分層注水是指在注水井中下入封隔器，把差異較大的油層分隔開，再用配水器進行分層配水，使高滲層注水量得到控制，中低滲透率油層注水得到加強，使各類油層都能發揮作用的一種注水方式。
在進行非均質多油層開採中，為加強中、低滲透層，並控制高滲透層注水,按配注要求,在注水井中實現分層控制注入的注水方式，現已成為解決油田開發過程中層間矛盾，維持油田長期穩產、高產，提高採收率的重要手段。
基本介紹
- 中文名：分層注水
- 外文名：separate zone waterflooding
- 學科：石油工程
- 目的：提高採收率
- 原因：層間矛盾突出
- 工藝：橋式偏心、錨定補償等
發展歷程,目的,原因,方法,基本原則,工藝管柱,
發展歷程
20世紀60年代，大慶油田會戰期間，針對注水出現的層間、層內、平面三大矛盾，首先研究套用了以水力壓差式封隔器及配套的驗封、不壓井作業、分層測試為主要內容的分層注水工藝，減緩了層間矛盾，開發效果十分顯著。
20世紀70年代，油田進入中含水開採階段，開發面積不斷擴大，注水井數增加，為了提高配水合格率及簡化工藝，研究套用了665型偏心配水器與防腐油管配套的偏心式分層注水工藝，至今仍在大慶油田普遍套用。
20世紀80年代，油田進入中、高含水開採階段，由於長期注水，井下套管狀況變差，原有管柱不能適應套注井分注要求，研究了小直徑分層注水工藝技術。
20世紀90年代，油田進入高含水開採階段，研發了高含水後期細分注水挖潛配套技術．為了提高細分程度和管柱壽命、效率和測試精度，又研究套用了同心集成式細分注水技術，使封隔器卡距可以縮小到2 m．分層流量及分層壓力分別實現同步測試，消除了層間干擾，測調效率比傳統偏心分注技術提高l倍以上。
2000年以來，針對層間壓差增大，籠統測壓力不能精確反映地層問題，又研究套用了橋式偏心分層注水技術，實現了流量和壓力測試的“雙卡”分層測試，較好地滿足了油田分層開採後期分注層數多、分層壓力精度要求高技術需求。
目的
油田開發初期的注水工作，由於基本上是按不同性質油層的自然吸水能力進行籠統合注，致使不同滲透率的油層吸水量相差幾倍到幾十倍，造成注入水單層突進和平面指進。針對這種情況，套用了分層注水工藝技術，通過對高滲透層控制注水，對低滲透層加強注水，有效的控制了油層壓力，並在一定程度上控制了油田含水上升過快的局面。隨著油田進入中高含水期開發，通過不斷加強分層注水，把地層壓力始終控制在原始地層壓力附近，保證了油井有足夠的生產壓差和旺盛的產液能力。
原因
如果一個油田地下的油層有多個，而且分層厚度不大，為節約資金，多採取油井和注水井同時、多層采注的方式開發。給多個油層注水的注水井，是否需要分層注水，是由這些油層的差異決定的。由於各油層都是獨立封閉的儲油體，它們在形成油層的地質時期形成的條件不同，有的油層看上去像饅頭，孔隙很大。有的油層看上去像磚頭，雖然能吸水但看不出有孔隙。而且各油層含油氣組分、原始壓力和溫度、厚度、封閉條件等都有差異。其中孔隙大的油層出油容易，產油量大，壓力下降快，在同樣壓力下注水，它比別的油層吸水量多，注入水容易穿過油層從油井出來。
