基本介紹
- 中文名：分層配注
- 外文名：separated layer water flooding
- 作用：使油田長期高產穩產，提高採收率
- 門類：石油開採
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基本介紹
在油田注水開發過程中，如果油層厚度大、射開層位多、非均質性嚴重,往往就造成注人水沿高滲透層指進、注水波及體積減小、水驅效果降低，尤其是非均質性突出的稠油油田，注人水指進現象更嚴重，最終影響油田注水開發效果。為避免注人水沿高滲透層竄流導致油井過早水淹，要根據注水井各地層吸水情況進行分層配注，以確保注人水在各層段均勻推進。
注水是油田開發的基礎，目前已形成了一系列適應不同油藏地質條件、適應不同井型的分層注水工藝和配套測試工藝。隨著老油田開發的不斷深入和各種複雜類型油田投入開發，需要進一步提高分層注水工藝的適應性和配套程度，今後要大力推廣橋式偏心分層注水工藝，發展新型高效的分層注水工藝和測試調配工藝，向智慧型化、自動化、一體化方向發展，同時，要強化注水技術管理，努力實現“注好水、注夠水、精細注水、有效注水”，達到控制老油田含水上升速度、控制產量遞減及提高水驅採收率的目的，滿足不同階段、不同油田地質條件下注水開發油田對分注工藝的需要，確保水驅開發油田高水平開發。
技術發展
注水是保持油層壓力、實現油田高產穩產和改善油田開發效果的有效方法。中國油田儲集層中 92%為陸相碎屑岩沉積，縱向非均質性強，注水開發過程中注入水易沿高滲層水竄。為提高水驅油田總體開發效果，應加強中、低滲透層注水。發展分層注水技術，實現多油層有效注水，是高含水後期、特高含水期繼續提高水驅採收率的主攻方向之一。
多年來，為滿足油田不同開發階段的技術需要、解決油田開發層間矛盾、實現高效有效注水，經過不斷研究和技術創新，配水工藝從籠統注水發展到分層注水，從起下管柱調整發展到投撈水嘴調整、地面直讀測調，資料錄取從單參數發展到多參數、從卡片劃線發展到電子存儲、地面直讀。分層注水管柱從固定式分層注水、活動式分層注水、常規偏心分層注水發展到同心集成分層注水、橋式偏心分層注水，配套測調技術從鋼絲投撈發展到鋼管電纜直讀測調。現階段“橋式偏心+鋼管電纜直讀測調”因為其在測試方面的優勢已經成為中國油田注水井的主體分注技術，該項技術大幅度提高了注水井的測調效率，取得了顯著的經濟效益和社會效益。
國外的分層注水工藝相對簡單，配水主要採用井口流量調節器定量配水，不需井下流量測試，不配套專門的井下流量測試技術。注水過程中不需洗井，所以注水封隔器沒有洗井通道，管柱的壽命一般能達到 3a 以上。國內油田的分層注水技術，無論從技術水平、細分程度還是套用規模上都達到了很高的水平，處於國際領先地位。
工藝技術水平
工藝管柱
橋式偏心分層注水工藝管柱由 Y341 可洗井封隔器、橋式偏心配水器、堵塞器、水力循環凡爾等組成。配水器在常規偏心配水器基礎上增加了橋式通道。橋式偏心配水器主體上有直徑 20 mm 的偏孔，用以坐入配水堵塞器，周圍有 5個橋式過流通道，主體中心是直徑 46 mm 的主通道，用於投撈工具及測試儀器的通過。
測調技術
鋼管電纜直讀測調技術綜合了機電一體化技術、計算機控制技術、通信技術、感測器技術、精密機械傳動技術等，系統由電動測調儀、電纜絞車、地面控制系統等 3個部分組成。井下電動測調儀與橋式偏心配水器的堵塞器對接，實現流量自動調整，無需投撈堵塞器。同時對井下流量、壓力、溫度等信號線上採集，實現壓力和流量等參數的線上監測，大幅度提高了注水井的測調效率。井下電動測調儀經電纜絞車與地面控制系統相連。地面控制系統主要完成對井下儀器的供電控制、通訊以及上傳信號的採集與處理，可實現井下各層注水量的實時監測、調節過程監測、成果曲線繪製及吸水指示曲線繪製等。
注水技術
“橋式偏心+鋼管電纜直讀測調”分注模式最早在大慶油田推廣套用，近年來又擴展到國內其他油田，技術適應性不斷提高和完善，具體體現在：
①針對井口密封難的問題，採用鋼管電纜代替傳統鎧裝電纜，解決了測試過程防噴管井口密封問題。很多油田配備了雙滾筒絞車，同時配套鋼管電纜和鎧裝電纜，滿足不同井深、不同壓力條件下注水井的電纜測試需要。
