國(guó)內(nèi)油田分層注水技術(shù)新進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)

張 勇

（中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東 青島 266580）

國(guó)內(nèi)分層注水技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的研究，其管柱已經(jīng)從開(kāi)始的單一固定式管柱發(fā)展為現(xiàn)在多元的能夠適應(yīng)不同油藏、不同井況，并能解決油層之間夾層較小等問(wèn)題的工藝管住，測(cè)調(diào)技術(shù)從開(kāi)始的投球法測(cè)試、投撈芯子發(fā)到到了現(xiàn)在的測(cè)調(diào)一體化，分層注水技術(shù)不斷優(yōu)化發(fā)展[1]。

1 國(guó)內(nèi)分層注水技術(shù)新進(jìn)展

國(guó)內(nèi)油田水驅(qū)動(dòng)用儲(chǔ)量占油田總儲(chǔ)量的 80%以上，年產(chǎn)油占總產(chǎn)量的76%以上，是油田開(kāi)發(fā)的主陣地，目前水驅(qū)油藏已進(jìn)入高含水、特高含水期，進(jìn)一步提高水驅(qū)開(kāi)發(fā)質(zhì)量是關(guān)系到油田持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[2]。近年來(lái)，各個(gè)油田強(qiáng)化分層、測(cè)調(diào)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，注重技術(shù)優(yōu)化和集成配套,推進(jìn)了水驅(qū)開(kāi)發(fā)質(zhì)量的提升。

1.1 創(chuàng)新優(yōu)化分層技術(shù)[3-5]

提高水驅(qū)開(kāi)發(fā)質(zhì)量最關(guān)鍵是提高“三率”，即提高分注率、層段合格率和注采對(duì)應(yīng)率，只有提高了分注率和層段合格率，才能提高注采對(duì)應(yīng)率。

1.1.1 提高分注率關(guān)鍵技術(shù)

影響水驅(qū)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(yīng)影響有效分注；多薄層油藏中，夾層1 m以下影響卡封準(zhǔn)確性，5層以上影響測(cè)調(diào)效率；套損井況影響分注。針對(duì)上述制約因素，國(guó)內(nèi)油田開(kāi)展了高溫高壓密封技術(shù)、封隔器精確定位技術(shù)、錨定補(bǔ)償技術(shù)、小直徑大膨脹比密封技術(shù)攻關(guān)研究并取得突破。

（1）高溫高壓密封技術(shù)。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(chǔ)密封材料，采用丙烯酸鹽和炭黑復(fù)合增強(qiáng)體系，在硫化反應(yīng)過(guò)程中，發(fā)生均聚、接枝共聚以及脫羥基反應(yīng)，提高橡膠分子主鏈的飽和度，增強(qiáng)抗老化和耐溫性能，其力學(xué)性能得到改善和增強(qiáng)。改性氫化丁腈橡膠材料提高了橡膠分子主鏈飽和度，增強(qiáng)了抗老化和耐溫性能，耐溫可達(dá)到 150 ℃ 。其次是密封件結(jié)構(gòu)優(yōu)化，它是采用有限元對(duì)膠筒本體及輔助部分進(jìn)行了非線性數(shù)值分析，優(yōu)化膠筒高度、厚度、倒角、護(hù)罩幾何尺寸，提高和保持接觸應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期有效密封。高壓密封件新結(jié)構(gòu)提高了密封壓力，可達(dá)到35 MPa 。

（2）封隔器精確定位技術(shù)。針對(duì)薄油層油藏層間卡距小，管柱深，自重伸長(zhǎng)影響定位誤差大造成的封隔器定位困難問(wèn)題，研制出了封隔器精確定位技術(shù)，并形成了分注管柱。它是通過(guò)管柱中的機(jī)械定位器監(jiān)測(cè)特殊套管短節(jié)的原理，再結(jié)合地面拉力測(cè)試和激光測(cè)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(diǎn)：

①配水器和封隔器一體化設(shè)計(jì)，減少了配水間距，最小配水間距可以達(dá)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(yīng)最小夾層厚度大于等于1 m。

