[科普中国]-分层配注

简介

在油田注水开发过程中，如果油层厚度大、射开层位多、非均质性严重,往往就造成注人水沿高渗透层指进、注水波及体积减小、水驱效果降低，尤其是非均质性突出的稠油油田，注人水指进现象更严重，最终影响油田注水开发效果。为避免注人水沿高渗透层窜流导致油井过早水淹，要根据注水井各地层吸水情况进行分层配注，以确保注人水在各层段均匀推进。1

注水是油田开发的基础，目前已形成了一系列适应不同油藏地质条件、适应不同井型的分层注水工艺和配套测试工艺。随着老油田开发的不断深入和各种复杂类型油田投入开发，需要进一步提高分层注水工艺的适应性和配套程度，今后要大力推广桥式偏心分层注水工艺，发展新型高效的分层注水工艺和测试调配工艺，向智能化、自动化、一体化方向发展，同时，要强化注水技术管理，努力实现“注好水、注够水、精细注水、有效注水”，达到控制老油田含水上升速度、控制产量递减及提高水驱采收率的目的，满足不同阶段、不同油田地质条件下注水开发油田对分注工艺的需要，确保水驱开发油田高水平开发。2

分层注水技术发展概述注水是保持油层压力、实现油田高产稳产和改善油田开发效果的有效方法。中国油田储集层中 92%为陆相碎屑岩沉积，纵向非均质性强，注水开发过程中注入水易沿高渗层水窜。为提高水驱油田总体开发效果，应加强中、低渗透层注水。发展分层注水技术，实现多油层有效注水，是高含水后期、特高含水期继续提高水驱采收率的主攻方向之一。

多年来，为满足油田不同开发阶段的技术需要、解决油田开发层间矛盾、实现高效有效注水，经过不断研究和技术创新，配水工艺从笼统注水发展到分层注水，从起下管柱调整发展到投捞水嘴调整、地面直读测调，资料录取从单参数发展到多参数、从卡片划线发展到电子存储、地面直读。分层注水管柱从固定式分层注水、活动式分层注水、常规偏心分层注水发展到同心集成分层注水、桥式偏心分层注水，配套测调技术从钢丝投捞发展到钢管电缆直读测调。现阶段“桥式偏心+钢管电缆直读测调”因为其在测试方面的优势已经成为中国油田注水井的主体分注技术，该项技术大幅度提高了注水井的测调效率，取得了显著的经济效益和社会效益。3

国外的分层注水工艺相对简单，配水主要采用井口流量调节器定量配水，不需井下流量测试，不配套专门的井下流量测试技术。注水过程中不需洗井，所以注水封隔器没有洗井通道，管柱的寿命一般能达到 3a 以上。国内油田的分层注水技术，无论从技术水平、细分程度还是应用规模上都达到了很高的水平，处于国际领先地位。3

现阶段分层注水工艺技术水平桥式偏心分层注水工艺管柱桥式偏心分层注水工艺管柱由 Y341 可洗井封隔器、桥式偏心配水器、堵塞器、水力循环凡尔等组成。配水器在常规偏心配水器基础上增加了桥式通道。桥式偏心配水器主体上有直径 20 mm 的偏孔，用以坐入配水堵塞器，周围有 5个桥式过流通道，主体中心是直径 46 mm 的主通道，用于投捞工具及测试仪器的通过4。

钢管电缆直读测调技术钢管电缆直读测调技术综合了机电一体化技术、计算机控制技术、通信技术、传感器技术、精密机械传动技术等，系统由电动测调仪、电缆绞车、地面控制系统等 3个部分组成5。井下电动测调仪与桥式偏心配水器的堵塞器对接，实现流量自动调整，无需投捞堵塞器。同时对井下流量、压力、温度等信号在线采集，实现压力和流量等参数的在线监测，大幅度提高了注水井的测调效率。井下电动测调仪经电缆绞车与地面控制系统相连。地面控制系统主要完成对井下仪器的供电控制、通讯以及上传信号的采集与处理，可实现井下各层注水量的实时监测、调节过程监测、成果曲线绘制及吸水指示曲线绘制等。3

桥式偏心+钢管电缆直读测调分层注水技术“桥式偏心+钢管电缆直读测调”分注模式最早在大庆油田推广应用，近年来又扩展到国内其他油田，技术适应性不断提高和完善，具体体现在：

①针对井口密封难的问题，采用钢管电缆代替传统铠装电缆，解决了测试过程防喷管井口密封问题。很多油田配备了双滚筒绞车，同时配套钢管电缆和铠装电缆，满足不同井深、不同压力条件下注水井的电缆测试需要。

②针对递减法测试误差大、集流测试效率低的问题，开发应用了双流量电缆测调仪，测调仪配备上下 2个流量计，在同一工况下通过吊测的方式实现单层直接测试，提高了测调效率和测试精度6。