②針對遞減法測試誤差大、集流測試效率低的問題，開發套用了雙流量電纜測調儀，測調儀配備上下 2個流量計，在同一工況下通過吊測的方式實現單層直接測試，提高了測調效率和測試精度。
③進一步完善了測調儀監測功能，採用多個位置（包括調節臂角度、收攏、彈開、對接等）感測器，實時監測井下儀器的工作狀態，提高儀器的安全性和可靠性。
⑤針對現有防噴管人工操作不便的特點，開展了液控防噴管的研究和試驗，直接通過地面液壓裝置實現防噴管的起立和下放，儀器裝入、測試、取出等過程都無需人工攀爬防噴管，減少了安全隱患。⑥為了適應小斜度注水井的測試需求，對測試儀器串及測試用密封段進行改進。研究套用了萬向接頭，測試儀器改為軟連線，降低了測試儀器在斜井段內的摩擦力，減小了投撈力，降低了作業風險。改進測試密封段結構，使其下井和上提過程中密封膠圈外徑均小於剛體外徑，在斜井中不易產生磨損。⑦為了適應小卡距、多層段的精細分注需要，對現有橋式偏心配水管柱工具進行改進，開發套用了逐級解封封隔器和正反導向橋式偏心配水器，配套正反導向投撈儀器和測調儀器，實現了 2m 小間距精細注水和7 級封隔器管柱的安全解封。
工藝發展趨勢
隨著水驅油田進入高含水開發後期，井筒、油藏條件更加複雜化，同時對井下分層參數監測和高效測調的需求不斷提高。分層注水工藝技術的發展要滿足不同類型注水井的分注需求，如水平井、大斜度井、深井、高溫高壓井等。同時，也要滿足不同類型油藏注水井的分注要求，如低滲透油藏、疏鬆膠結油藏等。注水井防砂、低配注量分層流量測試、深井/高溫高壓井分層注水、大斜度井分層注水、分層注水實時監測與控制等技術的研究成為分層注水技術的發展趨勢，引領分層注水向自動化、智慧型化、一體化方向發展。
防砂技術
對於易出砂油藏，注水、泄壓、洗井等工作制度易造成地層返吐、出砂，使水嘴堵塞、注水管柱砂埋，影響有效分注。目前分層注水防砂技術在海上油田套用較多，陸上油田套用較少。
針對目前陸上油田主要套用偏心注水工藝的特點，分層注水防砂技術未來發展趨勢是開發適用於偏心注水管柱的防砂工藝。技術思路是對偏心配水器進行改進，在配水器工作筒中加入單流閥結構，形成分層注水防砂技術。
正常注水時，注入水壓縮彈簧後通過單流閥進入地層，在停注或壓力波動時，地層液流無法倒流至井筒，進而實現注水井防砂的目的。此外，單流閥結構還能減少洗井過程中的短路現象，提高洗井效果。
在採用防砂工藝技術的同時，也要加強易出砂注水井的管理工作。對易出砂的注水井，應以預防為主，加強注水管理，嚴格按操作規範平穩注水，防止各注入層反吐，減少出砂量。
流量測試技術
隨著油田開發逐步向中低滲透層轉移，低配注量（5～25 m3/d）層段越來越多。目前流量測試多採用非集流吊測方式，通過遞減法計算單層流量，難以滿足低滲透油藏測試精度的要求；現有集流式測調儀採用雙皮碗結構，靠重力密封，上提解封，密封可靠性差，在定向井中可靠性更難以保證。低配注量分層流量測試技術發展趨勢是向集流測試、主動密封技術方向發展。電纜攜測調儀下到偏心配水器位置，地面控制測調儀上皮囊、下皮囊主動打壓脹開，通過提高流速的方式提高低配注量的測試精度。測試完成後，地面控制測調儀上皮囊、下皮囊泄壓解封，上提測試儀器。整個過程可以在地面直讀皮囊壓力，通過皮囊壓力監測皮囊的密封狀態。雙皮囊主動密封的低配注量分層流量測試技術相對於傳統皮碗結構更可靠，並且狀態可監測。通過集流提高流速的方式，能滿足 5～50 m3/d 低配注量分層流量測試精度的要求，在長慶、吉林、大慶外圍等低滲透油田具有廣泛的套用前景，是下一步低配注量分層流量測試的主要方法之一。
深井高壓井
近年來，投入開發的深井、高溫高壓井越來越多，常規的管柱工具和配套測試儀器無法滿足深井、高溫高壓環境下的分注要求。各油田針對常規工具進行了改進，提高了工具和儀器的耐溫耐壓性，封隔器、配水器、水力錨耐壓達 60 MPa，形成了高壓偏心分層注水管柱和配套的鋼絲投撈測試工藝，並在青海、吐哈、江漢等油田進行了現場試驗。
2009 年塔里木油田通過改進偏心分注工藝實現了深井分注，最大井深達6 000 m，在塔里木LN2-A、LN2-B、LN2-C 等注水井上分注試驗成功，為實現深井分層注水提供了借鑑。
