壓電控制開關分注技術提高注水效果的探索與實踐

宋祖廠 蓋旭波 劉揚 竇守進 孫桂玲 張樂

（大港油田采油工藝研究院）

壓電控制開關分注技術提高注水效果的探索與實踐

宋祖廠 蓋旭波 劉揚 竇守進 孫桂玲 張樂

（大港油田采油工藝研究院）

大港南部油田層系多，層間矛盾突出，層間剩余油潛力高，為提高注水開發效果和低滲油藏的動用開發程度，開展了壓電控制開關分注工藝技術先導試驗。實踐證明實施分注工藝技術能夠提高低滲透油田的注水開發效果和注入水利用率，減少無效、低效注水，達到了節能降耗的目的。

注水 分注 壓電控制開關 節能降耗

大港油田東臨渤海，地跨津、冀、魯，勘探開發總面積達18 716 km2，其中灘海2 758 km2，石油資源蘊藏量超過20×104t，天然氣資源蘊藏量3 800×104m3。開發近50年，主力區塊已全面進入注水開發中后期，自營區注水開發儲量占投入開發儲量的75%，其中80%以上的產量來自于注水開發油藏，注水開發已經成為維持地層壓力、提高油藏采收率、確保老油田穩產的重要手段，在老油田增產、穩產中的作用也越來越突出[1]。

注水系統是用管網將水源、水處理站、注水站、配水間、注水井等連接而成的系統。截至2009年底，大港油田注水井共有1 700口，其中分注井520口。已建成注水站70座，注水泵282臺，其中柱塞泵站65座，柱塞泵264臺，離心泵站6座，離心泵18臺；注水罐119個；注水干線322 km，單井注水管道630 km；新建及改擴建污水處理站16座。作為耗能大戶的注水系統，其耗電量是巨大的，2009年大港油田耗電總量為9.04×108kWh，而注水系統則達2.49×108kWh，占近30%。

隨著大港油田勘探開發的深入及注采井網不斷調整，目前仍存在著注水技術落后，區域間注水量不平衡，水資源得不到有效利用，部分注水站能力不足，地面注水系統配套設施泵效低、能耗高等問題。因此，實施先進的分注技術已成為大港油田開發中解決層間矛盾、有效控水穩油、提高注水波及系數和采收率的主要手段，也是油田提高注水開發效率和節水節能降耗的根本措施，對于提高油田經濟效益，實施“精細注水、有效注水”和低成本開發戰略具有重要的意義[1]。

南部油田負責開發的區塊油層跨度大，層系多，層間差異大，存在著嚴重的層間矛盾，注水開發層間動用程度差別大，層間剩余油潛力高。為了解決以上問題，提高注水開發效果，2008年5月25日在官15-4井開展了兩級三段壓電控制開關分注技術先導試驗，并取得了顯著經濟效益。

1 南部油田注水能耗與節能潛力分析

1.1 注水現狀

大港南部油田所管轄的南部地區，沿斷層發育了棗園、王官屯、小集、段六撥、烏馬營、舍女寺、葉三撥共9個開發區，動用含油面積108.2 km2，地質儲量2.59×108t，水驅儲量1.79×108t，水驅采收率20.0%。經過30多年的開發，南部油田主體上已經進入高含水后期，由于南部油田油層埋藏較深、油藏類型多、斷塊破碎復雜，且較多區塊以中低滲透油藏為主，造成層間吸水差異大，矛盾突出。從1986年開始，在王官屯官80和小集官938塊應用分注工藝來解決層間矛盾的問題，分注工藝初期是以一級兩段偏心分注為主，逐漸發展到兩級三段偏心分注，到1995年分注井達到24口，分注井油層動用程度達到70%，層間治理見到了明顯效果。1996年以后，由于封隔器有效期短、偏心分注投撈測配工作無法正常開展等各種因素的影響，南部油田的分注工作處于停滯狀態，如表1所示。

