橋式同心分層注水技術在ZD油田的應用效果分析

張偉杰，雷宏，關竹林，張杰，鄒家樂，姜鵬飛

1.延長油田股份有限公司志丹采油廠（陜西 延安 717500）

2.陜西延長石油（集團）有限責任公司（陜西 西安 710065）

ZD油田位于鄂爾多斯盆地西南部，是較為典型的低孔低滲油氣聚集地區，其地質結構相對較為復雜，開發層系較多較細。由于各層段滲透率不同等地質因素，ZD油田注水開發初期采用全井籠統方式注水開采，出現了高滲透率儲層大量吸水，低滲透儲層吸水量較小，甚至不吸水的狀況，導致注入水波及效率低、水驅開發效果差、含水上升快等問題。隨著油田注水開發調整，部分注水井采用橋式偏心分層注水工藝，一定程度緩解了層間矛盾，但該工藝測調工具機械結構復雜，測調需要反復操作，儀器遇阻、遇卡率高，使得作業周期長、風險大、效率低。針對上述問題，提出在ZD 油田采用橋式同心分層注水技術來改善注水開發效果。

1 ZD油田分層注水開發現狀

隨著油田開發進入中后期階段，ZD 油田層間矛盾不斷暴露，儲層平面上和剖面上吸水存在差異，油井注水見效程度差異較大，部分油井在較短生產時間內發生水淹，水驅油效果變差。根據近兩年吸水剖面測試情況，ZD 油田層間矛盾突出，主力層長61聲波時差在240 μs 以上，滲透率在2.5×10-3μm2以上；其他層段聲波時差一般在220 μs 左右，滲透率在0.6×10-3μm2左右。

截至目前，ZD油田水驅控制面積1 001.79 km2，水驅控制儲量4.33×108t，水驅控制程度87.68%，主要注水開發層位為長6 油層。建成注水站223 座，日注水能力4.48×104m3，注水井數4 222 口，開井數3 381 口，其中分層注水井727 口，分層注水井占比17.21%，采用橋式偏心分層注水工藝技術，分層數為2～3級。橋式偏心分層注水工藝技術測調需要精確的機械導向完成測調工具的定位及配水器、堵塞器調節頭的對接，測調工具機械結構復雜，測調需要反復操作，以致作業周期長、風險大、效率低，給注水開發帶來很大困擾。

2 橋式同心分層注水技術研究

2.1 分層注水技術分析

20 世紀60 年代初期，研究出的固定式分層注水配套技術，較好地緩解了層間矛盾。而在實際應用過程中調配注水量與測試工藝比較復雜，該分層配水器用投撈的方法，調節和更換水嘴來調整各層段注水量[1]。各油田逐步進入中高含水期，特別是一些低滲透油田相繼采用注水開發，其注水井分注層數增加、注入壓力不斷升高，為此研制出偏心分層注水技術，該分層注水技術不僅可以用投撈調配各層段注水量，而且有效地解決了封隔器驗封和分層測試等難題[2]。同時封隔器類型由水力擴張式進一步發展到水力壓縮式，顯著增加了配水管柱的使用期限[3]。但其測調工具機械結構復雜，測調需要反復操作，為了簡化測試工藝，提高測試效率和資料的準確性，提出了橋式同心分層注水技術，其不受分層層數的限制[4]，測試時能夠避免層間干擾。

現將各分注技術優缺點進行對比，見表1。結合ZD 油田目前分層注水實際現狀及后期精細注水開發具體要求，優選出橋式同心分層注水技術，該技術將分注工藝與測調技術創新配套，形成機電一體化為核心的單純電纜高效測調技術，縮短分層注水測調周期，提高測調準確率，進一步滿足了精細注水開發的需求。

2.2 橋式同心分層注水技術

橋式同心分層注水技術采用斜井封隔器將各注水層位分隔開，使用橋式同心配水器為各注水層位注水，地面控制器通過電纜與同心電動井下測調儀連接，控制井下儀器，同心電動井下測調儀與配水器同心對接調節注水量，數據采集控制系統實時在線監測井下流量、溫度和壓力，實現流量調配和測試同步進行[5]，如圖1所示。

圖1 橋式同心分注技術示意圖

橋式同心測調系統主要由同心測調儀、橋式同心配水器、電動驗封儀、地面控制器、輔助設備、電纜測井車等組成[6]。其中橋式同心配水器與分注管柱一起下入，內部裝有可調水嘴；由電纜將同心測調儀器下入分注管柱中，與井下測調工作筒對接，地面直讀調節流量；地面控制器，在地面通過電纜讀取流量壓力溫度參數，并控制測調儀器調節井下可調水嘴。

橋式同心配水器是該分層工藝技術的核心部分[7]，主要由上接頭、主體筒、定位機構、同心活動筒、外筒、可調水嘴、固定座以及下接頭組成（圖2）。同心配水器技術參數：最大外徑為Ф114 mm；總長度為640 mm；內孔最小通徑為46 mm；工作溫度為-30～150 ℃；壓力≤60 MPa；流量為0～1 000 m3/d。

