國內油田分層注水技術新進展及發(fā)展趨勢

張 勇

（中國石油大學（華東）石油工程學院，山東 青島 266580）

國內分層注水技術經(jīng)過多年的研究，其管柱已經(jīng)從開始的單一固定式管柱發(fā)展為現(xiàn)在多元的能夠適應不同油藏、不同井況，并能解決油層之間夾層較小等問題的工藝管住，測調技術從開始的投球法測試、投撈芯子發(fā)到到了現(xiàn)在的測調一體化，分層注水技術不斷優(yōu)化發(fā)展[1]。

1 國內分層注水技術新進展

國內油田水驅動用儲量占油田總儲量的 80%以上，年產(chǎn)油占總產(chǎn)量的76%以上，是油田開發(fā)的主陣地，目前水驅油藏已進入高含水、特高含水期，進一步提高水驅開發(fā)質量是關系到油田持續(xù)發(fā)展的關鍵[2]。近年來，各個油田強化分層、測調關鍵技術創(chuàng)新，注重技術優(yōu)化和集成配套,推進了水驅開發(fā)質量的提升。

1.1 創(chuàng)新優(yōu)化分層技術[3-5]

提高水驅開發(fā)質量最關鍵是提高“三率”，即提高分注率、層段合格率和注采對應率，只有提高了分注率和層段合格率，才能提高注采對應率。

1.1.1 提高分注率關鍵技術

影響水驅油藏提高分注率的主要因素：在低滲透高溫高壓油藏中，壓力和溫度效應影響有效分注；多薄層油藏中，夾層1 m以下影響卡封準確性，5層以上影響測調效率；套損井況影響分注。針對上述制約因素，國內油田開展了高溫高壓密封技術、封隔器精確定位技術、錨定補償技術、小直徑大膨脹比密封技術攻關研究并取得突破。

（1）高溫高壓密封技術。首先是密封新材料研發(fā)，它的原理是以氫化丁腈橡膠為基礎密封材料，采用丙烯酸鹽和炭黑復合增強體系，在硫化反應過程中，發(fā)生均聚、接枝共聚以及脫羥基反應，提高橡膠分子主鏈的飽和度，增強抗老化和耐溫性能，其力學性能得到改善和增強。改性氫化丁腈橡膠材料提高了橡膠分子主鏈飽和度，增強了抗老化和耐溫性能，耐溫可達到 150 ℃ 。其次是密封件結構優(yōu)化，它是采用有限元對膠筒本體及輔助部分進行了非線性數(shù)值分析，優(yōu)化膠筒高度、厚度、倒角、護罩幾何尺寸，提高和保持接觸應力，實現(xiàn)長期有效密封。高壓密封件新結構提高了密封壓力，可達到35 MPa 。

（2）封隔器精確定位技術。針對薄油層油藏層間卡距小，管柱深，自重伸長影響定位誤差大造成的封隔器定位困難問題，研制出了封隔器精確定位技術，并形成了分注管柱。它是通過管柱中的機械定位器監(jiān)測特殊套管短節(jié)的原理，再結合地面拉力測試和激光測距裝置，共同確定封隔器的位置(圖1)。

圖1 薄油層分注管注Fig.1 The pipe string of thin reservoir

性能特點：

①配水器和封隔器一體化設計，減少了配水間距，最小配水間距可以達到2 m。

②提高了封隔器定位精度和效率，2 000 m井深條件下誤差小于等于0.12 m，適應最小夾層厚度大于等于1 m。

③注水工具采用了單向閥結構，可以有效防止層間串通和反吐出砂。

④對于深井采用了錨定補償結構，能克服管柱蠕動。

通過封隔器、配水器一體化設計解決了多薄油層間距小、分層測調困難的問題，通過機械卡封定位器實現(xiàn)了封隔器在薄隔層中的精確定位，通過流量計雙環(huán)境測調技術配套，解決了集成配水測試問題。