表1 南部油田近幾年分注變化情況統計

南部油田注水系統所用水源均為經污水站處理之后的油井開采廢水和地下清水，但所采用的注水工藝因受地質構造、油層物性和埋藏深度等因素的制約，目前主要以籠統注水為主。籠統注水是不同注水層在同一注水壓力下的油管注水，它反映了某一壓力條件下地層在縱向上的自然吸水狀況和非均質性，在油田開發初期或新井投注時多采用籠統注水方式。在籠統注水條件下，高滲透、連通好的低壓層大量吸水，而低滲透、連通差的高壓層則吸水量小，甚至不吸水。長期對多個油層進行籠統注水，會加劇層間矛盾，使地層非均質性更加嚴重，而且影響注水開發效果[2]。

由于南部油田長時間的大套合采合注和注水沖刷，層間矛盾加劇，造成高滲透層吸水能力越來越強，低滲油層動用程度逐年下降，形成無效注水，制約南部油田注水開發水平的提升，嚴重影響著油田開發效益和注水開發效果。目前南部油田注水開發面臨的主要問題包括：

1）隨著低滲透油藏投入開發，欠注井增多。

2）受層間矛盾突出、治理難度大等影響，油層動用程度較低。

3）地面供注水系統和單井管道腐蝕結垢嚴重，注水壓損較高，能耗高。

4）注水工藝技術難以滿足開發需求。

1.2 能耗因素

南部油田低滲透油層占較大比重，其油層薄，層間滲透率差異大，注水壓力高，自轉入注水開發以來，采用籠統注水方式。在油田開發的電力消耗中，注水系統占近30%，因此注水系統是實現節能降耗的重點，一般注水系統耗能高的原因主要有[3]：

1）注水泵泵效低。

2）由于管柱腐蝕結垢嚴重，壓降損耗大，注水壓力高。

3）南部油田水質差，礦化度高，水處理技術落后，致使油層易發生堵塞，注水井吸水能力下降快。

4）由于低滲油層吸水能力有限，籠統注水條件下形成無效注水，注入水利用率低，致使注入水大部分注入主力層，并超注，而非主力層欠注，使注入水利用率低。

1.3 節能潛力分析

由于南部油田注水水質礦化度高，管網腐蝕結垢嚴重，注水壓力高，存在著爆管、暗漏等現象，經過多年的開發，目前地下情況已經發生很大變化。在注水開發中有可能形成無效注水，無效注水不但會造成水量損失，而且有大量能量浪費，這是油田開發效益的隱形損失，也成為學者日益研究的重點。如果要降低石油開發的萬元產值耗水率，就需要進行技術研究和建立相應的指標評價體系，這是加大老井綜合調整和措施挖潛力度，不斷提高油氣開發整體水平和最終采收率，確保儲量資源盡可能多地轉化為產量和效益的潛力所在，也是節水節能降耗工作的研究重點。

2 壓電控制開關分注技術的試驗應用與效果

2.1 技術原理

壓控開關工具主要由機械和電氣兩大部分組成，機械部分包括工作筒、開關器等機構；電氣部分包括接收器、數據存儲器、檢測電路、電動機、鋰電池等組成，其結構如圖1所示。該工具技術原理是在地面打壓，通過壓力波動信號轉換為數碼來控制壓控開關的開啟、關閉和開啟程度，同時流道開啟有16個擋來控制，通過調節開啟程度來實現不同的配注量。具體工作流程在地面預設特定壓力控制信號，開關下入井中后，需要改變水量時，井口閘門控制輸入特定的壓力信號，相應的壓控開關接收信號后發生動作，改變水嘴，調整水量[4]。

2.2 技術特點

1）工具隨管柱入井，無需投撈測配，解決了目前偏心分注投撈測配成功率低的難題。

2）開關孔采用合金材料，不結垢，不堵塞，使用壽命長。

3）通過地面打壓控制調節配注量，調控方便、簡單。

4）施工周期短，壓控開關工具無極限制，可任意頻繁調控。

2.3 現場應用

官15-4井位于黃驊坳陷孔店構造王官屯油田官15-2斷塊，該井注水層間矛盾突出，吸水剖面顯示其頂部生物灰巖14號層和底部29號層吸水強度大，中間層吸水強度小、動用程度差。為抑制層間矛盾，提高油層動用程度和水驅開發效果，需對該井實施兩級三段分注，控制14和29號層注水同時加強中間層位注水以提高開發水平。

