精細(xì)注水PPT1

1、精細(xì)注水精細(xì)注水一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具三、采出水處理工藝技術(shù)四、細(xì)分注水技術(shù)國(guó)內(nèi)外前沿技術(shù)進(jìn)展主要內(nèi)容：一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 在油田注水工藝中，注水管柱是連接地面注水管網(wǎng)系統(tǒng)和油層之間的通道。注水井管柱的組成包括油管、封隔器、配水器、工作筒、緩沖器、循環(huán)凡爾、鋼球與球座等井下工具，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的需要有選擇的配套連接而組成不同的管柱結(jié)構(gòu)。u油管的主要作用是串聯(lián)其他結(jié)構(gòu)單元并形成流體通道；u封隔器的主要作用是用來(lái)分隔密封油層和保持管柱的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)分層注水；u工作筒在注水井管柱結(jié)構(gòu)中，可與活動(dòng)芯子配套使用，達(dá)到分層配水的目的。一、管柱設(shè)計(jì)理論及

2、方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法u若在工作筒中投入堵塞器，就可以進(jìn)行不壓井起下作業(yè)；u配水器的作用是根據(jù)油層滲透性的不同，用以實(shí)現(xiàn)油層對(duì)注水強(qiáng)度不同要求的一種井下控制工具；u循環(huán)凡爾在注水井中一般連接在油管的底部，可進(jìn)行注水井洗井反循環(huán)、正常注水及不壓井起下油管作業(yè)；u緩沖器在井下工具中與堵塞器和工作筒配套使用，一般連接在最下一級(jí)工作筒與球座之間，以便在向位于最下級(jí)的工作筒內(nèi)投堵塞器時(shí)起緩沖作用，避免死水頂堵塞器而不能座入筒內(nèi)；u鋼球與球座是注水井管柱中用來(lái)控制液體單向流動(dòng)的一種比較簡(jiǎn)單的井下工具。在分層注水生產(chǎn)中，油管、封隔器以及配水器是必不可少的結(jié)構(gòu)單元。（一） 注水量預(yù)測(cè)與設(shè)計(jì)為保持油藏壓力，

3、使油藏注采平衡，根據(jù)開(kāi)發(fā)方案確定注采比和日產(chǎn)油量（或?qū)嶋H產(chǎn)量），在油藏不同含水階段的油田日總注水量可由下式預(yù)測(cè)，由此可求得每一注水井的平均日注水量。式中 Qw全油田所需的注水總量，m3/d；B注采比； C注水系數(shù)（取1.01.2）；Qy產(chǎn)油量，m3/d；Bo原油體積系數(shù)；o、w地面原油密度、注入水密度，kg/m3；fw含水率。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法對(duì)于速敏較強(qiáng)的油層，注水強(qiáng)度應(yīng)控制在臨界流速以下。但隨著含水量的增加，單井日平均注水量的需求增加，這就構(gòu)成一對(duì)矛盾。一般通過(guò)試注可獲得單井的吸水能力，可檢驗(yàn)注水井在有限的注水壓力范圍內(nèi)

4、能否滿(mǎn)足單井日平均注水量隨含水率增加而增加的需求。如果不能滿(mǎn)足，必須針對(duì)注水井實(shí)際情況，采取相應(yīng)的增注措施。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法（二）注水壓力設(shè)計(jì)油層物理性質(zhì)及油層流體性質(zhì)決定了水驅(qū)油流動(dòng)的最小壓差，只有當(dāng)注水壓差大于等于這個(gè)最小壓差后，油層才開(kāi)始吸水。油層開(kāi)始吸水時(shí)的注入壓差稱(chēng)油層吸水的啟動(dòng)壓差。設(shè)計(jì)注水壓力采用臨界壓力原則。對(duì)于中、高滲透油層，最大井底注水壓力不得超過(guò)油層破裂壓力的90%；對(duì)低滲透油層可進(jìn)行微破裂壓力注水，但井底壓力不應(yīng)超過(guò)油層破裂壓力的10%(圖1-1)。此外，注水是保持油層壓力的基本措施，維持平均油層壓力達(dá)到某一水平是注水壓力設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。一、管柱

5、設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法式中 piwf井底注水壓力，MPa； 油層保持壓力水平，MPa； pr油層注水啟動(dòng)壓差，MPa； p注水壓差，MPa。 rp圖1-1 破裂壓力曲線 注水壓差p為：一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法注水量的關(guān)鍵因素是井底砂面注水壓差p，增大注水壓差可增加單井的注水量。因此，注水壓力設(shè)計(jì)還必須滿(mǎn)足注入量qiw的要求：式中 pwh注水井井口壓力（國(guó)內(nèi)井口注水裝置通常為25MPa），MPa； pfr注水井管路摩阻損失，MPa； ph注水井井筒靜水壓頭，MPa； pvc打開(kāi)配水器節(jié)流閥損失和嘴流損失，MPa。 注水井的井口壓力為：一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管

6、柱設(shè)計(jì)理論及方法合理的注水壓力設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮地面設(shè)備和流程的合理壓力等級(jí)，因?yàn)榈孛婀芫W(wǎng)高壓比中壓、中壓比低壓價(jià)格約高一倍。所以，設(shè)計(jì)注水系統(tǒng)壓力水平時(shí)，應(yīng)該采用前述方法，預(yù)測(cè)出不同類(lèi)型注水井在不同開(kāi)發(fā)階段的注水壓力和油層破裂壓力，參照注水系統(tǒng)管網(wǎng)的壓力等級(jí)系列，推薦合理的注水壓力等級(jí)。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法（三）注水管柱上的溫度分布狀態(tài) 注水溫度對(duì)常規(guī)油田開(kāi)發(fā)效果的影響不明顯，但某些油藏的原油性質(zhì)、油層水或注入水水質(zhì)對(duì)溫度變化比較敏感。由于注水使井筒及近井帶油藏溫度場(chǎng)發(fā)生變化，可能導(dǎo)致近井地帶應(yīng)力場(chǎng)變化、油藏巖石表面性質(zhì)變化、原油中石蠟析出、水中礦物沉淀等而傷害油層，導(dǎo)致吸

7、水能力變化。注水井溫度場(chǎng)的變化取決于注水量、注入水溫度，注水歷史等。單井注入量引起溫度場(chǎng)變化及對(duì)注水工程的影響研究，越來(lái)越受到重視，防止溫度降低對(duì)注水工作帶來(lái)不利影響的措施也日趨成熟。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法注水時(shí)井筒中的溫度可由井筒熱傳導(dǎo)方程求得,因此注水時(shí)管柱中的溫度為：一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法由熱傳導(dǎo)方程可看出,注水時(shí)管柱中的溫度除隨深度變化外,還是注入速度和注水時(shí)間的函數(shù)。因此注水時(shí)管柱中的溫度分布是變化的。在注入速度和注水時(shí)間一定的條件下,注水管柱在注水時(shí)的溫度分布如圖1-2中的曲線b所示。圖1-2 注水管柱的溫度分布曲線一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法

