國內油氣田開發分層注水工藝技術現狀及趨勢

李兵 班航 鄒儀虎 禹濤 陳廣輝

摘要：文章分析了我國現階段分層注水工藝技術，同時從分層注水防沙技術、深井與高溫高壓井分層注水技術三方面分析了國內油氣田開發分層注水工藝技術未來的發展趨勢，以期能夠提升我國分層注水工藝技術水平，進而提高油田的開采效率。

關鍵詞：油氣田開發；分層注水工藝；采油過程；高效注水；橋式偏心配水器；堵塞器 文獻標識碼：A

中圖分類號：TE357 文章編號：1009-2374（2016）10-0146-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.072

國內油田在采油過程中存在油田開發層間存在矛盾、無法實現高效注水的現象。如今，隨著開發分層注水工藝技術的不斷提高，上述問題基本得到解決。就目前而言，我國分層注水技術已處于世界領先地位，但仍具有較大的發展空間。因此，我國應不斷提升分層注水工藝水平，從而維持油田的穩定生產。

1 我國現階段分層注水工藝技術水平

1.1 橋式偏心分層注水工藝管柱

橋式偏心分層注水工藝管柱中含有如下部分：橋式偏心配水器、堵塞器、Y341可洗井封隔器以及水利循環凡爾等部件。其中橋式偏心配水器已經得到一定優化，我國如今所使用的偏心配水器以原有配水器為基礎，添加了橋式通道。橋式偏心分層注水工藝管柱主體之上有半徑為10mm的偏孔，使得配水堵塞器能夠從該孔中坐入。偏孔附近存在橋式過流通道，通道數量一般為5個。橋式偏心分層注水管柱的主體為半徑23mm的主通道，施工人員可通過此投撈工具。除此以外，橋式偏心分層注水工藝管柱還可以作為施工人員下放測試儀器的通道。

1.2 鋼管電纜直讀測量與調試技術

鋼管電纜直讀測量與調試技術綜合了多項先進技術，其中包含有機電一體化技術、通信技術、精密機械傳動技術以及計算機控制技術等，鋼管電纜直讀測量與調試系統由以下三個部分構成：電纜絞車、電動測調儀、地面控制系統。井下電動測調儀同橋式偏心配水器中的堵塞器相連，使流量能夠自行完成調整工作，施工人員不用再進行堵塞器投撈這一工序。不僅如此，施工人員還能夠在線獲取井下流量、溫度以及壓力等信號和數據，達到在線監控壓力以及流量的目的，使得施工人員對注水井的測量與調試更為及時有效。

1.3 “橋式偏心+鋼管電纜直讀測調”分層注水技術現狀

“橋式偏心+鋼管電纜直讀測調”綜合了橋式偏心分層注水工藝管柱以及鋼管電纜直讀測調技術，該分層注水模式最早應用于大慶油田，近些年來，我國各個油田相繼使用。隨著應用的普遍，該模式所運用的各項技術也逐漸完善。具體有如下三個方面：第一，傳統分層注水模式當中，往往會出現井口難以密封的問題。目前已用鋼管電纜替代原有鎧裝電纜，保證施工人員在測試階段能夠密封防噴井口。大部分油田裝設了雙滾筒絞車，同時配以鋼管電纜以及鎧裝電纜，使得施工人員在任何井深以及壓力下都可以進行電纜測試。第二，傳統分層注水工作中使用遞減法進行測試，測量結果與實際情況有較大偏差，集流測試效率難以提升。目前我國已開發了雙流量電纜測調儀，并開始投入使用。該設備共有兩個流量計，能夠在相同工況當中借助吊測的方法測試分層中的某一單層。使得測調效率與測調精度都有所提高。第三，測調儀的檢測功能更為全面，我國各個油田在多個位置都裝設了傳感器，對井下設備進行嚴格監控，能夠在設備出故障時及時維護，保證了井下設備的安全。如今，“橋式偏心+鋼管電纜直讀測調”在我國油井當中的應用極為廣泛，新疆、吉林以及遼河等地都在大范圍推廣，已然是我國石油注水井所使用的主要分注技術。這也使得我國分層注水工藝技術更為成熟。

2 分層注水工藝技術的發展趨勢

2.1 分層注水防沙技術

采油人員在進行采油的過程中，容易遇到出砂概率較大的油藏，導致施工人員在對地層實施注水、泄壓以及洗井作業過程中，往往出現出砂、返吐的現象，使得水嘴被堵塞，注水管柱也被埋入砂體當中，無法繼續進行分層注水。就目前而言，分層注水防砂技術往往應用于海上油田，陸上應用分層注水防砂技術的油田并不多見。

陸上油田將偏心注水工藝作為分層注水的主要工藝，所以我國分層注水防砂技術的開發方向，便是令分層注水防砂技術更加適用于偏心注水管柱。設計人員可在偏心配水器原有設計之上進行改造，在其工作筒當中添加一個單流閥結構，從而達到防砂效果。當施工人員開始注水時，彈簧受到壓力而壓縮，水便會經過單流閥流入地層。若施工人員停止注水，或是此時產生壓力波動，地層液流也不會形成倒流，回到井筒當中。不僅如此，采油施工人員在清潔井筒時，有一定幾率會出現短路現象。設計人員在偏心注水管柱當中添加了單流閥，能夠有效降低出現短路現象的幾率，洗井效果也會有所提升。除了借助防砂工藝技術進行防砂工作外，石油開采企業也應注重對出砂注水井的管理工作。針對較為容易出砂的注水井，工作人員還需多加預防，強化對注水的管理。同時施工人員也應規范自身操作方式，保證平穩注水，避免各注入層出現反吐的現象，減少出砂量。