油井裡有了出水層，就會使油井產量大幅度下降。另外對注水井而言，在同一壓力系統注水，某些層段大量進水，別的層就進水少甚至不進水，那樣不進水的油層里的油也就驅替不出來。為了使各油層能按著配注量合理、均勻注水，以提高各油層的水驅油效率，科學家研究出了分層注水的辦法，被國內外油田作為油田注水開發最有效的辦法而廣泛套用。
由於油層各層系的不均質性，因而它們的吸水能力各不相同，只有採取分層注水的方法才能提高注水效率。
方法
分層注水最簡單的辦法是在油管上接一個封隔器，放在要分開注水的兩組油層之間，就像在油管外面套上一個環形膠圈，這個膠圈採用某種方式使其變形而緊貼在套管內壁和油管外壁上，把油管和套管環形空間隔開，並保證在一定的壓力和溫度下也不會上下竄通。在地面上從套管閘門給環形空間注水進入封隔器上面一個油層（組），從油管給封隔器下面一個油層（組）注水，注入量按各層需要的水量由地面控制，這叫一級兩段分注。
如果想使多個油層配注得更加合理，還可以將多個油層分成三段或四段，用兩個封隔器，配套3個配水器或用三個封隔器配套四個配水器，就可實現兩級三段或三級四段分層配注。分層配注的各層注水量是經過認真測試的，如果經測試需要對某層調配注水量，就可以用一個投撈器把某個配水器上的水嘴撈起來，更換成合適的再投放到配水器上。同樣，如果想停止對某層注水，就把對應層的配水器上的水嘴換成死堵。
基本原則
①為便於測試、計量和日常管理，一般只對全井日配注水量大於20m3的井進行分層配注，單層日配注量不低於10m3。
②在劃分主力與非主力油層的基礎上，將主力與非主力油層大段卡開進行分注；主力層段內部，對小層間差異大的再細分單卡，分小層進行配注。
③分層配水時對油水同層段或產水層段控制注水，在油層段加強注水，特別是射開未劃砂岩較多的層段要儘可能加強注水，使油井儘早受效。
④油井見水後，對見水層段要適當控制注水，對連通差、吸水能力低的層段加強注水。
工藝管柱
為了解決層間矛盾，調整油層平面上注入水分布不均勻的狀況，以控制油井含水上升和油田綜合含水率的上升速度，提高油田的開發效果，需進行分層注水。
分層注水的工藝方法比較多，如油、套管分層注水，單管分層注水，多管分層注水等。單管配水器多層段配水的方式，是指井中只下一根管柱，利用封隔器將整個注水井段封隔成幾個互不相通的層段，每個層段都裝有配水器。注入水從油管入井，由每個層段上配水器上的水嘴控制水量，注入到各層段的地層中。
單管分層注水管柱，按配水器結構可分為固定配水管柱、活動配水管柱和偏心配水管柱。其中，由於固定配水管柱不便於調配水量，因此已不再使用，而偏心配水管柱可比活動配水管柱進行更多級的分層注水，且具有測試起下工作量小和測試效率高等優點，因而廣泛套用。
橋式偏心分層注水
1、管柱結構及工作原理
①管柱結構
橋式偏心分層注水管柱結構如圖所示。
工藝過程如下：
a.關井降壓至壓力平穩後，起出原井管柱。
b.下入刮削通井管柱。
c.起出刮削通井管柱後，下驗竄管柱驗竄，驗竄壓力9—12—9 MPa，各穩壓10 min，觀察套壓變化，然後上提管柱至射孔井段以上，驗證封隔器密封情況。
d.起出驗竄管柱，下入橋式偏心分層注水管柱，要求磁性定位校深，核實封隔器卡點是否正確。
e.坐封封隔器，要求從油管憋壓15 MPa，穩壓5 min，反覆3次，後壓力升至18 MPa，穩壓5min，觀察套壓變化。
f.按要求進行分層流量調配。