8、一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 注水管柱的溫度效應(yīng)計(jì)算如下。當(dāng)封隔器坐封以后，正常注水時(shí)會(huì)使管柱溫度發(fā)生變化。若溫度升高，則引起管柱增長(zhǎng)；若溫度降低，則引起管柱縮短。由于溫度效應(yīng)發(fā)生在整個(gè)管柱上，因此計(jì)算溫度效應(yīng)時(shí)須用油管柱的平均溫度：式中 Ts井口溫度， Tb井底溫度，。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法式中 LT溫度效應(yīng)引起的油管柱的長(zhǎng)度變化，m； 平均溫度的變化，； L油管柱長(zhǎng)度，m； 熱膨脹系數(shù)，1/。 FT溫度效應(yīng)引起的油管柱受力變化，N； W單位長(zhǎng)度油管在井筒流體中的重力，N/m。 由于管柱平均溫度變化而引起的力和長(zhǎng)度的變化分別由下式計(jì)算：T一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論

9、及方法 （四）注水管柱的受力分析管柱受力分析如圖1-3所示。設(shè)一長(zhǎng)軸為L(zhǎng)的注水管柱,底端用封隔器坐封,內(nèi)、外徑分別為d、D，材料線密度為1,井口注入壓力為P0；油管內(nèi)充滿(mǎn)密度為2的液體,液體在注水管柱底部產(chǎn)生的靜水柱壓力為P1;油套環(huán)空內(nèi)密度為2的液體,對(duì)注水管柱底部產(chǎn)生的浮力為P2;注水管柱所受周向應(yīng)力為和徑向應(yīng)力為r等呈三向應(yīng)力狀態(tài)。注水管柱自重力Pw、靜水柱壓力P1、油套環(huán)空液體的浮力P2等引起的靜應(yīng)力和注入液體流動(dòng)摩擦引起的動(dòng)應(yīng)力。取圓柱坐標(biāo)系,圓點(diǎn)在井口,y軸沿井眼軸線向下。圖1-3 管柱受力分析圖一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法1. 注水管柱的靜應(yīng)力y1:（1）井口壓力

10、為P0引起的軸向應(yīng)力0:式中 A1注水管柱內(nèi)腔截面積, A2注水管壁截面積,一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法(2)在距井口為y的截面處,靜水柱壓力P1引起的軸向靜應(yīng)力1：其中:一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法(3)在距井口為y的截面處,油套環(huán)空液體浮力P2引起的軸向靜應(yīng)力2:其中：一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法(4)注水管柱自重Pw所引起的軸向靜應(yīng)力w:則:在距井口為y的截面處的軸向靜應(yīng)力為y1:一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法2. 注水管柱的動(dòng)應(yīng)力y2：注水管柱因注水液體沿管壁向下流動(dòng)的摩擦阻力作用,引起注水管柱的應(yīng)力和軸向變形的改變。設(shè)hf

11、為y截面到底部的沿程損失,v為管柱液體流速,為沿程阻力系數(shù),管內(nèi)液體在y截面下的水頭損失,由達(dá)西巍斯巴公式給出:一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 其中,注水管柱上所產(chǎn)生的摩擦阻力hf=hf2gd2,在y截面處引起的軸向應(yīng)力y2為:一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 3. 注水管柱的周向應(yīng)力和徑向應(yīng)力r：注水管柱的周向應(yīng)力和徑向應(yīng)力分布如圖1-4所示,注水管柱所受內(nèi)壓力P內(nèi)作用在內(nèi)半徑為r的內(nèi)表面上;外壓力P外作用在外半徑為R的外表面上,根據(jù)承受內(nèi)外壓力的厚壁圓筒的通解有:圖1-4注水管柱周向應(yīng)力和徑向應(yīng)力分布圖一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法（1）注水管柱的周

12、向應(yīng)力 ： 式中:Rx從內(nèi)表面r處至外表面R處上的任意半徑。（2）注水管柱的徑向應(yīng)力r ：一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法（3）注水管柱的周向應(yīng)力和徑向應(yīng)力r之和：即：式中，一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 4. 注水管柱的軸向應(yīng)力y：注水管柱的軸向應(yīng)力由注水管柱的靜應(yīng)力y1和動(dòng)應(yīng)力y2組成。即: 注水管柱底部L處的軸向應(yīng)力最大值ymax：一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 5. 注水管柱的伸縮力Ps：一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 （五）注水管道壁厚計(jì)算 計(jì)算公式：式中 管道壁厚，mm； j 管道理論計(jì)算壁厚，mm； P管內(nèi)介質(zhì)設(shè)計(jì)壓力，MPa

13、； Dw管道外徑，mm； 鋼材在計(jì)算溫度下的許用應(yīng)力，MPa； 焊縫系數(shù)(無(wú)縫鋼管=1；如采用焊接鋼管，則值可根據(jù)有關(guān)規(guī)定選用)； C1管道壁厚附加量，mm； C2腐蝕裕量附加值，mm，宜取1； C3管道壁厚負(fù)偏差附加值，mm(焊縫管取鋼板厚度負(fù)偏差，詳見(jiàn)GB/T1416493)； E無(wú)縫鋼管管道壁厚附加值，(壁厚小于20mm取15，大于20mm取12.5)。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 上二式相比后，取其最小值。抗拉強(qiáng)度b與屈服強(qiáng)度s可從現(xiàn)行國(guó)家鋼管標(biāo)準(zhǔn)中查得。與其對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)nb3、ns1.6。按上述計(jì)算方法，對(duì)10鋼、20鋼、L485鋼進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果分別列于表1-1、

14、表1-2、表1-3。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 表1-1 10鋼注水管壁厚一覽表 單位：mm一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 表1-2 20鋼注水管壁厚一覽表 單位：mm一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 表1-3 L485鋼注水管壁厚一覽表 單位：mm一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法（六）注水管柱的腐蝕及選材 1. 注水過(guò)程中系統(tǒng)的腐蝕機(jī)理 注水的腐蝕危害是眾所周知的，影響腐蝕的因素很多，首先是各種溶解氣體如O2、H2S、CO2，另外還有溫度、pH、氯根（Cl）和礦化度等。 一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 1）氯根腐蝕 一般來(lái)

15、講，Cl對(duì)縫隙腐蝕具有催化作用。腐蝕開(kāi)始時(shí)，鐵在陽(yáng)極失去電子。隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行，鐵不斷的失去電子，縫隙內(nèi)Fe2+大量的聚積，縫隙外的氧不易進(jìn)入，遷移性強(qiáng)的Cl即進(jìn)入縫隙內(nèi)與Fe2+形成高濃度、高導(dǎo)電的FeCl2，F(xiàn)eCl2水解產(chǎn)生H+，使縫隙內(nèi)的pH值下降到34，從而加劇腐蝕。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 2）溶解氧腐蝕 由于氧具有較強(qiáng)的氧化勢(shì)和陰極去極化能力，在注水系統(tǒng)中溶解氧與金屬設(shè)備組成以金屬為陽(yáng)極、氧為陰極的腐蝕電池，陽(yáng)極的鐵溶解并生成FeOH2和氫氣。陰極是氧和氫氣反應(yīng)生成水，同時(shí)將FeOH2氧化成FeOH3，pH值大于4時(shí)，F(xiàn)e(OH)3開(kāi)始沉淀，在油層中發(fā)生堵塞

