分層注水管柱在渤海BZ油田水平注水井中的創(chuàng)新應(yīng)用

郭英磊，鄒德昊，阮新芳，顧津龍，盧軼寬，李金澤

[ 1．中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司 天津 300457；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300457]

0 引 言

注水是保持地層壓力、提高油田最終采收率的一種有效手段。渤海油田儲(chǔ)層易出砂、層數(shù)多，不同層位儲(chǔ)層物性參數(shù)差別大，且縱向非均質(zhì)性嚴(yán)重，在注水開發(fā)過程中，多采用分段防砂完井方式。注水開發(fā)是渤海油田最常用的開發(fā)方式，目前海上水平注水井共有113 口，占總注水井?dāng)?shù)的13.3%；水平井產(chǎn)量占總產(chǎn)量的41.5%，可見水平井產(chǎn)量對(duì)于整個(gè)渤海油田的產(chǎn)量貢獻(xiàn)非常可觀。通常水平注水井采用籠統(tǒng)注水，由于指進(jìn)現(xiàn)象嚴(yán)重，水驅(qū)效果嚴(yán)重受限，層間矛盾進(jìn)一步突出，且受益井易含水突破，影響油田水驅(qū)開發(fā)效果。實(shí)現(xiàn)水平井精細(xì)注水已成為渤海油田穩(wěn)油上產(chǎn)亟待解決的問題。

1 注水井分注工藝技術(shù)概況

海上油田多采用平臺(tái)式開發(fā)，井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，普遍為大斜度井。海上分層注水工藝發(fā)展至今，經(jīng)過在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中的不斷技術(shù)升級(jí)與完善，先后開發(fā)了籠統(tǒng)注水、多層分段注水、智能注水等工藝，形成了以一投三分、空心集成、同心分注、邊測(cè)邊調(diào)、有纜智能注水、無纜智能注水等適用于海上各種井況的分層注水技術(shù)［1-2］，并取得了良好的應(yīng)用效果，為渤海油田增儲(chǔ)上產(chǎn)提供了注水力量。

1.1 分注技術(shù)發(fā)展階段

第一階段：1996—1998 年，借鑒陸地油田經(jīng)驗(yàn)，開始海上注水技術(shù)的初期探索。以大慶油田為主要代表的陸地油田普遍應(yīng)用偏心配水器，采用鋼絲投撈配合作業(yè)，適用于直井及小斜度井（≤35°）。此工藝單層注入量較小，且在大斜度井中鋼絲投撈成功率低，無法滿足海上大斜度井高分層配注量。因此，需研發(fā)一款適用于海上井況的同心分層注水工藝。

第二階段：1999—2007 年，實(shí)現(xiàn)渤海油田多層段、大斜度井、大排量分注。為滿足海上油田注水井井斜大、注水層數(shù)多、單層配注量大等工藝需求，經(jīng)過一系列技術(shù)攻關(guān)和研發(fā)，先后開發(fā)了“一投三分”、同心分注、空心集成等一系列可投撈同心分注技術(shù)，滿足了6 層以內(nèi)、井斜不超過60°、單層配注量不超過700 m3/d的注水需求。

第三階段：2008 年至今，分注技術(shù)改進(jìn)，進(jìn)一步提高測(cè)調(diào)效率和分注管柱的長(zhǎng)效性。可投撈式分層注水工藝在調(diào)配時(shí)，需鋼絲作業(yè)配合，隨著注水井?dāng)?shù)增多及調(diào)配工作量增加，調(diào)配施工周期長(zhǎng)、占用平臺(tái)場(chǎng)地空間大，影響油田提質(zhì)上產(chǎn)效率。因此，對(duì)注水井測(cè)調(diào)效率和精度提出了更高的要求。邊測(cè)邊調(diào)分層注水技術(shù)能夠免去鋼絲反復(fù)投撈水嘴的調(diào)配過程，運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)，利用地面測(cè)調(diào)儀直接讀取流量值，便捷高效，在線完成整個(gè)調(diào)配過程，大幅縮短了調(diào)配工期［3-7］。