②工作原理：橋式偏心分層注水工藝原理見圖。配水器主體上有¢20 mm偏孔，用以坐入堵塞器。堵塞器在進、出液孔之間裝有水嘴。偏孔內壁出液孔與工作筒中心¢46 mm主通道相通，當測試密封段坐到位後，恰好對準測試密封段2組皮碗之間的中心管進液孔，因此可測得本層的單層參數。同時，由於¢46 mm主通道周圍布有橋式通道，使得本層段在進行流量或壓力測試時，其它層段依然可以通過橋式通道正常注水，不改變其它層段工作狀態，最大限度地減小了各層間的層間干擾，從而有效地提高了分層流量調配效率及分層測壓效率。
2、工藝特點
橋式偏心分層注水工藝有以下的特點：
①可實現7層以內的分層注水。
②橋式偏心結構，在偏心主體上採用橋式通道，使本層段測試時不影響其它層段的正常注入。可以在實際注入情況下直接測取分層流量，測試儀器採用雙卡測單層，避免了遞減法流量測試的誤差，可以提高測試準確性。
③分層壓力測試不用投撈堵塞器，在主通道內下入測試儀器即可直接測試分層壓力。
④橋式偏心分層注水及配套測試技術是原有偏心測試技術的繼承和發展；最大程度保留了與原有偏心測試技術的兼容性，可以滿足磁性定位測試、驗封、測壓、分層流量測試、同位素吸水剖面測試等測試要求，易於大面積推廣套用。
錨定補償式分層注水
1、管柱結構
錨定補償式分層注水管柱結構見圖。根據現場實際情況，這種分層注水管柱分為有套營保護和無套管保護兩種形式，有套管保護的營柱結構就是在無套營保護的管柱的最上一級配水器和水力錨之間加上一級保護套管封隔器。其中補償器、水力錨和支撐卡瓦三種工具組成管柱的錨定補償機構，有效減小了因注水工作狀態改變時溫度效應和壓力效應引起的管柱蠕動，使封隔器的工作條件最佳化，密封壓力提高，從而延長封隔器及注水管柱的工作壽命。
2、工作原理
①封隔器坐封 ：從油管內打入高壓液體水力錨和支撐卡瓦在液壓作用下撐開，整個注水管柱被下端的支撐卡瓦和上部的水力錨支撐錨定，各級Y341封隔器在液壓作用下完成坐封和鎖緊。ZJK配水器的活塞在液壓作用下進入短軌道上死點，坐封后，油管泄壓，ZJK配水器的活塞在彈簧力作用下沿軌道換向。
②注水：水力錨在液壓作用下張開，錨定管柱，同時ZJK配水器的活塞在注水壓力下沿長軌道上移，打開注水通道，順利實現注水。補償器處於自由伸縮狀態，能夠補償管柱蠕動引起的長度變化，保證封隔器位置固定不動，並改善其受力條件，從而提高封隔器的工作壽命。
③反洗井：從油套環空注入洗井液，在液壓作用下，Y341封隔器的反洗通道被打開，注入水沿通道，經底部篩管和底球從油管中返出，達到洗井目的。
④測試、調配 ：從油管內下入測試儀器，即可進行逐級測試。調配時，下入打撈工具將原配水芯子撈出，重新投入所需配水芯子即可。
⑤解封：管柱需要解封時，油管泄壓後直接上提管柱，釋放封隔器內部的鎖緊機構，管柱即可解封，並從井下順利起出。
新型偏心分層注水
1、組成
該管柱主要由定壓開啟恆流量偏心配水器、自驗封封隔器、撞擊筒、單流閥等工具組成(見圖)。
2、 工藝特點
該工藝具有以下特點：
1）主要用於井徑為121～127mm井的多級細分注水。 2）不需要投撈死嘴，即可保證坐封封隔器。
3）各小層的水嘴一次性隨管柱入井，不需反覆投撈即可在3～35MPa波動壓差下，實現10、15、20„300m3
的恆流量配注，達到地質配注要求，大大減少了投撈次數，減輕了工作強度。