（3）管柱錨定補償技術。在溫度，壓力高的低滲透油藏中，為克服封隔在器高溫下膠筒蠕變嚴重，密封承壓降低等問題，攻關研制了管柱錨定補償技術，并形成了標準化分注管柱。錨定補償分層注水管柱采用了錨定和補償相結合的方式，水力錨與支撐卡瓦用來錨定和支撐管柱，避免管柱的蠕動，保證封隔器的密封性能，從而延長封隔器的使用壽命，補償器用來補償油管因溫度、壓力等因素引起的伸縮，改善管柱的受力狀況(圖2)。

性能特點：

①采用錨定補償方式克服了管柱蠕動；

②采用肩部保護和優(yōu)化膠筒結構，提高了密封承壓能力;

③采用軌道換向配水器，坐封后直接轉入注水，提高了作業(yè)完井效率。

④可在溫度小于160 ℃，注水壓差小于35 MPa的條件下使用。

此技術解決了高溫高壓深井分注有效期短的問題。

圖2 錨定補償管注Fig.2The pipe string of anchor and compensation

（4）小直徑大膨脹比密封技術。隨著油田注水時間的延長，有套損狀況的注水井日趨增加。注水井套管損壞后，常規(guī)的分注管柱不能使用，這會造成區(qū)塊的注采系統(tǒng)失去平衡，波及系數(shù)得不到提高，為此研制出了小直徑分層工藝技術，并形成了標準化分注管柱(圖3)。

圖3 套損套變小直徑管柱Fig.1 The pipe string of casing damage

性能特點：

①大膨脹比膠筒增加了復合內襯高彈性、高強度金屬骨架，膨脹比達到了1.4。

②配套了31/2、4、41/2、5 in小直徑套管井小直徑封隔器。

③套損套變小直徑管柱耐壓可達到35 MPa。

此技術解決了套損、套變修復井的分注問題。

1.1.2 提高層段合格率關鍵技術

針對層間大壓差造成的調配難度大、精度低、有效期短以及低滲、堵塞造成欠注層多等問題。國內油田開展了降壓增注技術、防反吐技術以及分級節(jié)流控制配水技術攻關研究，以提高分層注水層段合格率[4]。

（1）雙子表面活性劑增注工藝技術。中高滲油藏注水過程中，外來懸浮物、含油以及沿程污染在近井地帶會使?jié)B透率下降，對于低滲透油藏粘土膨脹也會導致近井地帶滲透率下降。滲透率的下降以及賈敏效應的產(chǎn)生會使注水壓力升高，這會導致很多層出現(xiàn)欠注現(xiàn)象。 室內實驗表明：在排除機械雜質堵塞的條件下，回注污水含油量從5 mg/L增加到30 mg/L，滲透率保留率會從76%降低到47%。針對注入水中含油堵塞導致的欠注問題，勝利油田研發(fā)了雙子表面活性劑增注工藝技術。

它的機理是通過降低界面（油、水、巖石）之間作用力，來解除近井地帶有機堵塞（分散含油、懸浮物、鐵離子、粘土等聚合），降低堵塞概率，延長增注有效期。雙子表面活性劑增注技術有效地解決了因注水壓力升高而導致的欠注問題。

（2）防反吐技術。國內東部渤海灣地區(qū)砂體以細砂巖、粉砂巖為主，地層膠結疏松。針對中高滲油藏，在停注或反洗井作業(yè)時，由于油套間壓力的減小，吐聚井會出現(xiàn)出砂和吐聚問題，為此研制出了防返吐技術，并形成了標準化分注管柱(圖4)。

圖4 吐聚防反吐管柱Fig.4 The pipe string of preventing the spitting

技術原理是通過防逆堵塞器、防返配水器、密閉擴張封隔器、定壓沉砂洗井閥及井口單流閥等注水工具的共同作用，從油套環(huán)空、兩配水器間通過油管的竄流均得到抑制，減少了層間竄通機會，避免了地層堵塞，延長了分注有效期。