16、。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法氧腐蝕一般是點(diǎn)蝕，如果存在Cl離子，還會(huì)破壞Fe(OH)3沉淀的保護(hù)膜，使腐蝕加劇。由于注入水中pH值在7左右，因此氧的危害性很大。同時(shí)，當(dāng)水中有鐵菌時(shí)，其代謝作用也會(huì)產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀。此外，大量的溶解氧隨水注入油層后，會(huì)引起原油氧化，原油中的烴類(lèi)溶解氣減少，脫氣嚴(yán)重，原油變稠，流動(dòng)能力變差，不利于原油的開(kāi)采。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法當(dāng)?shù)V化度很高時(shí)，即使少量的溶解氧也會(huì)造成腐蝕。圖1-5是加利福尼亞的Huntingtong Beach油田注入太平洋海水時(shí)的腐蝕曲線，由圖可見(jiàn)，在海水的高礦化度下，當(dāng)溶解氧含量為0.05mg/

17、L時(shí)，腐蝕速度已達(dá)0.15mm/a，其腐蝕程度十分嚴(yán)重。圖1-5 海水中腐蝕率與溶解氧含量的關(guān)系一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 3）硫化氫和二氧化碳腐蝕注入水中含硫化氫也會(huì)給系統(tǒng)造成嚴(yán)重腐蝕，其腐蝕產(chǎn)物硫化鐵還會(huì)造成嚴(yán)重的油層堵塞。硫化氫的來(lái)源一是本身油氣產(chǎn)出的附屬產(chǎn)物，二是由于水中存在的硫酸還原菌的產(chǎn)物。 研究表明，一般H2S低含量時(shí)形成保護(hù)膜式的FeS沉淀，含量高時(shí)將向鋼鐵內(nèi)部滲透形成氫脆，引起鋼鐵晶格變異性破壞。由于注入水處于流動(dòng)狀態(tài)，腐蝕產(chǎn)物FeS不容易沉積下來(lái)形成保護(hù)膜，而是被流水帶走，此時(shí)H2S腐蝕將進(jìn)一步加劇。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 CO2的腐

18、蝕機(jī)理主要是由于重碳酸分解使水中的氫離子增加而產(chǎn)生氫的去極化作用。另外游離的CO2也能溶解設(shè)備和管道的保護(hù)膜，從而引起金屬的腐蝕。二氧化碳在分壓較低的情況下所造成的腐蝕并不強(qiáng)，但通常造成點(diǎn)腐蝕。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 4）細(xì)菌腐蝕任何水系統(tǒng)（不論淡水或鹽水）不同程度都含有細(xì)菌，細(xì)菌的數(shù)量、種類(lèi)、活性決定了它們的危害程度，也決定了有效控制這些細(xì)菌的方法。硫酸鹽還原菌、腐生菌和鐵細(xì)菌是我國(guó)油田注水中危害最嚴(yán)重的菌種。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法硫酸鹽還原菌SRB。這是一種厭氧條件下使硫酸根還原成硫化物如（H2S），以有機(jī)物質(zhì)為營(yíng)養(yǎng)的細(xì)菌。最佳生成環(huán)境的pH為7

19、.07.5，溫度為2035。在SRB存在條件下，表面現(xiàn)象為注入水逐漸變?yōu)樗嵝圆⒖赡茏兂珊谒?，硫化氫氣味大；多次酸化無(wú)效，注水量下降；注水系統(tǒng)中金屬管線腐蝕嚴(yán)重，出現(xiàn)瘤狀結(jié)點(diǎn)和蝕坑；反洗井返出大量黑色水和黑色粘液。SRB的危害是產(chǎn)生H2S并與鐵作用形成不溶性膠態(tài)FeS沉淀和產(chǎn)生粘液物，極易造成堵塞，加劇垢的形成。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 硫酸鹽還原菌是成群或成菌落的形式附著在管壁上，在流動(dòng)的液體中不易找到。水樣中的SRB只是粗略地表示了注入水中的情況，有可能其含量很低，但在管線某處卻有大量的細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖。因此，一旦發(fā)現(xiàn)有SRB細(xì)菌就應(yīng)嚴(yán)格控制。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)

20、計(jì)理論及方法鐵細(xì)菌。鐵細(xì)菌是多種細(xì)菌的總稱(chēng)，屬于好氧性細(xì)菌或兼性細(xì)菌，在含氧量小于0.5mg/L的系統(tǒng)中也能生長(zhǎng)。在鐵細(xì)菌生長(zhǎng)過(guò)程中，它們能分泌出大量粘性物質(zhì)形成菌膜，成為鼻涕狀堵塞物，并能形成氧濃差電池引起腐蝕，同時(shí)可給SRB的繁殖提供局部的厭氧區(qū)和促成二價(jià)鐵氧化成Fe3+。鐵細(xì)菌的生長(zhǎng)條件：水中含有亞鐵，總鐵量在16mg/L的水中，鐵細(xì)菌旺盛繁殖；水中含有氧和有機(jī)物及適宜的溫度（適應(yīng)溫度為2225）；pH值呈酸性對(duì)其繁殖有利。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法腐生菌TGB。屬于好氧“異養(yǎng)”型的細(xì)菌。腐生菌腐蝕會(huì)形成氧濃差電池而引起陽(yáng)極區(qū)腐蝕，氫氧化鐵層下的SRB的活動(dòng)也會(huì)加劇腐蝕

21、，沉淀的大量氫氧化鐵會(huì)造成注水井的堵塞。腐生菌可以在鹽水、淡水、有氧、無(wú)氧環(huán)境中生存，但常見(jiàn)于低鹽度的需氧系統(tǒng)中。在一定條件下它們從有機(jī)物中得到能量，生長(zhǎng)過(guò)程中形成菌膜，產(chǎn)生粘性物質(zhì)。一般的酸處理及活性水對(duì)解堵均不起作用，因此導(dǎo)致注水量降低，注水壓力升高。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法注水管柱防腐措施根據(jù)我國(guó)油田情況，其中主水管道主要有以下幾種防護(hù)措施。a.涂層防腐；b.陰極保護(hù)；c.化學(xué)制劑;d 鍍層保護(hù);e氮化工藝；f 采用非金屬材質(zhì)等幾大類(lèi)。目前，大部分油田公司將陰極保護(hù)與涂層防腐結(jié)合使用，已成為目前較經(jīng)濟(jì)合理的防腐蝕辦法，同時(shí)也是我國(guó)各大油田能夠接受的解決經(jīng)濟(jì)問(wèn)題的一種控

22、制手段，目前已被廣泛采用并實(shí)際投入使用。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 除此之外還可通過(guò)選用不同鋼級(jí)的管柱進(jìn)行防腐。 注水管柱的鋼級(jí)有：H40、J55、N80、L80、C90、T95、P110。 N80分為N80-1和N80Q，二者的相同點(diǎn)是拉伸性能一致，二者的不同點(diǎn)是交貨狀態(tài)和沖擊性能區(qū)別，N80-1按正火狀態(tài)交貨，沖擊功和無(wú)損檢驗(yàn)均不作要求;N80Q必須經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)(淬火加回火)熱處理，沖擊功應(yīng)符合API 5CT規(guī)定，且應(yīng)進(jìn)行無(wú)損檢驗(yàn)。 L80分為L(zhǎng)80-1、L80-9Cr和L80-13Cr。它們的力學(xué)性能和交貨狀態(tài)均相同。不同之處表現(xiàn)在用途、生產(chǎn)難度和價(jià)格上，L80-1為普通型