③注水工具采用了單向閥結(jié)構(gòu)，可以有效防止層間串通和反吐出砂。

④對(duì)于深井采用了錨定補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，能克服管柱蠕動(dòng)。

通過(guò)封隔器、配水器一體化設(shè)計(jì)解決了多薄油層間距小、分層測(cè)調(diào)困難的問(wèn)題，通過(guò)機(jī)械卡封定位器實(shí)現(xiàn)了封隔器在薄隔層中的精確定位，通過(guò)流量計(jì)雙環(huán)境測(cè)調(diào)技術(shù)配套，解決了集成配水測(cè)試問(wèn)題。

（3）管柱錨定補(bǔ)償技術(shù)。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(yán)重，密封承壓降低等問(wèn)題，攻關(guān)研制了管柱錨定補(bǔ)償技術(shù)，并形成了標(biāo)準(zhǔn)化分注管柱。錨定補(bǔ)償分層注水管柱采用了錨定和補(bǔ)償相結(jié)合的方式，水力錨與支撐卡瓦用來(lái)錨定和支撐管柱，避免管柱的蠕動(dòng)，保證封隔器的密封性能，從而延長(zhǎng)封隔器的使用壽命，補(bǔ)償器用來(lái)補(bǔ)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(diǎn)：

①采用錨定補(bǔ)償方式克服了管柱蠕動(dòng)；

②采用肩部保護(hù)和優(yōu)化膠筒結(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)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(shù)解決了高溫高壓深井分注有效期短的問(wèn)題。

圖2 錨定補(bǔ)償管注Fig.2The pipe string of anchor and compensation

（4）小直徑大膨脹比密封技術(shù)。隨著油田注水時(shí)間的延長(zhǎng)，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(huì)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(shù)，并形成了標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)：

①大膨脹比膠筒增加了復(fù)合內(nèi)襯高彈性、高強(qiáng)度金屬骨架，膨脹比達(dá)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(dá)到35 MPa。

此技術(shù)解決了套損、套變修復(fù)井的分注問(wèn)題。

1.1.2 提高層段合格率關(guān)鍵技術(shù)

針對(duì)層間大壓差造成的調(diào)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(wèn)題。國(guó)內(nèi)油田開(kāi)展了降壓增注技術(shù)、防反吐技術(shù)以及分級(jí)節(jié)流控制配水技術(shù)攻關(guān)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(shù)。中高滲油藏注水過(guò)程中，外來(lái)懸浮物、含油以及沿程污染在近井地帶會(huì)使?jié)B透率下降，對(duì)于低滲透油藏粘土膨脹也會(huì)導(dǎo)致近井地帶滲透率下降。滲透率的下降以及賈敏效應(yīng)的產(chǎn)生會(huì)使注水壓力升高，這會(huì)導(dǎo)致很多層出現(xiàn)欠注現(xiàn)象。 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明：在排除機(jī)械雜質(zhì)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(huì)從76%降低到47%。針對(duì)注入水中含油堵塞導(dǎo)致的欠注問(wèn)題，勝利油田研發(fā)了雙子表面活性劑增注工藝技術(shù)。

它的機(jī)理是通過(guò)降低界面（油、水、巖石）之間作用力，來(lái)解除近井地帶有機(jī)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(zhǎng)增注有效期。雙子表面活性劑增注技術(shù)有效地解決了因注水壓力升高而導(dǎo)致的欠注問(wèn)題。

（2）防反吐技術(shù)。國(guó)內(nèi)東部渤海灣地區(qū)砂體以細(xì)砂巖、粉砂巖為主，地層膠結(jié)疏松。針對(duì)中高滲油藏，在停注或反洗井作業(yè)時(shí)，由于油套間壓力的減小，吐聚井會(huì)出現(xiàn)出砂和吐聚問(wèn)題，為此研制出了防返吐技術(shù)，并形成了標(biāo)準(zhǔn)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(shù)原理是通過(guò)防逆堵塞器、防返配水器、密閉擴(kuò)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(guò)油管的竄流均得到抑制，減少了層間竄通機(jī)會(huì)，避免了地層堵塞，延長(zhǎng)了分注有效期。

