜井段內(nèi)的摩擦力，減小了投撈力，降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。改進(jìn)測試密封段結(jié)構(gòu)，使其下井和上提過程中密封膠圈外徑均小于剛體外徑，在斜井中不易產(chǎn)生磨損。⑦為了適應(yīng)小卡距、多層段的精細(xì)分注需要，對現(xiàn)有橋式偏心配水管柱工具進(jìn)行改進(jìn)，開發(fā)應(yīng)用了逐級解封封隔器和正反導(dǎo)向橋式偏心配水器，配套正反導(dǎo)向投撈儀器和測調(diào)儀器，實(shí)現(xiàn)了 2m 小間距精細(xì)注水和7 級封隔器管柱的安全解封。3

分層注水工藝技術(shù)發(fā)展趨勢隨著水驅(qū)油田進(jìn)入高含水開發(fā)后期，井筒、油藏條件更加復(fù)雜化，同時(shí)對井下分層參數(shù)監(jiān)測和高效測調(diào)的需求不斷提高。分層注水工藝技術(shù)的發(fā)展要滿足不同類型注水井的分注需求，如水平井、大斜度井、深井、高溫高壓井等。同時(shí)，也要滿足不同類型油藏注水井的分注要求，如低滲透油藏、疏松膠結(jié)油藏等。注水井防砂、低配注量分層流量測試、深井/高溫高壓井分層注水、大斜度井分層注水、分層注水實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制等技術(shù)的研究成為分層注水技術(shù)的發(fā)展趨勢，引領(lǐng)分層注水向自動(dòng)化、智能化、一體化方向發(fā)展。3

分層注水防砂技術(shù)對于易出砂油藏，注水、泄壓、洗井等工作制度易造成地層返吐、出砂，使水嘴堵塞、注水管柱砂埋，影響有效分注7。目前分層注水防砂技術(shù)在海上油田應(yīng)用較多，陸上油田應(yīng)用較少。

針對目前陸上油田主要應(yīng)用偏心注水工藝的特點(diǎn)，分層注水防砂技術(shù)未來發(fā)展趨勢是開發(fā)適用于偏心注水管柱的防砂工藝。技術(shù)思路是對偏心配水器進(jìn)行改進(jìn)，在配水器工作筒中加入單流閥結(jié)構(gòu)，形成分層注水防砂技術(shù)。

正常注水時(shí)，注入水壓縮彈簧后通過單流閥進(jìn)入地層，在停注或壓力波動(dòng)時(shí)，地層液流無法倒流至井筒，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)注水井防砂的目的。此外，單流閥結(jié)構(gòu)還能減少洗井過程中的短路現(xiàn)象，提高洗井效果。

在采用防砂工藝技術(shù)的同時(shí)，也要加強(qiáng)易出砂注水井的管理工作。對易出砂的注水井，應(yīng)以預(yù)防為主，加強(qiáng)注水管理，嚴(yán)格按操作規(guī)范平穩(wěn)注水，防止各注入層反吐，減少出砂量。

低配注量分層流量測試技術(shù)隨著油田開發(fā)逐步向中低滲透層轉(zhuǎn)移，低配注量（5～25 m3/d）層段越來越多8。目前流量測試多采用非集流吊測方式，通過遞減法計(jì)算單層流量，難以滿足低滲透油藏測試精度的要求；現(xiàn)有集流式測調(diào)儀采用雙皮碗結(jié)構(gòu)，靠重力密封，上提解封，密封可靠性差，在定向井中可靠性更難以保證。低配注量分層流量測試技術(shù)發(fā)展趨勢是向集流測試、主動(dòng)密封技術(shù)方向發(fā)展。電纜攜測調(diào)儀下到偏心配水器位置，地面控制測調(diào)儀上皮囊、下皮囊主動(dòng)打壓脹開，通過提高流速的方式提高低配注量的測試精度。測試完成后，地面控制測調(diào)儀上皮囊、下皮囊泄壓解封，上提測試儀器。整個(gè)過程可以在地面直讀皮囊壓力，通過皮囊壓力監(jiān)測皮囊的密封狀態(tài)。雙皮囊主動(dòng)密封的低配注量分層流量測試技術(shù)相對于傳統(tǒng)皮碗結(jié)構(gòu)更可靠，并且狀態(tài)可監(jiān)測。通過集流提高流速的方式，能滿足 5～50 m3/d 低配注量分層流量測試精度的要求，在長慶、吉林、大慶外圍等低滲透油田具有廣泛的應(yīng)用前景，是下一步低配注量分層流量測試的主要方法之一。3

