連續薄夾層油藏細分注水技術研究與應用

李漢周，彭太祥，郭振杰，石建設

(1.中國石化江蘇油田分公司，江蘇 揚州 225009；2.中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引 言

江蘇油田具有“小、碎、貧、散”的特點，為典型的復雜小斷塊油田，屬陸相沉積油藏，非均質性強，層間矛盾突出，薄夾層、薄互層多，超過70%的油層層間距小于5.0 m。隨著開發的深入，層間矛盾日益嚴重，層間儲量動用狀況差異加大。為改善注水開發效果，油藏細分注水技術日益受到重視[1-4]，同時也面臨“兩小一大”(小夾層、小卡距、大斜度)問題。現有的偏心分注工藝或偏心測調一體化工藝要求配水器卡封間距大于7.0 m，井斜小于25.00 °，無法滿足連續薄夾層細分注水要求[5-6]。針對該問題，開展了連續薄夾層油藏細分注水技術研究，研制了雙導向封隔配水器及配套測調儀器，形成了連續薄夾層油藏細分注水工藝，為油田精細注水提供了技術保障。

1 連續薄夾層細分注水技術

1.1 技術原理

連續薄夾層細分注水工藝采用以雙導向封隔配水器為主的分注管柱(圖1)，屬于橋式偏心配水工藝[7-10]的延伸，兩者最大區別為：雙導向封隔配水器集成了2臺配水器和1臺封隔器的功能，雙導向封隔配水器的集成配水主體上設有上、下注水流道和橋式通道，注水流道出口分別位于封隔膠筒的兩端，配合雙流道可調堵塞器，1臺工具可實現對相鄰2個油層的注水，通過2臺封隔配水器與1臺封隔器的組合可實現8.0 m油層細分4層注水，最小卡封間距可達1.0 m，解決細分注水的“兩小”難題(小夾層、小卡距)；雙導向封隔配水器采用小螺旋角雙導向結構設計，通過提高測調儀器下行動力，提高工藝對大斜度井的適應性，解決細分注水的“一大”難題(大斜度)；配套測調系統采用雙流量測調儀，采用定位一次、測調2層的方法，解決連續薄夾層細分注水井流量無法在線測調的難題。

圖1 常規偏心分注與連續薄夾層細分注水管柱示意圖

1.2 技術特點

(1) 適應性強。滿足井斜不大于45.00 °、卡封間距不小于1.0 m注水井，能實現8.0 m油層細分為4層注水。

(2) 測調效率高。測調儀器1次入井完成全井流量調配，測調儀器與堵塞器對接1次可同步調配2個油層的注水量。

(3) 兼容性好。與橋式偏心配水器可同井使用，工具最小內通徑為46 mm，注水井其他測試不受影響。

(4) 簡化管柱。相同分注級數下，所需下井工具少，簡化了管柱結構(表1)。

表1 相同分注級數下工具使用數量對比情況

2 關鍵技術

2.1 雙導向封隔配水器

2.1.1 結構

雙導向封隔配水器由配水總成、封隔總成、導向總成3部分組成(圖2)，配水總成與封隔總成由連接套連接。

圖2 雙導向封隔配水器總體結構示意圖

(1) 配水總成由集成配水主體、連接套、定位套、內聯套、外環套、下導管和下接頭組成，集成配水主體呈中空管狀，下端連接封隔器部分，集成配水主體內設偏心孔，偏心孔內配合安裝雙流道可調堵塞器，從而提供分層配水流道(圖2、3)。

雙流道可調堵塞器結構如圖4所示，主要分為3個部分：①上下進出水口。上進水孔c、上出水孔d、下進水孔e、下出水孔f，利用密封圈實現上下流道分開。②上下可調水嘴。水嘴由嘴芯和嘴套構成，嘴芯在嘴套內可上下旋合位移，實現注入量控制。③同軸驅動部分。驅動軸上部與打撈頭下部插接，驅動軸順時轉動時，上、下嘴套固定，上嘴芯向下移動旋入上嘴套，下嘴芯向上移動旋出下嘴套，上嘴芯水道關小，下嘴芯水道開大，反之，上嘴芯水道開大，下嘴芯水道關小，實現2層注入量的調節。