油田注水技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用根據(jù)其自身油藏地質(zhì)及井況特點(diǎn)，經(jīng)過不斷研究和技術(shù)創(chuàng)新，配水工藝從籠統(tǒng)注水發(fā)展到分層注水，從起下管柱發(fā)展到投撈水嘴調(diào)整開度，再到地面直讀測(cè)調(diào)，資料錄取從單參數(shù)到多參數(shù)。分層注水管柱從固定式分層注水、活動(dòng)式分層注水、常規(guī)偏心分層注水發(fā)展到同心分層注水，配套測(cè)調(diào)技術(shù)從鋼絲投撈發(fā)展到鋼管電纜直讀測(cè)調(diào)［8-10］。

1.2 水平井分注技術(shù)

水平注水井管柱下入深度在跟部或跟部以上，受到管柱下入深度和井斜等因素限制，無法實(shí)現(xiàn)常態(tài)化吸水剖面測(cè)試，缺乏吸水剖面測(cè)試資料，無法有效指導(dǎo)實(shí)施酸化解堵、堵水等增產(chǎn)措施［12］，導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)針對(duì)水平井井段吸水剖面差異化的精細(xì)調(diào)驅(qū)。水平井精細(xì)調(diào)驅(qū)需求迫切。

海上水平井產(chǎn)液剖面及注水剖面不均勻的一個(gè)重要原因在于完井時(shí)多數(shù)未進(jìn)行分段開發(fā)完井，直接導(dǎo)致油田見水后含水上升快，注采矛盾日益突出。基于海上水平井均衡注水需求，應(yīng)滿足以下3 點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)要求：一是實(shí)現(xiàn)均衡注水，改善注水效果；二是滿足水平段的吸水剖面測(cè)試；三是輔助水平井調(diào)驅(qū)工藝，保障調(diào)驅(qū)效果最大化。

2 水平注水井分層注水管柱特點(diǎn)及技術(shù)參數(shù)

2.1 水平井分層注水管柱特點(diǎn)

針對(duì)海上油田水平注水井目前單點(diǎn)注入的特點(diǎn)，提出水平段跟、趾部分開注水的設(shè)想，結(jié)合海上油田不動(dòng)管柱作業(yè)的特點(diǎn)，在注水井井斜小于60°的位置下入一套分層注水工具。用新加入的封隔器進(jìn)行油套環(huán)空隔離；分注管柱帶有徑向和軸向2 個(gè)注水通道，分別對(duì)應(yīng)水平段井跟部和趾部注水。管柱內(nèi)通徑不得小于52 mm，以保證后期測(cè)試工具串（鋼絲/電纜）的通過；分注工作筒內(nèi)下入可投撈配水器，通過調(diào)節(jié)水嘴大小控制水平井跟部和趾部的注水量，實(shí)現(xiàn)水平井跟部、趾部分段注水和調(diào)配，從而有效控制水竄速度，延長(zhǎng)油井無水采油期［11-14］。具體水平注水井分注管柱示意圖見圖1。

圖1 水平注水井分注管柱示意圖Fig.1 Schematic diagram of layered water injection string in horizontal water injection well

改進(jìn)后的管柱具有雙向注入通道，將水平井注水由單點(diǎn)注入改為多點(diǎn)注入能夠滿足鋼絲/電纜工具串下入要求。其配水器分為軸向有水嘴和無水嘴結(jié)構(gòu)，需要控制趾端注水量時(shí)，下入有水嘴結(jié)構(gòu)的平衡注水配水器，通過調(diào)節(jié)水嘴的大小實(shí)現(xiàn)注水量的控制；若不需要控制趾端注水，則可下入無水嘴結(jié)構(gòu)的配水器。平衡注水工藝實(shí)現(xiàn)了水平井跟端、趾部分流注水和分層調(diào)配，實(shí)現(xiàn)了水平井常規(guī)手段的吸水剖面測(cè)試常態(tài)化，增加了定位旁通，使管柱定位更精確；同時(shí)，能夠輔助調(diào)剖、調(diào)驅(qū)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了海上油田水平井調(diào)剖調(diào)驅(qū)效果最大化。

