液力投撈分層注水工藝技術(shù)應(yīng)用

1、液力投撈分層注水工藝技術(shù)應(yīng)用與探討王群立 袁新生 楊 峰新疆石油管理局采油工藝研究院摘 要：本文介紹了目前新疆油田注水開發(fā)的現(xiàn)狀及存在的主要問題，以及目前正在新疆油田廣泛應(yīng)用的液力投撈分層注水管柱及工藝。從結(jié)構(gòu)原理到現(xiàn)場操作及目前在現(xiàn)場應(yīng)用中出現(xiàn)的問題進(jìn)行較全面的說明與分析，并且從新疆油田實(shí)際出發(fā)，為油田今后的分層注水工作做出建議，指出油田今后分層注水工藝的發(fā)展方向。前 言注水開發(fā)是油田開發(fā)的一個重要階段，在油田生產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的作用。由于各油田地質(zhì)狀況不同，注水條件和工藝水平不同，各油田都研制開發(fā)出適合本油田的各種分層注水工藝技術(shù)。目前國內(nèi)油田的分注工藝主要還是以偏心配水為主，同時也有部

2、分采用其它工藝，如油套分注、空心配注、輪流注水、定量分注等。液力投撈分層定量注水工藝是近十年來才發(fā)展起來的一種新的注水工藝技術(shù)，國內(nèi)各油田針對這項(xiàng)技術(shù)做了大量工作，由于它具有投撈、測試方便的優(yōu)點(diǎn)，目前已在許多油田得到應(yīng)用，取得了較好的效果。新疆局采油工藝研究院在90年代中期研制的液力投撈分層注水工藝技術(shù)，從96年開始，在油田推廣應(yīng)用，通過不斷改進(jìn)和完善，性能有了較大提高，近幾年來也在油田取得了較好的應(yīng)用效果。國外油田由于對水質(zhì)及防腐的要求較高，加之投撈工藝先進(jìn)，分注主要以井下偏心定量分注為主，以美國貝克工具公司為例，其分注技術(shù)主要是井下偏心定量配水器和地面定量配水器為主。1 新疆油田注水井現(xiàn)狀

3、及存在的問題新疆油田分公司所轄油田（數(shù)據(jù)截止到2000年12月底，來源于2000年采油（氣）工程技術(shù)報告），共有注水井1659口，其中大部分水井采用籠統(tǒng)注水，分層注水井只有633口，占油田注水井的38%左右分注率較低，在已實(shí)施的分注井中，由于種種原因一些井達(dá)不到分注要求，且有不少油套分注井，套管腐蝕嚴(yán)重，從而使注水井不能有效的實(shí)施分注，而不得不采用籠統(tǒng)注水。其結(jié)果是：一方面高滲透率層已大量吸水；另一方面低滲透率層很少吸水，甚至不吸水。這樣大大影響了油田的開發(fā)效果。新疆油田注水的另一個問題是單層配注量很小。由于單層配注量小，所用的配水器水嘴直徑就很小，加之一些油田注水水質(zhì)不合格，油、套管腐蝕嚴(yán)重

4、等原因，造成配水器芯子很容易堵塞，這也是造成一些注水工藝無法大量推廣應(yīng)用的重要原因。2 液力投撈井下定量分注工藝技術(shù)2.1 管柱結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)2.1.1 管柱結(jié)構(gòu)管柱結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。液力投撈井下定量分注工藝能實(shí)現(xiàn)同井一級兩層或兩級三層分注（如圖1、圖2所示）。管柱結(jié)構(gòu)自下而上，由絲堵（可選）、篩管（可選）、KCY211注水封隔器、KYDT11446自調(diào)配水器（三層自調(diào)配水器與封隔器加工成一體）、油管扶正器（可選）、油管組成。封隔器將井筒封隔成兩段或三段，注水時自調(diào)配水器與注水芯子相配合，為各段提供不同的注水通道。注水芯子上裝有流量調(diào)節(jié)裝置，可為各注水層提供相對準(zhǔn)確的注水量。三層配水器封隔器