集成配水主體(圖3a)中心孔的上層進水槽與雙流道可調堵塞器上進水孔c連通，下層進水槽與雙流道可調堵塞器下進水孔e連通；集成配水主體內部設有與其軸向相平行的下出水通道(圖3b)，下出水通道上部與雙流道可調堵塞器下出水孔f連通，下部與定位套、中間套、內聯套之間的環形空間連通；集成配水主體側面設有上出水單流閥(圖3c)，與雙流道可調堵塞器上出水孔d連通；集成配水主體上設有與中心線平行且貫穿主體的橋式通道，當集成配水主體的中心孔被堵時，注入水通過橋式通道，可正常向第3、4層注水。

正常注水時，向集成配水主體內投入雙流道可調堵塞器。上層水經集成配水主體上層進水槽、雙流道可調堵塞器上進水孔c和上出水孔d、上出水單流閥注入上層；下層水經集成配水主體下層進水槽、雙流道可調堵塞器下進水孔e和下出水孔f、下注水通道進入連接套與定位套環形空間，經外環套、中心管與下導管環形空間、下接頭出水閥注入下層。

(2) 封隔總成由導流套、膠筒上下護套、膠筒和中心管等組成(圖2、5)，采用擴張式封隔器原理，實現相鄰注水層位分層。導流套內設有由閥球、彈簧、閥篩等組成的液控閥(圖5)，停注后，液控閥迅速關閉膠筒內腔，實現停注不解封。注水時，通過油管壓力打開液控閥，注入水進入膠筒內腔，膠筒在油套壓差下實現坐封；解封時，向油套環空打壓，通過連接泄壓件進液并打開液控閥，膠筒泄壓，膠筒回縮，實現解封。

圖3 集成配水主體結構

圖4 雙流道可調堵塞器

(3) 導向總成由上導向軌和下導向軌等組成，實現雙流量測調儀機械臂雙導向，安裝在集成配水主體兩端。導向軌采用小螺旋角設計[11]，測調儀器下行力增大15.9%，有助于提高大斜度井測調儀器調節機械臂與雙通道可調堵塞器的對接成功率，提高了大斜度井的適應性。

2.1.2 主要技術參數及特點

技術參數：總長為2 040 mm，最大外徑為115mm，最小內通徑為46 mm，膠筒外徑為113 mm，工作壓差為15 MPa，適用最大井斜為45.00 °，最高適應溫度為90 ℃，適用套管內徑為121～127 mm。配套雙流道可調堵塞器外徑為22 mm，堵塞器長度為248 mm。

圖5 導流套剖面圖

技術特點：①將2臺配水器和1臺封隔器的功能集為一體，1臺雙導向封隔配水器可滿足一級兩段分層注水要求；②封隔總成導流套內設計有液控閥，停注時膠筒內腔不泄壓，始終處于坐封狀態，避免停注時解封導致的層間串流；③采用雙導向和小螺旋角導向軌設計，測試儀器入井下行力增加15.9%，提高大斜度井適應性；④具有橋式偏心測試功能，可與常規偏心配水器配套使用，滿足同位素測試的條件。

2.2 雙流量測調儀

2.2.1 結構

雙流量測調儀是連續薄夾層細分注水工藝的配套測調工具，借鑒常規單層邊測邊調儀[12-18]研制而成。雙流量測調儀由馬籠頭、外磁式流量計、集流式流量計、調節機械臂、測試密封段等組成(圖6)。

外磁式和集流式流量計均采用電磁流量計原理，集流式流量計實現下層流量計量，外磁式流量計實現多注水層位總流量計量。調節機械臂由驅動電機和機械臂組成，測調時機械臂與雙流道可調堵塞器對接，由電機驅動機械臂控制雙流道可調堵塞器水嘴開度，實現注水量調節。測試密封段(圖7)由上下密封膠圈、上下短節、中間連接套、內中管等組成；內中管和中間連接套上開有中心孔，內中管與集流式流量入口相通；測調時，連接套中心孔與集成配水主體下層進水槽對應，上下密封膠圈位于下層進水槽兩側，實現下層的注入與計量。