深井、高溫高壓井分層注水技術(shù)近年來，投入開發(fā)的深井、高溫高壓井越來越多，常規(guī)的管柱工具和配套測試儀器無法滿足深井、高溫高壓環(huán)境下的分注要求。各油田針對常規(guī)工具進(jìn)行了改進(jìn)，提高了工具和儀器的耐溫耐壓性，封隔器、配水器、水力錨耐壓達(dá) 60 MPa，形成了高壓偏心分層注水管柱和配套的鋼絲投撈測試工藝，并在青海、吐哈、江漢等油田進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)。3

2009 年塔里木油田通過改進(jìn)偏心分注工藝實(shí)現(xiàn)了深井分注，最大井深達(dá)6 000 m，在塔里木LN2-A、LN2-B、LN2-C 等注水井上分注試驗(yàn)成功，為實(shí)現(xiàn)深井分層注水提供了借鑒9。

但目前深井、高溫高壓井分層注水細(xì)分程度低，分注層數(shù)主要在 3層以下，采用鋼絲測調(diào)，效率較低，應(yīng)用規(guī)模有限，此技術(shù)尚處于試驗(yàn)階段。下一步發(fā)展趨勢是在現(xiàn)有管柱基礎(chǔ)上配套電纜直讀測調(diào)技術(shù)和高壓電纜驗(yàn)封技術(shù)。深井高溫井電纜直讀測調(diào)技術(shù)目前還沒有成熟的儀器能夠直接應(yīng)用，未來應(yīng)開發(fā)適應(yīng)于150 ℃以上的高溫注水井電纜直讀測調(diào)儀，實(shí)現(xiàn)深井高溫井的電纜直讀測調(diào)，提高測調(diào)效率。在高壓注水井封隔器驗(yàn)封方面，應(yīng)重點(diǎn)攻關(guān)高壓環(huán)境下主動(dòng)驗(yàn)封技術(shù)。目前有關(guān)單位已經(jīng)開發(fā)出了高壓電纜驗(yàn)封技術(shù)，在吐哈油田現(xiàn)場試驗(yàn)了 3井次，地面控制雙皮囊主動(dòng)打壓密封，耐壓達(dá)到 60 MPa。

電纜驗(yàn)封儀工作原理為：電纜驗(yàn)封儀下入到最下一層配水器位置，地面控制儀控制上皮囊和下皮囊打壓、密封，上下皮囊密封后，在井口做開—關(guān)—開壓力控制，通過查看地層壓力是否隨著油管壓力的變化而變化來判斷封隔器是否密封。驗(yàn)封完當(dāng)前層后，地面直接控制上皮囊和下皮囊泄壓收回，上提至上一級封隔器進(jìn)行驗(yàn)封工作，逐級驗(yàn)封，直至完成全部作業(yè)。此外，電纜驗(yàn)封儀還能夠?qū)崿F(xiàn)地層壓降曲線測試。

高壓井電纜驗(yàn)封技術(shù)下一步發(fā)展趨勢是進(jìn)一步提高儀器的耐壓性能到 80 MPa，改進(jìn)儀器皮囊的材料，以滿足油田絕大多數(shù)高壓注水井的封隔器驗(yàn)封需要。3

大斜度井分層注水技術(shù)大斜度井注水受到井斜的影響，管柱壽命短，投撈測試?yán)щy，測調(diào)效率低。井斜小于 50°的斜井試驗(yàn)應(yīng)用了偏心分層注水技術(shù)，采用雙導(dǎo)向錨定扶正偏心定量分注配水管柱，通過錨定防止管柱蠕動(dòng)；改進(jìn)了鋼絲投撈工具，通過鋼絲投撈實(shí)現(xiàn)測調(diào)；對現(xiàn)有Y341 封隔器進(jìn)行了改進(jìn)，形成了斜井用封隔器，延長了分注有效期。3