23、，L80- 9Cr和L80-13Cr均為高抗腐蝕性管柱，生產(chǎn)難度大，價(jià)格昂貴，通常用于重腐蝕油井。C90和T95均分為1型和2型，即C90-1、C90-2和T95-1、T95-2。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法材料的選擇方法如下。首先要采集油田的油氣水樣進(jìn)行化驗(yàn)，得到準(zhǔn)確的流體成分，根據(jù)油井的條件（溫度、壓力）在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，得到不同材料（如碳鋼、9鉻鋼、13鉻鋼、22鉻鋼等）的腐蝕速度。然后根據(jù)各種材料的費(fèi)用、作業(yè)費(fèi)、油井壽命、作業(yè)要求，進(jìn)行詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)性、可操作性比較，最后選擇一種經(jīng)濟(jì)適用的材質(zhì)和防腐方法。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法（七）注水井節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分

24、析注水井的節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析方法與自噴采油井相同，其步驟為：（1）按注水井吸水能力方程繪制注水井IPR曲線；（2）繪制油管流動(dòng)曲線或不同管徑注水壓力梯度曲線；（3）將IPR和油管曲線聯(lián)合，即獲得合適的注水壓力或注水量或油管直徑；（4）按節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析方法獲得其他相關(guān)的工藝參數(shù)影響規(guī)律。如分析管徑影響、水嘴影響、油層壓力影響、井口壓力影響及地面注水管線影響等。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)注水系統(tǒng)的綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法圖1-6是常規(guī)注水井以井底為節(jié)點(diǎn)的協(xié)調(diào)分析曲線，圖1-7則是礫石充填完成注水井的節(jié)點(diǎn)分析結(jié)果，該圖是以礫石充填段作為函數(shù)節(jié)點(diǎn)的分析結(jié)果，IPR曲線是從礫石充填外砂面至油層

25、的吸水IPR曲線，油管流出曲線則是從系統(tǒng)終點(diǎn)至井底的油管動(dòng)態(tài)曲線。這種方法可以?xún)?yōu)化礫石充填段的完井參數(shù)。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法圖1-6 注水IPR曲線與油管曲線 圖1-7 礫石充填注水井壓降曲線一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法（八）API油管規(guī)格及尺寸一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法（九）分層配水的理論依據(jù)同井分層配水就是在同一口注水井中使用封隔器將多油層分隔為若干層段，使之在加強(qiáng)中、低滲透率油層注水的同時(shí)，通過(guò)調(diào)整井下配水嘴的節(jié)流損失降低注水壓差，對(duì)高滲透率油層進(jìn)行控制注水，以此調(diào)節(jié)不同滲透率油層吸水量的差異。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理

26、論及方法 1. 配水原理可用下列公式表示：Q配=Kp配p配=p井口+p水柱-p管損-p嘴損-p啟動(dòng)式中：Q配分層控制注水時(shí)的注入量，m3/d； K地層吸水指數(shù)，m3/(dMPa)； p井口井口注水壓力，MPa； p水柱靜水柱壓力，MPa； p管損注入水在油管中的流動(dòng)阻力損失，MPa； p嘴損配水嘴壓力損失，MPa； p啟動(dòng)地層開(kāi)始吸水時(shí)所需要的井底壓力，MPa。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 由上式可知，當(dāng)p井口，p水柱和p啟動(dòng)不變時(shí)，Q配僅隨p嘴損而變化，而p嘴損可通過(guò)選用不同直徑的配水嘴產(chǎn)生不同的節(jié)流損失來(lái)控制，也就是說(shuō)，通過(guò)選用不同直徑的井下配水嘴來(lái)改變境地的注水壓差，使之

27、達(dá)到地層所需的配水量，實(shí)現(xiàn)分層注水。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 2. 分層注水指示曲線和嘴損曲線 分層注水指示曲線是注水層段注入壓力與注水量的關(guān)系曲線。同一層段在同一時(shí)間和不同時(shí)間的指示曲線的變化，反應(yīng)了油層吸水能力的變化及井下工具的工作狀況。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法配水嘴尺寸、配水量和通過(guò)配水嘴的節(jié)流損失三種之間的定量關(guān)系稱(chēng)為嘴損曲線。嘴損曲線可以在實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)地面模擬試驗(yàn)來(lái)確定。試驗(yàn)時(shí)，固定嘴前壓力，然后控制出口改變回壓，以求得不同壓力下的流量。KGD-110配水器的嘴損曲線如圖1-8所示。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法圖1-8 KGD-

28、110配水器嘴損曲線一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法3. 井下水嘴的選擇注水井的分層定量配水是通過(guò)配水嘴來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其實(shí)質(zhì)就是在相同井口注入壓力下，利用配水嘴節(jié)流損失大小對(duì)各層段的注水量進(jìn)行控制，達(dá)到分層配水的目的。因此，可以通過(guò)配水嘴需要降低的壓力值（即嘴損）來(lái)求得配水嘴尺寸。有二種方法可以選擇水嘴，即嘴損曲線法和原理推算法。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法注水層段配水嘴尺寸的選擇分兩種類(lèi)型，一是新投注井進(jìn)行配水，二是已投注井進(jìn)行水嘴調(diào)配。新投注井進(jìn)行配水時(shí)一般采用嘴損曲線法，已投注井水嘴調(diào)配一般采用原理推算法。下面分別加以說(shuō)明。嘴損曲線法選擇水嘴的步驟如下： 根據(jù)測(cè)試

29、資料繪制分層吸水指示曲線（按實(shí)測(cè)井口壓力繪制），如圖1-9所示；在分層指示曲線上，查出與各層段配注水量Qd相對(duì)應(yīng)的分層井口配注壓力pd；一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法圖1-9 分層指示曲線 圖1-10 嘴損曲線 用設(shè)計(jì)好的井口注入壓力減去分層井口配注壓力，得到各層的（井口）嘴損壓差pcf；根據(jù)各層嘴損壓差和需要的配注量在嘴損曲線上查得水嘴尺寸和個(gè)數(shù)（圖1-10）。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法原理推算法一般用于已下配水管柱的井，經(jīng)過(guò)測(cè)試，水量達(dá)不到配注方案要求時(shí)，需要立即進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整步驟如下：據(jù)測(cè)試資料繪制真實(shí)分層吸水指示曲線（按有效井口壓力繪制）；根據(jù)實(shí)際注水量

30、Qd和分層配注量Qs，在真實(shí)分層指示曲線上查出與實(shí)際注水量和配注量相對(duì)應(yīng)的分層井口配注壓力，二者壓差(pd-ps)即為嘴損壓差p；一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法（a）分層指示曲線 （b）嘴損曲線圖1-11 原理推算法水嘴調(diào)配示意圖 在嘴損曲線上，用實(shí)際注入量和原水嘴尺寸d0交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的嘴損壓力，按p的正負(fù)，向上或向下截取p，與配注量相交于某一水嘴尺寸上d1，這一水嘴即為該層所要求調(diào)配的水嘴，如圖1-11所示。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法實(shí)際上，對(duì)于調(diào)整水量不大的層段選配水嘴直徑，還可采用下式進(jìn)行簡(jiǎn)易計(jì)算：式中： d0、d1調(diào)整前、后水嘴直徑，mm； Q0實(shí)際注水量