但目前深井、高溫高壓井分層注水細分程度低，分注層數主要在 3層以下，採用鋼絲測調，效率較低，套用規模有限，此技術尚處於試驗階段。下一步發展趨勢是在現有管柱基礎上配套電纜直讀測調技術和高壓電纜驗封技術。深井高溫井電纜直讀測調技術目前還沒有成熟的儀器能夠直接套用，未來應開發適應於150 ℃以上的高溫注水井電纜直讀測調儀，實現深井高溫井的電纜直讀測調，提高測調效率。在高壓注水井封隔器驗封方面，應重點攻關高壓環境下主動驗封技術。目前有關單位已經開發出了高壓電纜驗封技術，在吐哈油田現場試驗了 3井次，地面控制雙皮囊主動打壓密封，耐壓達到 60 MPa。
電纜驗封儀工作原理為：電纜驗封儀下入到最下一層配水器位置，地面控制儀控制上皮囊和下皮囊打壓、密封，上下皮囊密封后，在井口做開—關—開壓力控制，通過查看地層壓力是否隨著油管壓力的變化而變化來判斷封隔器是否密封。驗封完當前層後，地面直接控制上皮囊和下皮囊泄壓收回，上提至上一級封隔器進行驗封工作，逐級驗封，直至完成全部作業。此外，電纜驗封儀還能夠實現地層壓降曲線測試。
高壓井電纜驗封技術下一步發展趨勢是進一步提高儀器的耐壓性能到 80 MPa，改進儀器皮囊的材料，以滿足油田絕大多數高壓注水井的封隔器驗封需要。
大斜度井
大斜度井注水受到井斜的影響，管柱壽命短，投撈測試困難，測調效率低。井斜小於 50°的斜井試驗套用了偏心分層注水技術，採用雙導向錨定扶正偏心定量分注配水管柱，通過錨定防止管柱蠕動；改進了鋼絲投撈工具，通過鋼絲投撈實現測調；對現有Y341 封隔器進行了改進，形成了斜井用封隔器，延長了分注有效期。
對於斜度更大的井，常規投撈工具無法下到預定位置，不能投撈堵塞器，無法實現水量調節，現有偏心注水工藝適應性差。大斜度井分層注水發展趨勢是向同心方向發展，同時增加橋式通道，改善測調過程注水通流能力。橋式同心配水器與井下測調聯動儀採用同心對接方式，相對於偏心注水更易實現測調聯動儀與配水器的對接，在大斜度井上套用更具優勢。配水器增加橋式通路設計，改善了測調過程的注水通流能力，能夠實現單層直接測試。同時配套同心電纜直讀測調儀、電纜直讀驗封儀，避免了投撈風險，可實現分層參數的線上監測和配注量的動態調節，無需投撈配水器水嘴。該技術推廣套用後有望大幅度提高大斜度井的測調效率和測試精度。同時，下一步還需要進一步縮短測調儀的長度，增加儀器在大斜度井中的起下能力，以適應更大斜度注水井的分層測試需要。
監測與控制
國內一些注水基礎較好的油田面臨著分層注水量變化快的問題，已經分注並達到油藏配注方案的井（層），由於層間差異，注水量並不穩定，動態合格率低。同時，對分層流量和嘴後壓力等重要參數無法長期、實時監測，只能獲得有限的隨機數據，無法滿足油藏動態模擬的需求。為此，分層注水向井下實時監測和自動控制方向發展。智慧型配水器是整套系統的核心，主要由電池、控制器、溫度監測、壓力監測、流量監測、執行器、天線等組成，實時監測並存儲井下溫度、壓力和流量數據，同時能依據預設配注方案和實時監測的分層流量結果，通過微電機按指定周期調節配注閥開度，實現配注量的自動控制。井下智慧型配水器存儲的長期監測數據通過通訊短節以短距離無線傳輸方式傳送到地面，為精細地質研究提供依據。智慧型配水器電池電量耗盡或出現故障時可通過下入投撈工具實現智慧型配水器的投撈操作。分層注水實時監測與控制系統相當於深入井下的“眼睛”，能夠獲取更多的基礎數據，為進一步提高油藏認識、最佳化開發方案提供依據。同時可根據注水合格率的變化調整水嘴，提高分層注水動態合格率。
分層注水實時監測與控制技術研究已經列入國家高技術研究發展計畫（863 計畫）“採油井筒控制工程關鍵技術與裝備”項目，目前在井下信號無線傳輸、流量監測、動態水嘴調節等方面取得了階段性進展，形成了注水井井下自動化、智慧型化基礎理論技術。
結語
分層注水在油田穩產和提高採收率方面發揮了重要作用。目前，以“橋式偏心+鋼管電纜直讀測調”為代表的分層注水工藝技術已在油田大量推廣套用，滿足了常規注水井的開發需要。分層注水今後的發展方向是適應出砂井、低配注量井、深井/高溫高壓井、大斜度井的分層注水工藝技術，同時研究分層注水實時監測與控制技術，提高對生產過程的監測和控制水平，提高水驅油田開發效果，進而提高採收率。