③进一步完善了测调仪监测功能，采用多个位置（包括调节臂角度、收拢、弹开、对接等）传感器，实时监测井下仪器的工作状态，提高仪器的安全性和可靠性6。

④不同油田应用的流量计有所不同，经过现场检验，电磁流量计、超声波流量计和涡街流量计能够满足注水井现场测试的需要。

⑤针对现有防喷管人工操作不便的特点，开展了液控防喷管的研究和试验，直接通过地面液压装置实现防喷管的起立和下放，仪器装入、测试、取出等过程都无需人工攀爬防喷管，减少了安全隐患。⑥为了适应小斜度注水井的测试需求，对测试仪器串及测试用密封段进行改进。研究应用了万向接头，测试仪器改为软连接，降低了测试仪器在斜井段内的摩擦力，减小了投捞力，降低了作业风险。改进测试密封段结构，使其下井和上提过程中密封胶圈外径均小于刚体外径，在斜井中不易产生磨损。⑦为了适应小卡距、多层段的精细分注需要，对现有桥式偏心配水管柱工具进行改进，开发应用了逐级解封封隔器和正反导向桥式偏心配水器，配套正反导向投捞仪器和测调仪器，实现了 2m 小间距精细注水和7 级封隔器管柱的安全解封。3

分层注水工艺技术发展趋势随着水驱油田进入高含水开发后期，井筒、油藏条件更加复杂化，同时对井下分层参数监测和高效测调的需求不断提高。分层注水工艺技术的发展要满足不同类型注水井的分注需求，如水平井、大斜度井、深井、高温高压井等。同时，也要满足不同类型油藏注水井的分注要求，如低渗透油藏、疏松胶结油藏等。注水井防砂、低配注量分层流量测试、深井/高温高压井分层注水、大斜度井分层注水、分层注水实时监测与控制等技术的研究成为分层注水技术的发展趋势，引领分层注水向自动化、智能化、一体化方向发展。3

分层注水防砂技术对于易出砂油藏，注水、泄压、洗井等工作制度易造成地层返吐、出砂，使水嘴堵塞、注水管柱砂埋，影响有效分注7。目前分层注水防砂技术在海上油田应用较多，陆上油田应用较少。

针对目前陆上油田主要应用偏心注水工艺的特点，分层注水防砂技术未来发展趋势是开发适用于偏心注水管柱的防砂工艺。技术思路是对偏心配水器进行改进，在配水器工作筒中加入单流阀结构，形成分层注水防砂技术。

正常注水时，注入水压缩弹簧后通过单流阀进入地层，在停注或压力波动时，地层液流无法倒流至井筒，进而实现注水井防砂的目的。此外，单流阀结构还能减少洗井过程中的短路现象，提高洗井效果。

在采用防砂工艺技术的同时，也要加强易出砂注水井的管理工作。对易出砂的注水井，应以预防为主，加强注水管理，严格按操作规范平稳注水，防止各注入层反吐，减少出砂量。

低配注量分层流量测试技术随着油田开发逐步向中低渗透层转移，低配注量（5～25 m3/d）层段越来越多8。目前流量测试多采用非集流吊测方式，通过递减法计算单层流量，难以满足低渗透油藏测试精度的要求；现有集流式测调仪采用双皮碗结构，靠重力密封，上提解封，密封可靠性差，在定向井中可靠性更难以保证。低配注量分层流量测试技术发展趋势是向集流测试、主动密封技术方向发展。电缆携测调仪下到偏心配水器位置，地面控制测调仪上皮囊、下皮囊主动打压胀开，通过提高流速的方式提高低配注量的测试精度。测试完成后，地面控制测调仪上皮囊、下皮囊泄压解封，上提测试仪器。整个过程可以在地面直读皮囊压力，通过皮囊压力监测皮囊的密封状态。双皮囊主动密封的低配注量分层流量测试技术相对于传统皮碗结构更可靠，并且状态可监测。通过集流提高流速的方式，能满足 5～50 m3/d 低配注量分层流量测试精度的要求，在长庆、吉林、大庆外围等低渗透油田具有广泛的应用前景，是下一步低配注量分层流量测试的主要方法之一。3

深井、高温高压井分层注水技术近年来，投入开发的深井、高温高压井越来越多，常规的管柱工具和配套测试仪器无法满足深井、高温高压环境下的分注要求。各油田针对常规工具进行了改进，提高了工具和仪器的耐温耐压性，封隔器、配水器、水力锚耐压达 60 MPa，形成了高压偏心分层注水管柱和配套的钢丝投捞测试工艺，并在青海、吐哈、江汉等油田进行了现场试验。3

2009 年塔里木油田通过改进偏心分注工艺实现了深井分注，最大井深达6 000 m，在塔里木LN2-A、LN2-B、LN2-C 等注水井上分注试验成功，为实现深井分层注水提供了借鉴9。