該井油層深度超過2 100 m，要求兩級三段分注，管柱結構示意見圖2。為保證管柱的有效期，第二級封隔器采用Y441封隔器，提高了管柱的防蠕動性能，同時為盡量避免水中雜質對壓電控制開關的影響，在地面井口優選配套安裝了井口過濾器。籠統注水時各層段流速變化曲線如圖3所示。可見，由于層間矛盾突出，上下兩高滲油層吸水強度很大，中間低滲層段吸水強度小，形成無效注水；而實施壓控開關分注技術后，高滲透層段的吸水強度降低，而低滲層段的吸水強度則得到增強，層間矛盾得到明顯改善，這樣就提高了低滲油層的動用程度和水驅開發效果（圖4）。采用不同注水工藝技術時的流場變化見圖5、圖6。

2.4 效果分析

該技術現場試驗一次成功，官15-2和官15-0 2口受益油井取得良好增油效果，其中對應油井官15-2初期含水下降，油量上升，明顯見效；而官15-0井經過分注加強了沙三下砂巖注水培植，并且對沙三下油層實施了補孔挖潛，初期日增油3 t以上，并保持穩定，效果顯著（表2）。

表2 分注措施實施后受益油井增油效果

可見，在低滲油藏中實施壓電控制開關技術進行分注后，官15-2和官15-0兩口受益油井到2009年2月共累計增油911.5 t，如按照原油每桶75美元計算，共增加收入321×104元，經濟效益非常可觀。

同時在低滲油層實施分注工藝后官15-2井節水降耗效果也更加明顯。自2008年5月官15-4井實施分注措施后，到2009年2月共產油4 008.62 t，產液7 525.06 t，提水僅3 516.44 t。若不采用分注注水配套工藝技術，在產同樣多的原油情況下，則產水6 012.93 t，這也就意味著少提水或少注水2 496.49 t。若以2008年大港油田的平均注水單耗值8.13 kWh/m3和注水系統效率74.9%來計算，則2008年官15-2井共節電2.7×104kWh，節約電費共計1.9×104元（電費0.70元/m3）；而每立方米水注入費用為14.56元，則節約費用3.63×104元，共計節約費用5.53×104元。

3 結論

1）針對大港南部油田層系多、層間差異大、層間剩余油潛力高的特點，為提高注水開發效果，提高低滲油藏的動用開發程度，開展壓電控制開關分注工藝技術研究和推廣應用，能夠提高該油田的注水開發效果和注入水利用效率，減少無效、低效注水，達到節能降耗的目的。

2）隨著大港南部油田開發的不斷深入，針對惡劣的井況條件和水質問題，注水單耗會越來越高，只有不斷地完善該分注工藝及配套技術，才能提高油田開發效益和注水開發效果，實現注水系統節水節能降耗的目的。

[1]許鐵民,任三海,梁惠勳．扎實推進節能節水工作促進大油田建設和可持續發展——中國石油大港油田公司節能節水工作概述[J].資源節約與環保，2008,24(3):8-10.

[2]趙士華,姬紅曉,郝身立,等.五參數注入剖面測井解釋問題的分析探討[J].石油儀器,2008,22(5):68-70.

[3]張芝,李淑英,王興武.提高低滲透油田分層注水系統效率 實現節水降耗的注水工藝配套技術[J].油田節能,1995(8):43-47.

[4]王中華,逯瑤,郝利華.壓電控制開關找堵水工藝現場應用探討[J].油田節能,2007,18(3):14-16.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.07.004

宋祖廠，2009年畢業于中國石油大學（華東），碩士，助理工程師，從事分注工藝設計、井下工具研發及有限無限元仿真模擬等方面的工作，E-mail：songzuchang@163.com，地址：天津大港油田采油工藝研究院注水工藝室，300280。

2011-08-02）