此技術解決了吐聚、出砂對管柱的堵塞問題。

（3）大壓差分級節(jié)流控制配水技術。當層數(shù)大于2且層間注水壓差大于5 MPa時，調配難度加大，管注有效期變短。為此研制出了大壓差分級節(jié)流控制配水技術，并形成了標準化分注管住(圖5)。

技術原理：大壓差分級節(jié)流配水技術是采用兩級水嘴和一級節(jié)流管相結合的原理，配注量范圍可達到20~150 m3/d，可實現(xiàn)層間壓差12 MPa的精確分層配注。

分級節(jié)流配水技術解決了層間大壓差分注問題。

圖5 大壓差分級節(jié)流配水管柱Fig.5 The pipe string of large pressure difference and Classification of throttling

1.2 測調一體化技術[6]

常規(guī)測調工藝技術效率低、精度低，而且注井要求每季度測一次，測調工作量大，測調不及時造成很多分注層段達不到配注要求，為此勝利油田攻關了測調一體化技術。其技術原理是采用電纜攜帶測調儀與井下可調配水器對接，通過地面儀器監(jiān)測流量、壓力，并發(fā)出指令調整水嘴開度，實現(xiàn)邊測邊調。

針對不同油藏需求，形成了空心和偏心兩個技術系列。它的優(yōu)勢是測調效率提高，水嘴可實現(xiàn)無級連續(xù)調節(jié)，流量控制精度高（誤差≤5%）；優(yōu)選了高溫高壓元器件，儀器耐溫由 120 ℃ 提高到140 ℃；空心測調一體化技術，是帶有滾輪式扶正裝置的測試儀器，適用井斜達到60°。

2 國內分層注水技術發(fā)展趨勢

隨著油田開發(fā)程度的深入和各種復雜井況的出現(xiàn)，為了進一步調高水驅開發(fā)質量，分層注水工藝技術還需要繼續(xù)發(fā)展提高，發(fā)展趨勢主要圍繞以下幾個方面。

智能化分層注采技術研究。研究井下智能測控裝置等關鍵技術，實現(xiàn)在線實時測調各層注水量，保證各層注水量實時達到配注，改變目前注水量受固定時間監(jiān)測，固定水嘴注水，受工況影響大的現(xiàn)狀。

韻律層細分注水技術研究。針對韻律層開發(fā)分注層數(shù)越來越多的現(xiàn)狀，研究集成測調一體化和精確卡封定位技術，實現(xiàn)8層以上的細分注水。

海上長效注水技術研究。圍繞 5年長效注水目標，綜合開展水質、管柱、防砂、調配、安全控制等技術的適應性評價研究，進一步優(yōu)化集成，形成適合海上油田的長效安全注水技術。

水平井分注技術研究。水平井注水技術是一項暫新而有潛力的技術，與直井相比，水平井注水可形成線性驅動，推遲注入水突破時間，提高波及效率、改善油藏開發(fā)效果。目前國內油田水平井注水主要采用常規(guī)籠統(tǒng)合注，以后要攻關解決水平井分注測調儀器的投撈問題，并推廣水平井分層注水技術在國內油田的應用。

［1］王群星,等.分層注水技術發(fā)展過程[J].化工原理，2015(5):161-162.

［2］張玉榮,等.國內分層注水技術新進展及發(fā)展趨勢[J].石油鉆采工藝，2011,33(2):102-103.

［3］劉合，羅凱,等.中國油氣田開發(fā)分層注水工藝技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].石油勘探與開發(fā)，2013,40(6):733-734.

［4］李常友,等.液控式分層注水工藝技術[J].石油機械，2008(9):102-104.

［5］李濤,等.后續(xù)水驅油藏分層注水技術[J].中國化工貿易，2015(2):134-139.

［6］李敏,等.智能注水井一體化測調技術改進及配套技術[J].石油機械2 014,42(10):108-110.