5、篩管絲堵兩層配水器封隔器絲堵篩管 篩管圖1 一級兩層分注管柱簡圖 圖2 兩級三層分注管柱簡圖2.1.2 工藝特點(diǎn)1）無論是兩級分注還是三級分注只有一個工作筒，工作筒居中；2）各層配水芯子連接成一個整體，投撈一次可同時對三層水嘴進(jìn)整；3）注水芯子上端裝有皮碗等液力提升裝置和打撈裝置，可用液力投撈或鋼絲打撈的方式將芯子打撈上來，操作方便可靠；4）適用于深井和超深井注水（配水器現(xiàn)場應(yīng)用最大深度是4800米）；5）配水器在注水壓力波動范圍不大的情況下，可實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，保持注入量的相對穩(wěn)定。2.2 注水工作筒和注水芯子注水工作筒和注水芯子如圖3和圖4。圖3 一級兩層分注工作筒及注水芯子圖圖4 兩級三層分

6、注工作筒及注水芯子圖2.3 配套工具主要技術(shù)規(guī)格用于51/2、65/8、7套管井的分注井下工具見表1：表1 分注管柱工具規(guī)格 工具名稱技術(shù)指標(biāo)KCY211封隔器KYDT-114配水器篩 管扶正器絲堵最大外徑（mm）114/135/14811473最小內(nèi)徑（mm）50/62466262總 長（mm）1300/1440/1550350/12000.5400兩端連接螺紋27/8UPTBG27/8TBG27/8UPTBG27/8UPTBG耐溫（）120耐壓差（MPa）5045坐封載荷5070備 注5/ 65/8/7二層 /三層可選件可選件可選件2.4 配水器性能指標(biāo)啟動壓差：0.7MPa；自調(diào)范圍：1

7、.5MPa；芯子投撈方式：液力或鋼絲。2.5 選井條件1）注水井套管無嚴(yán)重?fù)p壞、無管外竄；2）注水井應(yīng)選用防腐油管；3）注水井應(yīng)滿足隔層在3m以上；4）注水井未擠過調(diào)堵劑；5）油管及所有轉(zhuǎn)換接頭通徑必須為62；6）上層比下層的層間壓差小于3MPa；7）單層注水量不大于200m3/d；8）注入水水質(zhì)應(yīng)達(dá)到注水標(biāo)準(zhǔn)要求。2.6 定配配注原理注水井中各層所需的配水量是由地質(zhì)條件決定的。本套技術(shù)中定量是靠彈簧的彈力改變孔隙的過流面積來實(shí)現(xiàn)（如圖5）。當(dāng)流量增大，壓力P升高，壓縮彈簧，使水嘴活塞下行，從而減小出水孔的過流面積，使流量減??；壓力P降低時，彈簧在彈力作用下，使水嘴活塞上行，從而增大出水孔的過

8、流面積，使流量增大，最終使流量保持在一個相對比較穩(wěn)定的狀態(tài)。P出水孔彈簧活塞水嘴圖5 定量配注原理圖2.7 分層配注和測試技術(shù)2.7.1 配注方法初次測試一般在注水管柱完井且全井籠統(tǒng)注水57天后進(jìn)行。采用降壓法，測出反映各層注水壓力與注水量關(guān)系的吸水指示曲線（如圖6）。根據(jù)該曲線找出層間注入壓差，確定需要節(jié)流的層段和節(jié)流壓差。然后根據(jù)節(jié)流壓差、額定配注量在自調(diào)咀損曲線圖上初選水咀（如圖7）；將初步選定的水咀裝入芯子，接井下流量計一起入井測試，注一段時間后撈出芯子，取下流量計，讀取分層流量值。若符合地質(zhì)配注量，說明所配水嘴合適，將芯子重新入井正常注水，測試結(jié)束；若不符合配注要求則需調(diào)整水咀大小，