2.2 深井與高溫高壓井分層注水技術

現今，我國深井與高溫高壓井的數量逐年遞增。大部分油田所使用的管柱工具及其相應的測試儀器已然不適用于深井與高溫高壓井。所以需要開發適用于深井與高溫高壓井的分層注水技術，這也成為我國分層注水的發展趨勢之一。我國以傳統工具為基礎模型進行改進，開發了高壓偏心分層注水管柱測量方式，使得管柱工具及儀器的耐溫耐壓性都得到大幅提升，并進行了相關實驗。實驗結果表明，配水器、水力錨以及封隔器能夠承受的壓力值可達60MPa，基本能夠滿足深井分層注水的需求。數據表明，運用深井與高溫高壓井分層注水技術，井深能夠達到6000m。目前該技術已在塔里木油田當中使用，具體有LN2-A、LN2-B、LN2-C等注水井，且使用效果較為良好，為深井與高溫高壓井分層注水技術之后的發展與研究提供了經驗。

我國目前深井與高溫高壓井在開采過程中還存在較多問題。深井與高溫高壓井當中分層注水細分程度不高。分層注水的層數一般位于3層下方，施工人員多使用鋼絲進行測量與調試，導致測量與調試效率較低，且應用規模不大。該技術尚未完全成熟，處于試驗階段。設計人員可嘗試對電纜直讀測調技術以及高壓電纜驗封技術進行修改與完善，之后將兩者應用于深井與高溫高壓井分層注水技術當中，形成新型的分層注水技術。深井與高溫高壓井電纜直讀技術尚處于開發階段，因此沒有設備能夠使該技術得到實現。故而，設計人員需設計耐高溫性較強的電纜直讀測調儀，要求該測調儀能夠承受不低于150℃的高溫，以達到提升測量與調試水平、實現深井與高溫高壓井當中電纜直讀測量與調試的目的。除此以外，高壓注水井封隔器驗封技術也存在問題，高壓狀態下，主動驗封技術尚未開發。但部分設計人員已設計了高壓電纜驗封技術，工作原理如下：將電纜驗封儀下放至最底層配水器處。此時，工作人員通過地面控制儀對上、下皮囊進行打壓，將兩者密封。之后工作人員通過反復閉合開關對壓力進行控制，測定油管壓力的變動是否會影響地層壓力，借此確定封隔器的密封效果。該層驗封作業完成后，工作人員通過控制器進行上、下皮囊的泄壓工作，泄壓技術后收回儀器，重復上述動作，逐層逐級實施驗封作業，直至所有分層驗封作業完畢。通過測試，該驗封技術耐壓值可達60MPa，但對部分深井與高溫高壓井來說，該技術耐壓值依舊不足。設計人員需不斷完善，當儀器的耐壓值不低于80MPa時，便能滿足大部分高壓注水井的需求。

2.3 大斜度井分層注水技術

部分油井并非與底面垂直，而是存在一定斜度，其中一些油井斜度過大，已然影響到注水效果。管柱受到井斜的影響，使用壽命較短，施工人員也難以進行投撈測試，測量與調試效果并不理想。針對井斜角度不高于50°的油井，施工人員可使用偏心分層注水技術進行測量，同時對偏心定量分注配水管柱進行雙導向錨定，扶正管柱位置，避免管柱在井中顫動。同時，設計人員還需完善鋼絲制投撈工具，從而保證測量與調試工作能夠順利進行。除此以外，工作人員還應有針對性地對Y341封隔器進行改良，開發斜井專用的封隔器，擴展分層注水的有效期。

至于斜度較大的油井，普通的投撈工具根本不可能下放至指定位置，導致工作人員既不能投撈堵塞器，也不能根據實際情況對注水量進行調節。由此可見，現有的偏心注水工藝并不適用于大斜度井。因此，大斜度井分層注水技術的開發應趨向于同心向發展。除此以外，還需增設橋式通道，完善測調時注水的通流能力。設計人員可從以下方面開發適用于大斜度井的分層注水工藝技術：首先，設計人員可使用同心對接的方法將橋式通信配水器同井下測調聯動儀連接在一起，相比偏心注水技術，該對接方式能夠令測調聯動儀器同配水器的連接更為輕松，在大斜度井中的應用也更為方便；其次，設計人員可在配水器當中添加橋式通路。當工作人員在進行測量與調試工作時，橋式通路能夠有效提高注水的同流能力，也能夠幫助工作人員完成單層測試；最后，設計人員還應縮減測調儀的長度，使測調儀在井中的活動更為靈活，從而適應大斜度井分層測試的需求。

3 結語

分層注水具有穩定油田生產以及提高采收率的作用。我國目前主要使用的“橋式偏心+鋼管電纜直讀測調”滿足了常規油井的需求，但設計人員還應繼續開發新型的分層注水技術，以滿足特殊油井的需要，進而提高我國分層注水技術的整體水平，促進我國油田開采技術的發展。

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作者簡介：李兵（1984-），男，山東臨沂人，中國石油冀東油田分公司唐山冀東油田采油高級工程師，研究方向：石油的開采和輸送；班航（1986-），男，河北石家莊人，中國石油冀東油田分公司唐山冀東油田采油高級工程師，研究方向：采油工藝和提高采收率。

（責任編輯：周 瓊）