但目前深井、高温高压井分层注水细分程度低，分注层数主要在 3层以下，采用钢丝测调，效率较低，应用规模有限，此技术尚处于试验阶段。下一步发展趋势是在现有管柱基础上配套电缆直读测调技术和高压电缆验封技术。深井高温井电缆直读测调技术目前还没有成熟的仪器能够直接应用，未来应开发适应于150 ℃以上的高温注水井电缆直读测调仪，实现深井高温井的电缆直读测调，提高测调效率。在高压注水井封隔器验封方面，应重点攻关高压环境下主动验封技术。目前有关单位已经开发出了高压电缆验封技术，在吐哈油田现场试验了 3井次，地面控制双皮囊主动打压密封，耐压达到 60 MPa。

电缆验封仪工作原理为：电缆验封仪下入到最下一层配水器位置，地面控制仪控制上皮囊和下皮囊打压、密封，上下皮囊密封后，在井口做开—关—开压力控制，通过查看地层压力是否随着油管压力的变化而变化来判断封隔器是否密封。验封完当前层后，地面直接控制上皮囊和下皮囊泄压收回，上提至上一级封隔器进行验封工作，逐级验封，直至完成全部作业。此外，电缆验封仪还能够实现地层压降曲线测试。

高压井电缆验封技术下一步发展趋势是进一步提高仪器的耐压性能到 80 MPa，改进仪器皮囊的材料，以满足油田绝大多数高压注水井的封隔器验封需要。3

大斜度井分层注水技术大斜度井注水受到井斜的影响，管柱寿命短，投捞测试困难，测调效率低。井斜小于 50°的斜井试验应用了偏心分层注水技术，采用双导向锚定扶正偏心定量分注配水管柱，通过锚定防止管柱蠕动；改进了钢丝投捞工具，通过钢丝投捞实现测调；对现有Y341 封隔器进行了改进，形成了斜井用封隔器，延长了分注有效期。3

对于斜度更大的井，常规投捞工具无法下到预定位置，不能投捞堵塞器，无法实现水量调节，现有偏心注水工艺适应性差。大斜度井分层注水发展趋势是向同心方向发展，同时增加桥式通道，改善测调过程注水通流能力。桥式同心配水器与井下测调联动仪采用同心对接方式，相对于偏心注水更易实现测调联动仪与配水器的对接，在大斜度井上应用更具优势。配水器增加桥式通路设计，改善了测调过程的注水通流能力，能够实现单层直接测试。同时配套同心电缆直读测调仪、电缆直读验封仪，避免了投捞风险，可实现分层参数的在线监测和配注量的动态调节，无需投捞配水器水嘴。该技术推广应用后有望大幅度提高大斜度井的测调效率和测试精度。同时，下一步还需要进一步缩短测调仪的长度，增加仪器在大斜度井中的起下能力，以适应更大斜度注水井的分层测试需要。3

分层注水实时监测与控制技术国内一些注水基础较好的油田面临着分层注水量变化快的问题，已经分注并达到油藏配注方案的井（层），由于层间差异，注水量并不稳定，动态合格率低。同时，对分层流量和嘴后压力等重要参数无法长期、实时监测，只能获得有限的随机数据，无法满足油藏动态模拟的需求。为此，分层注水向井下实时监测和自动控制方向发展。智能配水器是整套系统的核心，主要由电池、控制器、温度监测、压力监测、流量监测、执行器、天线等组成，实时监测并存储井下温度、压力和流量数据，同时能依据预设配注方案和实时监测的分层流量结果，通过微电机按指定周期调节配注阀开度，实现配注量的自动控制。井下智能配水器存储的长期监测数据通过通讯短节以短距离无线传输方式传送到地面，为精细地质研究提供依据。智能配水器电池电量耗尽或出现故障时可通过下入投捞工具实现智能配水器的投捞操作。分层注水实时监测与控制系统相当于深入井下的“眼睛”，能够获取更多的基础数据，为进一步提高油藏认识、优化开发方案提供依据。同时可根据注水合格率的变化调整水嘴，提高分层注水动态合格率。

分层注水实时监测与控制技术研究已经列入国家高技术研究发展计划（863 计划）“采油井筒控制工程关键技术与装备”项目，目前在井下信号无线传输、流量监测、动态水嘴调节等方面取得了阶段性进展，形成了注水井井下自动化、智能化基础理论技术。3

结语分层注水在油田稳产和提高采收率方面发挥了重要作用。目前，以“桥式偏心+钢管电缆直读测调”为代表的分层注水工艺技术已在油田大量推广应用，满足了常规注水井的开发需要。分层注水今后的发展方向是适应出砂井、低配注量井、深井/高温高压井、大斜度井的分层注水工艺技术，同时研究分层注水实时监测与控制技术，提高对生产过程的监测和控制水平，提高水驱油田开发效果，进而提高采收率。3