9、重復(fù)以上步驟。直至合適為止。圖6 自調(diào)嘴損曲線例如已知額定配注量為： 圖7 吸水特性曲線上層 25m3/d； MPa 下層 50m3/d； 6 下層 從曲線上可找出對應(yīng)的額定配注壓力： 5 上層上層 4.2Pa； 4下層 6.1Pa； 3由此可以確定： 2 全井設(shè)計注入壓力為6.1MPa 1 上層需節(jié)流，節(jié)流壓力為 0 10 20 30 40 50 m3P=6.1-4.2=1.9MPa結(jié)合自調(diào)嘴損曲線，上層選3.4水嘴，將初選好的水嘴裝入需要節(jié)流的層段。為了檢驗(yàn)所配水嘴是否合適，將上、下層芯子都接上流量計，投入井中。將注水量調(diào)至要求的全井注入量，注入壓力穩(wěn)定后，注一段時間將芯子撈出（一般為1天

10、），卸下流量計并讀出數(shù)據(jù)。檢查上、下層流量是否符合要求。如果滿足要求，說明選配水嘴合適，否則重復(fù)調(diào)整水嘴大小，直至單層注入量滿足地質(zhì)配注要求。對于三層分注井，中層注水量等于地面累計水量（地面水表記錄值）與上、下層水量之和的差值。測試步驟的流程見圖8：測P-Q曲線找到 P上額 P中額 P下額確定P合=Max P上額 ， P中額P下額確定P= P合 P上額 ， P中額P下額選配水咀自調(diào)咀損曲線不準(zhǔn)確流量校核 準(zhǔn)確 配注結(jié)束 圖8 測試流程圖圖中：P上額 額定配注量下的上層配注壓力；P中額 額定配注量下的中層配注壓力；P下額 額定配注量下的下層配注壓力；P合 合注壓力，取各層配注壓力中最大值。2.7

11、.2 注水芯子投撈過程注水芯子投撈主要有液力投撈和鋼絲投撈兩種方式：1）液力投撈方式芯子從油管投下，靠自身重量和正注水液力的作用坐入工作筒進(jìn)入工作狀態(tài)。打撈時，在防噴管上裝上注水芯子捕捉器，使水井各閥門處于反洗井狀態(tài)。將反洗井閥門盡量開大，增大流量，以減少液力作業(yè)時間。芯子上裝有皮碗、單流閥等提升裝置，在液力作用下可將注水芯子沖出，進(jìn)入芯子捕捉器。2）鋼絲打撈方式a）需要打撈時，在正注狀態(tài)下，用鋼絲下入打撈工具，在距離芯子位置50米處停止下入，開套管閥門，以平衡芯子的上下壓差；b）繼續(xù)下放打撈工具，抓住芯子撈頭，慢慢將芯子提出工作筒，若上提芯子負(fù)荷較大，可從油管緩慢排除少量的水，用液力將芯子舉

12、出工作筒，然后再上提；c）上提芯子致防噴管，將芯子取出，完成打撈操作。這種分注芯子液力投撈技術(shù)較好的解決了芯子投撈的問題，必要時可根據(jù)現(xiàn)場情況采用鋼絲打撈。投撈一次可同時對兩層或三層水嘴進(jìn)行調(diào)換。我們也已經(jīng)合作開發(fā)了與這套管柱技術(shù)相配套的電子計量裝置FDL系列電子流量（壓力）計，它能實(shí)現(xiàn)對配好水嘴后的上下層的實(shí)際注入量和對應(yīng)的壓力值實(shí)施動態(tài)監(jiān)測。為油田地質(zhì)工作者及時掌握水井各層的實(shí)際參數(shù)提供可靠的數(shù)據(jù)。3 現(xiàn)場應(yīng)用情況及存在的問題液力投撈分層注水工藝自1996年現(xiàn)場應(yīng)用以來，已在新疆油田公司各油田實(shí)施200多井次，至今仍在現(xiàn)場應(yīng)用。應(yīng)用井次見表2。表2 1996年以來液力投撈分注工藝現(xiàn)場應(yīng)用井