此技術(shù)解決了吐聚、出砂對(duì)管柱的堵塞問(wèn)題。

（3）大壓差分級(jí)節(jié)流控制配水技術(shù)。當(dāng)層數(shù)大于2且層間注水壓差大于5 MPa時(shí)，調(diào)配難度加大，管注有效期變短。為此研制出了大壓差分級(jí)節(jié)流控制配水技術(shù)，并形成了標(biāo)準(zhǔn)化分注管住(圖5)。

技術(shù)原理：大壓差分級(jí)節(jié)流配水技術(shù)是采用兩級(jí)水嘴和一級(jí)節(jié)流管相結(jié)合的原理，配注量范圍可達(dá)到20~150 m3/d，可實(shí)現(xiàn)層間壓差12 MPa的精確分層配注。

分級(jí)節(jié)流配水技術(shù)解決了層間大壓差分注問(wèn)題。

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

1.2 測(cè)調(diào)一體化技術(shù)[6]

常規(guī)測(cè)調(diào)工藝技術(shù)效率低、精度低，而且注井要求每季度測(cè)一次，測(cè)調(diào)工作量大，測(cè)調(diào)不及時(shí)造成很多分注層段達(dá)不到配注要求，為此勝利油田攻關(guān)了測(cè)調(diào)一體化技術(shù)。其技術(shù)原理是采用電纜攜帶測(cè)調(diào)儀與井下可調(diào)配水器對(duì)接，通過(guò)地面儀器監(jiān)測(cè)流量、壓力，并發(fā)出指令調(diào)整水嘴開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)邊測(cè)邊調(diào)。

針對(duì)不同油藏需求，形成了空心和偏心兩個(gè)技術(shù)系列。它的優(yōu)勢(shì)是測(cè)調(diào)效率提高，水嘴可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)連續(xù)調(diào)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(cè)調(diào)一體化技術(shù)，是帶有滾輪式扶正裝置的測(cè)試儀器，適用井斜達(dá)到60°。

2 國(guó)內(nèi)分層注水技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著油田開(kāi)發(fā)程度的深入和各種復(fù)雜井況的出現(xiàn)，為了進(jìn)一步調(diào)高水驅(qū)開(kāi)發(fā)質(zhì)量，分層注水工藝技術(shù)還需要繼續(xù)發(fā)展提高，發(fā)展趨勢(shì)主要圍繞以下幾個(gè)方面。

智能化分層注采技術(shù)研究。研究井下智能測(cè)控裝置等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)測(cè)調(diào)各層注水量，保證各層注水量實(shí)時(shí)達(dá)到配注，改變目前注水量受固定時(shí)間監(jiān)測(cè)，固定水嘴注水，受工況影響大的現(xiàn)狀。

韻律層細(xì)分注水技術(shù)研究。針對(duì)韻律層開(kāi)發(fā)分注層數(shù)越來(lái)越多的現(xiàn)狀，研究集成測(cè)調(diào)一體化和精確卡封定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)8層以上的細(xì)分注水。

海上長(zhǎng)效注水技術(shù)研究。圍繞 5年長(zhǎng)效注水目標(biāo)，綜合開(kāi)展水質(zhì)、管柱、防砂、調(diào)配、安全控制等技術(shù)的適應(yīng)性評(píng)價(jià)研究，進(jìn)一步優(yōu)化集成，形成適合海上油田的長(zhǎng)效安全注水技術(shù)。

水平井分注技術(shù)研究。水平井注水技術(shù)是一項(xiàng)暫新而有潛力的技術(shù)，與直井相比，水平井注水可形成線性驅(qū)動(dòng)，推遲注入水突破時(shí)間，提高波及效率、改善油藏開(kāi)發(fā)效果。目前國(guó)內(nèi)油田水平井注水主要采用常規(guī)籠統(tǒng)合注，以后要攻關(guān)解決水平井分注測(cè)調(diào)儀器的投撈問(wèn)題，并推廣水平井分層注水技術(shù)在國(guó)內(nèi)油田的應(yīng)用。

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