31、，m3； Q1要求配注量，m3。該方法與原理推算法結(jié)果相差0.10.2mm。 一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法（十）編制分注工藝方案的原則及步驟：編制分注工藝方案，首先要收集有關(guān)資料，了解分層吸水能力、注水壓差、油藏工程配注要求、油層溫度和壓力。在滿(mǎn)足配注要求的前提下，從技術(shù)上論證其可行性，從經(jīng)濟(jì)上論證其合理性。其編制步驟為：一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法1）按照目前分注工藝技術(shù)水平，分層工具分注多層一般是可行的，只是調(diào)配工作量大，耗時(shí)較長(zhǎng)，注水井時(shí)率低。2）利用試采、試注數(shù)據(jù)(或采用計(jì)算方法)，計(jì)算出分層注水井底壓力，選最高井底壓力為油管內(nèi)井底壓力。然后以此壓力減去

32、各層達(dá)到配注要求的井底壓力，即為各層的嘴損。再以此為依據(jù)，根據(jù)嘴損曲線得出各層配水嘴直徑，綜合分析此方案是否可行(如水嘴過(guò)小或?qū)娱g壓差過(guò)大，現(xiàn)有注水封隔器承壓能力不夠，都屬于不可行)。并驗(yàn)算各層注水壓力是否超過(guò)破裂壓力，如果超過(guò)，則應(yīng)采用增注措施，降低壓力。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法3）驗(yàn)算各層注人量是否超過(guò)極限注入量，如果超過(guò)，則應(yīng)采用水力壓裂措施擴(kuò)大滲濾面積，降低流速，避免速敏傷害。4）在確定分注管柱的基礎(chǔ)上，各種分注方案(以分注為主或簡(jiǎn)化分注層數(shù)輔以調(diào)驅(qū)或調(diào)剖措施)測(cè)算一次投資和運(yùn)行費(fèi)，從經(jīng)濟(jì)角度尋求合理方案。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法2分注管柱設(shè)計(jì)在

33、確定分注方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)行分注管柱設(shè)計(jì)，主要考慮深度、井斜、溫度、耐壓差、洗井要求、測(cè)試及調(diào)配等因素選擇工具和管柱結(jié)構(gòu)。必須能夠滿(mǎn)足井下各種作業(yè)措施和測(cè)試要求，即油管強(qiáng)度能夠保證起下管柱作業(yè)時(shí)安全可靠。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法表1-5 常用注水封隔器的主要技術(shù)指標(biāo)分注所需各種注水封隔器的主要技術(shù)指標(biāo)如表1-5所示。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 表1-5中除Y441，Y414封隔器以外，其余各型號(hào)如果在深井或斜井中使用，必須配以油管錨、伸縮管和扶正器，才能保證坐封好，壽命長(zhǎng)。KKX空心活動(dòng)配水器為油田常用的分層配水工具，配水器按芯子大小排列，分為甲、乙和丙，其

34、主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1-6。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法表1-6 KKX-106空心活動(dòng)配水器主要技術(shù)參數(shù)一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法偏心配水器在我國(guó)有4大系列，多種型號(hào)，油田應(yīng)用最多的為KPX-113配水器，其主要技術(shù)參數(shù)及應(yīng)用條件如表1-7所示。表1-7 偏心配水器級(jí)數(shù)參數(shù)及特點(diǎn)一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法3注水摩阻及注水管柱油管直徑的確定1)注水摩阻損失在進(jìn)行注水管柱設(shè)計(jì)之前，要根據(jù)油田開(kāi)發(fā)方案對(duì)注水井的配注要求，依據(jù)摩阻損失公式，計(jì)算分析不同油管直徑、不同注入量下管柱的摩阻損失，為注水管柱油管直徑優(yōu)化設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù)。除裂縫型油藏大排量注水井

35、外，一般情況注入水在油管內(nèi)摩阻損失很小，可忽略不計(jì)。因此，在編制采油工程方案時(shí)，一般情況下注水管柱設(shè)計(jì)對(duì)摩阻損失可忽略不計(jì)。 一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法2)注水管柱油管直徑的確定一般小注人量的注水井，摩阻損失不是主要矛盾，可以不做油管直徑敏感性分析，只考慮投撈、測(cè)試的通徑要求。另一方面要考慮注入水在井下停留時(shí)間，原則上不要超過(guò)12h一對(duì)大排量注水井(日注幾千立方米以上的注水井)要根據(jù)油田開(kāi)發(fā)方案對(duì)注水井的配注要求，依據(jù)注水井試注資料，確定注水井吸水指數(shù)。要采用油管直徑敏感性分析軟件，分別選取不同的吸水指數(shù)和注入排量，在規(guī)定的注水壓力下，進(jìn)行油管直徑敏感性分析；通過(guò)對(duì)油管直徑敏

36、感性曲線分析對(duì)比，優(yōu)選確定油管直徑。一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法表1-8 油管強(qiáng)度數(shù)據(jù)表（加大）3）不同油管直徑的強(qiáng)度一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法 表1-9 油管強(qiáng)度數(shù)據(jù)表（平式）精細(xì)注水精細(xì)注水一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具三、采出水處理工藝技術(shù)四、細(xì)分注水技術(shù)國(guó)內(nèi)外前沿技術(shù)進(jìn)展主要內(nèi)容：二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具 （一） 101.6mm套管井分層注水工具 中原油田有101.6mm套管井200多口, 由于受空間的限制,井下工具特別是封隔器、水力錨的設(shè)計(jì)、加工十分困難。在國(guó)外,貝克和OTIS公司研制了101.

37、6mm套管張力封隔器、卡瓦支撐式封隔器和永久式封隔器;其他公司,如哈里伯頓、斯倫貝謝等公司的101.6mm封隔器其共同特點(diǎn)是單級(jí)使用,并沒(méi)有洗井流道。 中原油田經(jīng)過(guò)攻關(guān)研究,克服了配套工具設(shè)計(jì)徑向尺寸矛盾突出,不能采用普通139.7mm管柱工具設(shè)計(jì)的技術(shù)難題,研制了以配水器與封隔器一體化為主的101.6mm套管井分層注水工具,并在此基礎(chǔ)上形成了可洗井、可投撈調(diào)配的一級(jí)二段、二級(jí)二段等工藝分注管柱,滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)101.6mm套管井分注的需要,解決了101.6mm套管井分層注水的技術(shù)難題。二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具Y341配水封隔器結(jié)構(gòu)原理：Y341配水封隔器是集封隔

38、器與配水器為一體的井下工具,它將上、下兩級(jí)配水器集中設(shè)計(jì)在封隔器內(nèi)中心管上段,解決配水與投撈問(wèn)題,從而實(shí)現(xiàn)101.6mm套管井的分層注水。該封隔器主要由上接頭、主體、內(nèi)外中心管、鎖緊套、坐封活塞、下接頭等組成。按功能分為配水機(jī)構(gòu)、單向流機(jī)構(gòu)、洗井機(jī)構(gòu)、密封機(jī)構(gòu)、鎖緊與解鎖機(jī)構(gòu)和自動(dòng)坐封機(jī)構(gòu)等組成，工具結(jié)構(gòu)如圖2-1二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具圖2-1 分層注水一體化封隔器結(jié)構(gòu)二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具101.6mm套管分注管柱：該管柱由扶正式水力錨、封隔器與配水器一體化工具和底部單流閥組成一級(jí)二段或二級(jí)二段分注管柱如圖2-2。圖2-