2.2.2 工作原理

以一級兩段分注井為例，管柱結構為雙導向封隔配水器+單流閥+篩管+絲堵。

圖6 雙流量測調儀結構示意圖

圖7 測試密封段結構示意圖

雙流量測調儀與測試電纜連接入井，過雙導向封隔配水器，后上提至雙導向封隔配水器之上20 m，地面控制打開調節機械臂；下放并調節機械臂與雙流道可調堵塞器對接；此時，測試密封段密封膠圈在重力作用下撐開，下層注入水經集流式流量入口、集流式流量計、測試密封段中心孔至流道B進水口，集流式流量計直接測量下層注水量，即第2層注水量Q2，外磁式流量計測取注入第1層和第2層的總流量Q12，則第1層注水量Q1=Q12-Q2，流量等參數通過電纜實時上傳至地面控制系統。若Q1、Q2與配注量不符：①Q1﹥Q1配，Q2﹤Q2配(Q1配、Q2配分別為第1層和第2層的配注水量)，地面控制系統發出負調指令，放大下層水嘴開度，同時縮小上層水嘴開度，直至注水量合格；②Q1﹤Q1配，Q2﹥Q2配，地面控制系統發出正調指令，放大上層水嘴開度，同時縮小下層水嘴開度，直至注水量合格。

2.2.3 主要技術參數及特點

技術參數：儀器總長為1 800 mm，流量測量范圍為1～200 m3/d，流量測量精度為2%，壓力測量范圍為0～50 MPa，壓力測量精度為0.2%，電機轉矩不大于8 N·m。

技術特點：雙流量計設計，井下一次對接可計量雙流量，且流量在同一狀態下計量，配合雙流道可調水嘴，實現一次對接測調相鄰2層的流量，精度和效率大幅提升。

3 現場應用

連續薄夾層細分注水工藝在陳堡、沙埝、高集等區塊應用13口井，最小卡封間距為2.5 m，最大井斜為31.25 °，最大井深為2 587.0 m。現場應用表明，連續薄夾層細分注水工藝可以實現8.0 m油層細分4層注水，且提高測調效率50%以上，對于油田精細注水、降本增效、增產穩產具有重要意義。

以G6-6井為例。注水層厚度分別為1.2、3.6、3.0、18.3 m，隔層厚度分別為3.0、3.4、12.2 m，是一口典型的連續薄夾層注水井，采用常規偏心分注工藝，因卡距限制無法實現三級四段細分注水，因此，采用連續薄夾層細分注水工藝，注水管柱為液力錨+雙導向封隔配水器1+K344封隔器+雙導向封隔配水器2+單流閥+篩管+絲堵。

作業穩注2周后進行流量測調。整個測調過程在4h內完成，相對常規偏心測調工藝，測調效率提高50%；雙流量測調儀與井下雙流道可調堵塞器累計進行11次對接，一次成功率達到91.0%；注水量調配結果見表2，4個注水層的配注量滿足地質和工藝要求；對應油井受效率達到50%，井組6口油井日產油由實施前5.2 t/d升至6.4 t/d，增產1.2 t/d。

表2 G6-6井分注層段及測試調配結果

4 結 論

(1) 連續薄夾層細分注水工藝可實現8.0 m油層細分4層注水，最小卡封間距為1.0 m，滿足了連續薄夾層、小卡封間距油層細分注水的需求。

(2) 雙導向封隔配水器和配套雙流量測調儀集成了橋式偏心注水、防返吐配水、大斜度偏心分注和測調一體化優點，測調精度、測調效率和井斜適應性都大幅提高。

(3) 現場應用表明，連續薄夾層細分注水工藝能夠提高薄夾層、小卡封間距油藏的水驅效果，對油田開發后期的穩產、增產具有重要意義。工藝現場應用效果良好，具有推廣應用的巨大潛力。