4）多級分注時封隔器能自行驗證其密封性。
5）注水量測試方便，有效期1年以上。
3、結論
該工藝使用免投死嘴偏心配水器，達到不投撈死嘴使封隔器坐封的目的；使用恆流量堵塞器，實現水嘴一次隨管柱下井，不需要投撈調配水嘴即可達到配注量；使用自驗封封隔器，確保修井管柱多級封隔器密封可靠。
機械分層防砂分層注水
1、管柱結構
新型管柱由防砂管柱和注水管柱組成。防砂管柱分為內、外管柱，兩者通過Y445懸掛丟手封隔器連線成一體。外層管柱結構見圖。Y445懸掛丟手封隔器用來懸掛管柱；Y341分層防砂封隔器用於分層；錨定工具用於支撐管柱；濾砂管用於防止地層砂進入“內井筒”；安全接頭用於後期作業防砂管柱的順利起出。內層管柱用於將外層防砂管柱的各級封隔器坐封，結構見圖。
②工作原理
1)防砂：濾砂管阻擋地層砂進入防砂管內，注入水經濾砂管注入地層，當雜質堵塞濾砂管時，可通過反洗井將濾砂管內壁的雜質衝出，改善濾砂管的滲透性。
2)注水：正常注水時(見圖)，總注水量Q1在402配水器上端分為兩部分，一部分水流量Q2 經402配水器注水芯子上的水嘴注入層1，另一部分水流量Q3沿402配水器下行；水流量Q3在403配水器的上端又分為兩部分，水流量Q4經403配水器注水芯子上的水嘴注入層2，水流量Q5，經404配水器注入層3。
3)洗井(右圖)：各級配水器在彈簧作用下關閉，洗井液從套管注入，推開Y241封隔器的洗井閥經封隔器沿防砂管內腔與注水管柱間的環空下行，推開Y341可洗井封隔器的洗井閥，從注水管柱底部單流閥進入油管，直至井口，完成一個循環。
4)測試調配(右圖)：測試時，利用鋼絲絞車帶下存儲式井下流量計，下至402配水器以上位置，測得總注入量Q1 ，然後下到402配水器和403配水器之間，測得注入量Q3 ，然後再下到403配水器和404配水器之間，測得注入量Q5。計算上部地層注入量Q 上= Q1 —Q3，中間地層注入量Q中=Q3一Q5，下部地層注入量Q下=Q5。測試結束後起出流量計便可正常注水。調配時，再次利用鋼絲絞車帶下相應的芯子的打撈工具將芯子撈出進行水嘴的更換。
防聚合物返吐分層注水
1、管柱結構
防聚合物返吐分層注水管柱與一般分層注水管柱的不同之處在於採用了單流偏心配水器和底部球座。將普通KPX—ll5偏心配水器主體加裝錐閥改裝成單流偏心注水器，保證返吐出來的聚合物不能進入偏心配水器，防止偏心配水器堵塞。將普通洗井閥上部加裝一個彈簧改為防返吐底部球座，保證洗井時對地層有一定壓力，避免地層返吐聚合物。HNY341 C— ll4封隔器採用液壓坐封，上提管柱解封。與普通Y341一ll4封隔器不同：解封時封隔器中心管上移， 中心管上的凸台內斜面碰到鎖套的外斜面，使鎖套沿徑向收縮，與外套上的倒刺脫開，實現解封。
2、工作原理
正注水時，來水從油管進入單流偏心配水器中心孔，經工作筒濾網過濾後由偏孔中的堵塞器濾網和配水嘴到達堵塞器的出液孔，在高壓作用下通過單流配水器內的錐閥壓縮彈簧，此時錐閥與錐孔之間產生間隙，注水通道打開，開始注水。停井、反洗井時，油管內壓力降低，壓縮彈簧在套壓作用下復位，錐閥關閉，洗井液或地層返出物無法通過錐閥進入堵塞器，不會造成聚合物堵塞偏心或管柱。反洗井時，洗井液需要頂開防返吐底部球上的定壓彈簧，才能進入油管。