39、2 101.66mm套管一級(jí)二段分注管柱二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具坐封:調(diào)整好封隔器坐封位置后直接安裝井口正注生產(chǎn),當(dāng)井口注水壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí),封隔器自動(dòng)坐封并鎖緊。自動(dòng)坐封的壓力可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要調(diào),一般設(shè)定為35MPa。 解封:放掉油壓,水力錨回收;上提油管,封隔器中心管上移,鎖緊機(jī)構(gòu)失去支撐解鎖,封隔器解封,即可起出管柱。 測(cè)調(diào):將一體化井下流量計(jì)坐入配水芯子內(nèi),一次測(cè)試出P1、P2的水量。該方法與常規(guī)測(cè)試方法根據(jù)測(cè)試結(jié)果,如果水量達(dá)不到配注方案要求,下入專(zhuān)用撈錨(見(jiàn)圖),起出配水器,進(jìn)行水嘴調(diào)配。如圖2-3.二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及

40、配套工具圖2-3 投勞測(cè)試接頭二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具 （二）定向井和斜井的分層注水工具在定向井和斜井進(jìn)行注水技術(shù)的時(shí)候,由于受到斜度的影響,很多時(shí)候,在受到重力的施加作用下,使得管柱受到分力的作用,使得膠筒由于受到的用力不均而致使封隔器的密封程度降低,測(cè)試調(diào)配儀器在下注的時(shí)候遇到了一定的困難,而在此時(shí)在工藝管柱中將液力投撈分層注水技術(shù)應(yīng)用到其中,能夠有效地解決管柱壽命和調(diào)配困難等種種技術(shù)問(wèn)題。二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具（三）超深井和深井的分層注水工具在一些具有溫度較高、礦化度較高、油藏埋藏深度較大、壓力較高的超深井和深井中進(jìn)行

41、注水具有相當(dāng)大的困難和所面對(duì)的挑戰(zhàn)非常大。而深井的分層注水具有較高的安全系數(shù),并且管柱還能起到錨定和補(bǔ)償?shù)淖饔?可實(shí)現(xiàn)不動(dòng)管柱而進(jìn)行酸化解堵。二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具圖2-4 深井多級(jí)分注管柱結(jié)構(gòu)示意圖1-非金屬水力錨；2-套管保護(hù)封隔器；3、5、7-橋式偏心配水器；4、6-Y344低解封力封隔器；8-預(yù)置工作筒；9-球座及眼管總成 坐封時(shí)，將各級(jí)橋式偏心配水器內(nèi)投人死嘴子。從油管內(nèi)施加液壓，非金屬水力錨錨爪張開(kāi)，錨定于套管內(nèi)壁上。各級(jí)Y344低解封力封隔器中心管內(nèi)的流體由坐封導(dǎo)壓孔進(jìn)人彈簧鎖塊與下接頭之間的環(huán)空間隙，液壓助推彈簧鎖塊帶動(dòng)下缸套與推進(jìn)套向上運(yùn)動(dòng)

42、擠壓膠筒，使得膠筒壓縮坐封。坐封到位時(shí)，彈簧鎖塊上的馬牙與解封套管的上端馬牙咬合，中心管泄壓后，受到馬牙緊扣限制，膠筒繼續(xù)承受下缸套與推進(jìn)套的擠壓而不能釋壓，膠筒不再回彈，實(shí)現(xiàn)坐封。各個(gè)封隔器坐封完成后，各注水層位被有效封隔開(kāi)，即可進(jìn)行分層注水。二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具圖2-5 非金屬水力錨結(jié)構(gòu)示意圖1一錨體;2-錨爪;3一壓板;4一彈簧密封圈;5-固定螺釘 非金屬水力錨結(jié)構(gòu)如圖所示，其工作原理為:從油管內(nèi)以液體形式施加一定的壓力，錨爪壓縮彈簧，使錨爪徑向伸出，錨爪牢牢地卡在套管內(nèi)壁上，產(chǎn)生強(qiáng)大的摩擦阻力，起到錨定油管作用，釋放掉油管內(nèi)液體壓力，錨爪再自動(dòng)收回

43、解卡。深井分注主要配套工具：二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具（四）橋式偏心注水工具 由測(cè)試密封段、偏心堵塞配水器和偏心工作配水筒組成,采用量程較小的流量計(jì)和測(cè)單層的雙卡技術(shù),大大的減少了不必要的儀器誤差和遞減法測(cè)試產(chǎn)生的誤差,實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確高效的壓力分層測(cè)試,并且對(duì)于單層的注入水量較低的注水井具有相當(dāng)大的明顯優(yōu)勢(shì)。橋式偏心分層注水管柱由Y341-114型可反洗井封隔器、橋式偏心配水器及球座、眼管、絲堵等構(gòu)成,3層分注管柱結(jié)構(gòu)如圖2-6。橋式偏心分注工藝管柱及配套工具不受級(jí)數(shù)限制,理論上可以進(jìn)行N次分層注水,同時(shí)橋式偏心分層注水工藝不受井深限制,可以進(jìn)行深井分層注水。二二、

44、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具圖2-6 3層橋式偏心分注管柱結(jié)構(gòu)二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具橋式偏心分注試驗(yàn)用Y341型可反洗井封隔器結(jié)構(gòu)如圖2-7。試驗(yàn)前在對(duì)其密封性能進(jìn)行了試驗(yàn)檢測(cè),發(fā)現(xiàn)橋式偏心分注用Y341型封隔器密封性能達(dá)不到定向井要求的25 MPa,不能滿(mǎn)足斜井及深井橋式偏心分注的要求;解封性能檢測(cè)發(fā)現(xiàn)封隔器解封力偏低,在斜井及深井注水時(shí)管柱蠕動(dòng)易引起封隔器解封。室內(nèi)檢測(cè)結(jié)果表明,直井橋式偏心分注用Y341型封隔器密封性能不能滿(mǎn)足斜井及深井分注的要求,且封隔器解封力偏低,易造成注水過(guò)程中解封而失效。因此橋式偏心分注技術(shù)在斜井上試驗(yàn)必

45、需對(duì)使用的封隔器進(jìn)行改進(jìn)與完善。二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具圖2-7 直井橋式偏心分注用Y341型封隔器結(jié)構(gòu)二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具測(cè)試調(diào)配效率低 集流流量測(cè)試時(shí),流量計(jì)要與測(cè)試密封段配合使用,測(cè)試密封段密封性能直接決定測(cè)試結(jié)果。使用的平衡式測(cè)試密封段膠圈外徑大于鋼體外徑,因此在斜井段內(nèi)投撈時(shí)會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的磨損,磨損后的膠圈不能進(jìn)行正常工作,從而導(dǎo)致集流流量測(cè)試效率低。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)使用的平衡式測(cè)試密封段結(jié)構(gòu)如圖,密封段入井前后對(duì)比如圖2-8。二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具圖2-8 平衡式密封式密封段結(jié)構(gòu)二二

46、、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具坐封力：Y341-114型封隔器坐封由原來(lái)的單液缸壓縮改為雙液缸壓縮,增加坐封壓縮力,保證封隔器完全坐封,改善封隔器密封效果;增加封隔器解封力,由原來(lái)的40 kN增加至60 kN,以提高封隔器在井下的可靠性,延長(zhǎng)有效使用壽命。試驗(yàn)檢測(cè)：對(duì)改進(jìn)后的封隔器進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè),坐封力為1820 MPa,膠筒密封承壓力為30 MPa,封隔器解封力為60 kN。改進(jìn)后的封隔器達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,能夠滿(mǎn)足斜井橋式偏心分層注水的要求,可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。改進(jìn)設(shè)計(jì)的封隔器結(jié)構(gòu)如圖2-9。二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具圖2-9 改進(jìn)后的定