圖2 橋式同心配水器

2.3 橋式同心分層注水技術配套改進

2.3.1 配水器定位方式設計改進

將配水器“滑梯式”旋轉導向變為“平臺式”定位對接[8]，測調儀不需要側向調節臂，無需快速下放測調儀俯沖對接，簡化了測調儀器結構，提升了定向井對接成功率（圖3）。

圖3 配水器定位對接方式對比

大斜度井測調成功率由72%提高到90%，配水器跨距由10 m 降至2 m，20 m 層段可由2 層細分到4～5層。

2.3.2 橋式同心水嘴與配水器一體化集成設計改進

相比橋式偏心，橋式同心水嘴與配水器一體化集成設計，無需投撈，水嘴不易堵塞，在采出水回注井具有較好適應性[9]。橋式同心分注，可調式水嘴外徑Φ52 mm，出水口Φ9 mm，優選氧化鋯陶瓷材料，完全關閉狀態下水嘴密封性好。

2.3.3 機電一體化測調設計改進

將分注技術與測調技術創新配套，形成機電一體化為核心的單純電纜高效測調技術，轉變調配模式（圖4），提高測調效率和精度。同心電動井下測調儀，動力傳遞設計為同心連桿機構，儀器下井后可對任意層進行調節[10]，一次下井可完成全井測調任務，兩層分注井平均測調時間由1 d 縮短到3～5 h，3～5層分注井測調時間由2～3 d 縮短到6～8 h。

圖4 測調模式對比

3 應用分析

3.1 現場應用

橋式同心分層注水技術在ZD 油田推廣應用了82口井，現場施工成功率100%，層段調配效果合格，水井調配、水量驗證等技術質量合格，達到預期指標。第一批實驗井實施情況見表2。

表2 橋式同心分注試驗井調配效果統計

以X2井應用為例，X2井2014年12月轉注，注水層位為長6，目前日注水10 m3,累計注水20 820 m3，該井生產數據見表3。

表3 X2井生產數據及地質配注要求

該井于2019 年10 月進行橋式同心分層注水施工，測試前和測試后流量數據情況如圖5所示。

圖5 X2井測試前和測試后流量數據

該井經過同心測調儀調配水嘴開度大小，待注水穩定后，經測調儀測試，儀器回放數據顯示：上層長61層注入量為6.11 m3/d，下層長62層注入量為3.97 m3/d，達到地層配注要求。

3.2 應用效果分析

3.2.1 小水量井測調精度高

ZD油田目前日注水量2.73×104m3，平均單井日注水量8.08 m3，單井日注水量較小，常規分層注水調整注水量需要更換不同直徑的水嘴，測調時需要多次投撈堵塞器，工作量大，調配效率低，而且水嘴大小間隔為0.2 mm，水嘴大小變化不連續，使得常規分層注水量調節也不連續，最終調配精度比較差，無法真正實現精細化注水[11]。橋式同心電纜測調和橋式偏心相比，水量調節精度提高近2.5倍，測調儀器轉速由2.5 r/min調整到1 r/min，活動水嘴軸向移動距離由5 mm/min調整到2 mm/min，對于同一出水面積64 mm2，分辨率由0.33 mm2/s 提高到0.13 mm2/s，大幅提高測調精度，應用效果見表2中上、下層配注調整前后數據對比。

3.2.2 降低大斜度井測調難度

ZD 油田采用叢式井組開發，注水井井斜較大（井斜角大于55°），導致注水井管柱發生蠕動，縮短了管柱的使用壽命。橋式偏心注水工藝，由于使用的固定水嘴，為了使各層配水量達到地質要求，需要反復投撈水嘴。然而投撈水嘴具有一定難度，特別是大斜度井投勞水嘴時的對接成功率非常低，調配效率較低，調配一口合格的注水井需要2～3 d，甚至更高[12]。橋式同心配水器采用可調水嘴和配水工作筒為一體化結構，不需要投撈水嘴，使用電纜作業方式，流量調節與測試同步進行，一次下井可完成全井各層流量調配任務，地面可視化操作，測調結果直接讀取，大幅度提高測調效率[13]。

3.2.3 減少作業量，提高經濟效益

橋式偏心分層注水與橋式同心分層注水施工作業流程對比，如圖6所示。

圖6 橋式偏心分注與橋式同心分注測調作業流程對比

若按一次投、撈作業價格1 200元估算，橋式偏心分注調配需作業7 趟，橋式同心分注調配作業2趟，較橋式偏心分注減少了5 趟作業，節約了6 000元，3年有效期內需調配6次（每半年調配1次）共計節約了3.6萬元。而橋式同心分注每口井作業指導價為5.95 萬元，橋式偏心分注作業指導價4.6 萬元。綜合比較后，采用橋式同心分注每口井節約了2.25萬元（表4），達到了降本增效的目的。

表4 橋式偏心分注與橋式同心分注作業費用對比

4 結論與建議

1）ZD 油田采用橋式同心分層注水技術施工的82 口井均正常運行，注水井調配、水量驗證等技術質量均合格，達到預期指標。

2）橋式同心分層注水技術通過配套改進并實施，現場試驗表明，較原有橋式偏心分層注水而言，橋式同心分層注水技術在注水井水量調節精度方面提高了2.5 倍；一次測調工作量減少到2 趟，同時每口井節約了2.25萬元，大幅度提高了生產效率及經濟效益，達到降本增效的目的。

3）為確保井下注水正常，達到地質配注要求，必須保證注水壓力正常，波動范圍不超過1 MPa。建議定期實施反洗井措施，確保地層注水正常，建議每個季度進行一次調配作業。