對于斜度更大的井，常規(guī)投撈工具無法下到預(yù)定位置，不能投撈堵塞器，無法實(shí)現(xiàn)水量調(diào)節(jié)，現(xiàn)有偏心注水工藝適應(yīng)性差。大斜度井分層注水發(fā)展趨勢是向同心方向發(fā)展，同時(shí)增加橋式通道，改善測調(diào)過程注水通流能力。橋式同心配水器與井下測調(diào)聯(lián)動(dòng)儀采用同心對接方式，相對于偏心注水更易實(shí)現(xiàn)測調(diào)聯(lián)動(dòng)儀與配水器的對接，在大斜度井上應(yīng)用更具優(yōu)勢。配水器增加橋式通路設(shè)計(jì)，改善了測調(diào)過程的注水通流能力，能夠?qū)崿F(xiàn)單層直接測試。同時(shí)配套同心電纜直讀測調(diào)儀、電纜直讀驗(yàn)封儀，避免了投撈風(fēng)險(xiǎn)，可實(shí)現(xiàn)分層參數(shù)的在線監(jiān)測和配注量的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，無需投撈配水器水嘴。該技術(shù)推廣應(yīng)用后有望大幅度提高大斜度井的測調(diào)效率和測試精度。同時(shí)，下一步還需要進(jìn)一步縮短測調(diào)儀的長度，增加儀器在大斜度井中的起下能力，以適應(yīng)更大斜度注水井的分層測試需要。3

分層注水實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制技術(shù)國內(nèi)一些注水基礎(chǔ)較好的油田面臨著分層注水量變化快的問題，已經(jīng)分注并達(dá)到油藏配注方案的井（層），由于層間差異，注水量并不穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)合格率低。同時(shí)，對分層流量和嘴后壓力等重要參數(shù)無法長期、實(shí)時(shí)監(jiān)測，只能獲得有限的隨機(jī)數(shù)據(jù)，無法滿足油藏動(dòng)態(tài)模擬的需求。為此，分層注水向井下實(shí)時(shí)監(jiān)測和自動(dòng)控制方向發(fā)展。智能配水器是整套系統(tǒng)的核心，主要由電池、控制器、溫度監(jiān)測、壓力監(jiān)測、流量監(jiān)測、執(zhí)行器、天線等組成，實(shí)時(shí)監(jiān)測并存儲井下溫度、壓力和流量數(shù)據(jù)，同時(shí)能依據(jù)預(yù)設(shè)配注方案和實(shí)時(shí)監(jiān)測的分層流量結(jié)果，通過微電機(jī)按指定周期調(diào)節(jié)配注閥開度，實(shí)現(xiàn)配注量的自動(dòng)控制。井下智能配水器存儲的長期監(jiān)測數(shù)據(jù)通過通訊短節(jié)以短距離無線傳輸方式傳送到地面，為精細(xì)地質(zhì)研究提供依據(jù)。智能配水器電池電量耗盡或出現(xiàn)故障時(shí)可通過下入投撈工具實(shí)現(xiàn)智能配水器的投撈操作。分層注水實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制系統(tǒng)相當(dāng)于深入井下的“眼睛”，能夠獲取更多的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步提高油藏認(rèn)識、優(yōu)化開發(fā)方案提供依據(jù)。同時(shí)可根據(jù)注水合格率的變化調(diào)整水嘴，提高分層注水動(dòng)態(tài)合格率。

分層注水實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制技術(shù)研究已經(jīng)列入國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863 計(jì)劃）“采油井筒控制工程關(guān)鍵技術(shù)與裝備”項(xiàng)目，目前在井下信號無線傳輸、流量監(jiān)測、動(dòng)態(tài)水嘴調(diào)節(jié)等方面取得了階段性進(jìn)展，形成了注水井井下自動(dòng)化、智能化基礎(chǔ)理論技術(shù)。3

結(jié)語分層注水在油田穩(wěn)產(chǎn)和提高采收率方面發(fā)揮了重要作用。目前，以“橋式偏心+鋼管電纜直讀測調(diào)”為代表的分層注水工藝技術(shù)已在油田大量推廣應(yīng)用，滿足了常規(guī)注水井的開發(fā)需要。分層注水今后的發(fā)展方向是適應(yīng)出砂井、低配注量井、深井/高溫高壓井、大斜度井的分層注水工藝技術(shù)，同時(shí)研究分層注水實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制技術(shù)，提高對生產(chǎn)過程的監(jiān)測和控制水平，提高水驅(qū)油田開發(fā)效果，進(jìn)而提高采收率。3