47、向井橋式偏心分注用Y341封隔器結(jié)構(gòu)二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具 測(cè)試儀器串橋式偏心分層注水流量測(cè)試使用的常規(guī)儀器串為測(cè)試密封段+流量計(jì)+振擊器+加重桿,儀器串全長(zhǎng)1.92 m,為硬連接。因?yàn)槌Ｒ?guī)測(cè)試儀器應(yīng)用于直井,所以使用這種硬連接不存在問(wèn)題,但在大斜度井上應(yīng)用時(shí)增大了投撈力,給作業(yè)帶來(lái)了較大的風(fēng)險(xiǎn)。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況,設(shè)計(jì)萬(wàn)向接頭,把橋式偏心流量測(cè)試儀器串改為軟連接,減小儀器在斜井段內(nèi)的摩擦力和投撈力,降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。改進(jìn)后的儀器串結(jié)構(gòu)為測(cè)試密封段+流量計(jì)+萬(wàn)向節(jié)接頭+振擊器+加重桿,儀器全長(zhǎng)2.12 m。二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工

48、具測(cè)試密封段：針對(duì)大斜度注水井集流流量測(cè)試密封段密封膠圈在斜井段內(nèi)磨損的問(wèn)題,重新設(shè)計(jì)密封方式,對(duì)測(cè)試密封段結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。壓縮式密封結(jié)構(gòu)及原理為密封段密封方式由平衡自封式改為壓縮式。用鋼絲連著測(cè)試密封段下入到過(guò)橋式偏心配水器,然后上提配水器再下放使測(cè)試密封段坐于配水器上。由于上接頭重力作用,密封膠圈被壓縮,實(shí)現(xiàn)對(duì)主通道的密封,形成單層測(cè)試通道進(jìn)行集流流量測(cè)試，如圖2-10.二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具圖2-10 壓縮式密封結(jié)構(gòu)二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具 密封效果：平衡式密封段密封膠圈外徑大于鋼體外徑,在定向井中應(yīng)用時(shí)會(huì)產(chǎn)生磨損。壓縮

49、式密封段下入過(guò)程中密封膠圈外徑小于鋼體外徑,在定向井中不會(huì)產(chǎn)生磨損;密封段解封上提測(cè)試密封段膠圈回收,其外徑仍小于鋼體,不會(huì)發(fā)生磨損。為使壓縮式密封膠圈起到良好的密封效果,上接頭采用加重設(shè)計(jì),保證足夠的密封力。二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具(五)新型分層注水工具及配套技術(shù) 由于偏心配水器特定的結(jié)構(gòu),使得注水井在分層測(cè)試時(shí)只能采取差減法,而差減法測(cè)試存在許多弊病:(1)必須在四個(gè)不同壓力點(diǎn)下進(jìn)行測(cè)試,不能實(shí)現(xiàn)在同一注水工作制度下的單層獨(dú)立測(cè)試。(2)由于每封堵一層,要求都必須在四個(gè)不同的注水工作制度下測(cè)試分注水量,而且每個(gè)工作制度的壓力間隔也只有0.103MPa,這么

50、小的差在地面很難準(zhǔn)確控制。(3)在計(jì)算分層注水量時(shí),各層測(cè)得的水量誤差互相傳遞、疊加,其中某一層的注水量很有可能出現(xiàn)負(fù)值,使測(cè)試資料無(wú)法解釋。(4)重復(fù)性工作量多,工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,測(cè)試資料可靠程度性差。(5)不能進(jìn)行單層的壓力降落測(cè)試。二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具 為了解決這類(lèi)問(wèn)題,開(kāi)發(fā)研制了雙通路可控偏心配水器。雙通路可控偏心配水器結(jié)構(gòu)。雙通路可控偏心配水器,主要由偏心配水器雙通路工作筒、偏心配水堵塞器、偏心配水可調(diào)試測(cè)試密封段(測(cè)試時(shí)用)組成。 分層流量測(cè)試及測(cè)壓、驗(yàn)封原理。測(cè)分層流量時(shí)測(cè)試密封段(帶流量計(jì))坐到位后,20mm偏心孔的側(cè)向進(jìn)水孔恰好對(duì)準(zhǔn)測(cè)試密封

51、段兩組皮碗之間的中心管進(jìn)液口,測(cè)得本層注水量,在測(cè)本層注水量的同時(shí),注入水經(jīng)角型注水通路進(jìn)入下級(jí)偏心配水器,不影響測(cè)試層段下部的層段注入,實(shí)現(xiàn)了同一注水工作制度下,其它注水層段的正常注水。但當(dāng)不具備測(cè)試單層注水量時(shí),應(yīng)用可調(diào)節(jié)測(cè)試密封段封堵全部入水口即可實(shí)現(xiàn)常規(guī)差減法測(cè)試。二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具當(dāng)單通路控制測(cè)試流量時(shí),流量計(jì)所記錄的流量為單層注入量。當(dāng)雙通路控制測(cè)試流量時(shí),測(cè)試封段封堵第二注水層段,流量計(jì)所記錄流量為第二注水層段注入量為Q2(以二段注水管柱為例),上提測(cè)試密封段到第一層段,流量計(jì)所記錄的流量為Q1,這樣Q1=Q1+Q2(Q1為第一層段注入量)

52、,則Q1=Q1-Q2。當(dāng)進(jìn)行分層測(cè)壓時(shí),壓力計(jì)與測(cè)試密封段連接控制單通路,即可測(cè)得單層地層壓力,實(shí)現(xiàn)分層測(cè)壓。二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具用壓力計(jì)進(jìn)行驗(yàn)封時(shí),壓力計(jì)與測(cè)試密封段連接控制雙通路,即可實(shí)現(xiàn)封隔器驗(yàn)封。與流量測(cè)試相似,測(cè)壓時(shí)只需在測(cè)試密封段上連接壓力計(jì)即可。測(cè)壓時(shí)可用丟手方式逐層下入測(cè)試密封段,測(cè)全井各注水層段油層壓力,也可以將測(cè)試密封段丟手至某注水層段,測(cè)某一注水層段的油層壓力,注入水經(jīng)角型注水通路進(jìn)入下級(jí)偏心配水器,不影響測(cè)試層段下部的層段注入。二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具驗(yàn)封與測(cè)層段壓力相同,將帶有壓力計(jì)的測(cè)試密封段下

53、入井中,坐入偏心配水器的工作筒內(nèi),地面采用/開(kāi)-關(guān)-開(kāi)方式,這時(shí)壓力計(jì)測(cè)得偏心配水器對(duì)應(yīng)注水層段的壓力。如封隔器密封,則壓力計(jì)不受地面工作制度變化的影響,反之,如封隔器不密封,則測(cè)試曲線隨地面采用/開(kāi)-關(guān)-開(kāi)工作制度的變化而變化。二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具 新型分層注水配套工具： (1)可調(diào)節(jié)式測(cè)試密封段。主要應(yīng)用于雙通路可控偏心配水器的調(diào)試及驗(yàn)封測(cè)試。通過(guò)調(diào)節(jié)密封件的組合方式實(shí)現(xiàn)雙通路可控測(cè)試。 (2)超聲流量計(jì)。存儲(chǔ)式超聲流量計(jì)是注水井分層注水量測(cè)試儀器,儀器采用超聲波在傳播距離相同的情況下,順著介質(zhì)流動(dòng)方向和逆著介質(zhì)流動(dòng)方向傳播時(shí)間差的原理,測(cè)量流體的體積