2.2 技術(shù)參數(shù)

①適用于海上長(zhǎng)水平段注水井，滿足最大注入量800 m3/d。

②滿足耐壓35 MPa，耐溫120 ℃。

③工藝管柱最小內(nèi)徑52 mm（配水器芯子）。

④工藝管柱滿足鋼絲/電纜工具串下入要求。

3 水平分注管柱現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 吸水剖面測(cè)試

對(duì)BZ油田C井（注水井）實(shí)施氧活化吸水剖面測(cè)試，正/反注水（跟部/趾部注水）的剖面測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)從注水優(yōu)勢(shì)層位遠(yuǎn)端為起始注水點(diǎn)時(shí)，能小幅抑制主吸水層的吸水量，同時(shí)能夠加強(qiáng)其他吸水較差層位的吸水能力，使得整個(gè)注水剖面相對(duì)更均勻，延緩了受益油井含水突進(jìn)，提高了注水開發(fā)的效果，見表1。

表1 C井（注水井）水平段測(cè)試結(jié)果Tab.1 Test results of horizontal section of well C（water injection well）

3.2 調(diào)驅(qū)應(yīng)用

BZ油田C井隨后實(shí)施在線調(diào)驅(qū)，針對(duì)水平井井型及不同段塞的體系特點(diǎn)，利用水平井分注水管柱，實(shí)現(xiàn)了調(diào)驅(qū)體系中不同強(qiáng)度體系的定點(diǎn)注入。

調(diào)剖段塞：僅在水平井趾部下入帶孔管，用于定點(diǎn)注入調(diào)剖段塞體系（強(qiáng)度大，用于封堵優(yōu)勢(shì)通道）。驅(qū)油段塞：平衡注水工作筒，特制芯子，井筒中改變液流方向，環(huán)空注入驅(qū)油段塞體系（深部驅(qū)替，用于擴(kuò)大波及）。

結(jié)合氧活化測(cè)試結(jié)果，調(diào)驅(qū)過程中，利用管柱特點(diǎn)，通過定點(diǎn)注入不同強(qiáng)度體系，有效封堵水流優(yōu)勢(shì)通道，抑制注水突進(jìn)，啟動(dòng)低吸水層段，擴(kuò)大波及，實(shí)現(xiàn)深部驅(qū)替和液流轉(zhuǎn)向，見圖2。

圖2 調(diào)驅(qū)前后吸水剖面圖Fig.2 Water absorption profile before and after profile control

實(shí)施調(diào)驅(qū)后，兩口受益油井降水增油效果明顯。井組含水下降5%，日增油達(dá)30 m3（凈增油），累增油約0.69 萬m3，起到了良好的穩(wěn)油控水效果，見圖3。

圖3 C井組注采生產(chǎn)曲線Fig.3 Injection production curve of well cluster C

4 結(jié) 論

①水平分注水管柱有徑向和軸向2 個(gè)注水通道，可分別對(duì)水平井跟部和趾部進(jìn)行注水，實(shí)現(xiàn)水平井分段注入。

②通過更換平衡注水芯子上水嘴的大小，控制了水平井跟部和趾部的注水量，從而實(shí)現(xiàn)了水平井跟端、趾端選擇性分流注水和分流調(diào)配。BZ油田已現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用5 井次，作業(yè)成功率100%，改變了水平注水井長(zhǎng)期籠統(tǒng)注水的狀況，穩(wěn)油控水效果顯著。

③該管柱不僅滿足后期不動(dòng)管柱測(cè)試和調(diào)配的需求，還能保證測(cè)試、措施效果的成功率，有效改善水平井開發(fā)存在的注采矛盾，從而提高水驅(qū)開發(fā)效果，對(duì)海上油田其他水平井具有重要的推廣意義。■