54、流量。由于儀器不存在任何可活動(dòng)的機(jī)械部件,因此對(duì)注入水水質(zhì)要求不嚴(yán)格,可靠性高。同時(shí)配套超聲流量計(jì)數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)。二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具 (3)分層注水井驗(yàn)封測(cè)試儀。儀器與調(diào)節(jié)測(cè)試密封相連接,逐級(jí)坐封注水井偏心配水器。驗(yàn)封壓力計(jì)通過(guò)開(kāi)-關(guān)-開(kāi)方法改變注水工作制度,儀器能記錄所對(duì)應(yīng)的時(shí)間與壓力的變化曲線。經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理后使兩條壓力曲線疊加,自動(dòng)判斷每一級(jí)封隔器的密封狀況。同時(shí)可以進(jìn)行注水井分層測(cè)壓,指導(dǎo)優(yōu)化注水井調(diào)整方案。二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具該工藝管柱由壓縮式封隔器與射流洗井器或YC344系列封隔器和雙通路可控偏心配水器

55、組成。目前KPSX114(95)系列配水器現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用了23口井。具體情況見(jiàn)表2-1。表2-1 新型注水工具和配套技術(shù)應(yīng)用情況二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具KPSX雙通路可控偏心配水管柱可以在同一工作制度下,單層獨(dú)立測(cè)流量,測(cè)某層段水量時(shí)不影響其它層段注水。 KPSX-114偏心配水管柱分層測(cè)壓時(shí)無(wú)需撈出正常生產(chǎn)時(shí)的配水堵塞器,只下入帶壓力計(jì)的測(cè)試密封段。 KPSX-114偏心配水管柱最顯著的優(yōu)勢(shì)在于成倍地提高了注水井測(cè)調(diào)試的效率,降低了測(cè)調(diào)試勞動(dòng)強(qiáng)度。 二二、長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具長(zhǎng)效分層注水技術(shù)及配套工具精細(xì)注水精細(xì)注水一、管柱設(shè)計(jì)理論及方法二、分層注水及配套工

56、具三、采出水處理工藝技術(shù)四、細(xì)分注水技術(shù)國(guó)內(nèi)外前沿技術(shù)進(jìn)展主要內(nèi)容：三、采出水處理工藝技術(shù)三、采出水處理工藝技術(shù)（一）注水過(guò)程中油層堵塞機(jī)理注水引起油層堵塞的原因主要是由于注入水與油層巖石及流體不配伍或配伍性不好所致。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 1）注入水與油層水不配伍主要指注水過(guò)程中，注入水由于壓力及溫度變化或注入水與油層水直接接觸后，由于富含成垢離子而生成沉淀物，如CaCO3、CaSO4、BaSO4、SrSO4。三、采出水處理工藝技術(shù)三、采出水處理工藝技術(shù) 2）注入水與油層巖石礦物不配伍由于注入水礦化度或pH值與油層水不同，容易造成水敏/鹽敏傷害，引起油層中敏感性粘土礦物（如蒙脫石、伊/蒙混

57、層）膨脹/收縮、分散/剝脫與運(yùn)移而堵塞油層，從而導(dǎo)致油層滲透率下降。三、采出水處理工藝技術(shù)三、采出水處理工藝技術(shù) 3）注入水中懸浮物造成的油層堵塞 注入水中所含懸浮物主要包括懸浮固相顆粒、油及其乳化物、系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物、細(xì)菌及其衍生物。其中懸浮固相顆粒和乳化油影響最大。注水系統(tǒng)中的腐蝕性介質(zhì)主要來(lái)源于注入水中的溶解氣（如溶解氧、H2S和CO2）以及細(xì)菌對(duì)金屬的腐蝕產(chǎn)物，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)腐蝕的控制和殺菌處理，由腐蝕產(chǎn)物和細(xì)菌引起的堵塞可以得到很好的控制。三、采出水處理工藝技術(shù)三、采出水處理工藝技術(shù) 4）注入條件變化 流速的影響。低注入速度有利于細(xì)菌的生長(zhǎng)和垢的形成；高注入速度將加劇腐蝕反應(yīng)；高滲流速度加劇

58、微粒的脫落和運(yùn)移，引起速敏傷害。 壓力變化的影響。壓力變化會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力敏感（特別是雙重介質(zhì)油藏）和油層結(jié)構(gòu)傷害及沉淀的析出。三、采出水處理工藝技術(shù)三、采出水處理工藝技術(shù) 溫度變化的影響。在注水過(guò)程中，隨著油層溫度逐漸下降，流體粘度上升，滲流阻力增加，巖石水潤(rùn)濕性減小，油潤(rùn)濕性上升，吸水能力下降；溫度變化導(dǎo)致沉淀生成，溫度上升有利于吸熱沉淀生成，溫度下降有利于放熱沉淀生成；溫度變化導(dǎo)致油層孔喉變溫應(yīng)力敏感，且降低溫度將導(dǎo)致蠟的析出。三、采出水處理工藝技術(shù)三、采出水處理工藝技術(shù)(二)水源選擇油田注水要求水源的水量充足、水質(zhì)穩(wěn)定。目前作為注水用的水源主要有以下四種。（1）地下水。淺層地下水一般產(chǎn)于河流

59、沖積和沉積層中，其水量穩(wěn)定，水質(zhì)不受季節(jié)影響，通常腐蝕性較小。深層地下水礦化度較高，對(duì)于含鐵較高的水應(yīng)除鐵。（2）地表水。江、河、湖的地面淡水礦化度低，但泥砂含量高，高含氧，攜帶大量懸浮物和各種微生物。地表水的水質(zhì)和水量受季節(jié)影響變化很大。三、采出水處理工藝技術(shù)三、采出水處理工藝技術(shù)（3）含油污水。指油層采出水，在注水期間產(chǎn)出水的總量可達(dá)到注水需求量的30%70%。含油污水一般偏堿性，硬度低，含鐵少，礦化度高，含油量高和膠體物含量高，懸浮物組成復(fù)雜。含油污水必須經(jīng)過(guò)水質(zhì)處理后才能外排，回注產(chǎn)層可改善注水工程的經(jīng)濟(jì)狀況。隨采出水的增多，采出水已成為油田注水的主要水源。（4）海水。海灣沿岸和海上油

60、田注水一般用海水。由于海水含氧量和含鹽量高，腐蝕性強(qiáng)，懸浮固體顆粒隨季節(jié)變化大。最好使用在海岸打的淺井作水源井，并使用密封系統(tǒng)，使其過(guò)濾從而減少水的機(jī)械雜質(zhì)。三、采出水處理工藝技術(shù)三、采出水處理工藝技術(shù)具體選擇水源時(shí)。首先應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)（SY/T5329-2012）方法分析和評(píng)價(jià)水源，結(jié)合注入油藏的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮水處理、防腐、施工成本和由此增加的開(kāi)發(fā)成本等因素，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。選擇水源應(yīng)遵循以下基本原則。（1）有充足的水量，且供水量穩(wěn)定；（2）有良好或相對(duì)良好的水質(zhì)，且水處理工藝相對(duì)簡(jiǎn)單或水處理經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行；（3）含油污水優(yōu)先，以減少環(huán)境污染； （4）考慮水的二次或多次利用，減少資源浪費(fèi)。三、采出