13、次統(tǒng)計地 點(diǎn)準(zhǔn)東油田彩南油田采油三廠寶浪油田石西油田塔指施工井項(xiàng)技術(shù)比較適合于新疆油田目前的注水條件，投撈方便可靠，管柱施工一次成功率98以上，注水芯子液力投撈成功率95以上。這項(xiàng)技術(shù)在塔指一口一級兩層分注井（LN2-4-6）上應(yīng)用，取得了較好的注水效果。該井井深為5200m，注水工作筒位于4800米，單層要求注入量為200m3/d。分注管柱施工時間是2002年10月3日，首次進(jìn)行調(diào)試時間是2002年10月17日，由于該井井口通徑是78mm，在初次液力投撈時，注水芯子在油管掛處進(jìn)入不了捕捉器致使液力投撈失敗。針對井口和油管掛通徑較大的問題（設(shè)計注水芯子時，采用液力投撈

14、適用的油管內(nèi)徑為62mm），我們重新設(shè)計了捕捉器，并將捕捉器通過井口和油管掛延伸到油管當(dāng)中，再采用液力反沖。2003年6月2日，用此種方法，液力投撈一次成功。隨后幾天，又進(jìn)行了2次液力投撈測試均獲成功，充分顯示了液力投撈的方便性和可靠性。隨著該項(xiàng)技術(shù)在油田的不斷推廣，一些存在的問題也在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出來。問題一：各油田根據(jù)需要，對許多注水井實(shí)施調(diào)剖作業(yè)后，再進(jìn)行分層注水。此類水井中存在大量游離的粘稠狀調(diào)剖劑，如使用液力投撈分層注水工藝極易將分層水嘴堵死，致使水注不進(jìn)去，造成分注工藝失敗。經(jīng)過調(diào)剖的水井幾乎不能實(shí)施液力投撈分層注水工藝。問題二：新疆油田分公司油田注水井單層注水量普遍較小，有些井單

15、層日注水量僅10方，因此，配水器水嘴直徑相對較小，注入水中的雜質(zhì)很容易將水嘴堵塞。問題三：在進(jìn)行反循環(huán)舉升注水芯子的過程中，往往要排出大量的水，由于環(huán)保及現(xiàn)場條件的限制，有些井只好采用鋼絲打撈芯子。問題四：鋼絲打撈時部分注水井注水芯子提不動。在使用鋼絲打撈時，如果水質(zhì)結(jié)垢嚴(yán)重，層間壓差較大，打撈時，就容易發(fā)生注水芯子撈不出來的現(xiàn)象。針對新疆油田注水井分層配注量小，水嘴容易堵塞的問題，我們做了大量的研究改進(jìn)工作：一是重新設(shè)計了一種井下定量配水器，配水器水嘴由原來簡單的帶孔的陶瓷水嘴改為目前的浮動式復(fù)合水嘴，水嘴的摩阻大大增加，在相同注水量的情況下，其水嘴過流面積相應(yīng)增大，減小了水嘴堵塞的可能性，調(diào)節(jié)水量更加平穩(wěn)，壓差自調(diào)范圍為2.5MPa。另外，針對新疆油田分注難以計量，以及配水器水嘴容易堵塞，造成分注困難的問題，我院還研究了一種液力投撈輪流注水工藝。它采用先注一層，然后取出芯子，再注另一層的方法。此工藝能實(shí)現(xiàn)輪流分注兩層和三層。其優(yōu)點(diǎn)是：可實(shí)現(xiàn)對每一層的準(zhǔn)確計量，另外不容易堵水嘴（嘴徑較大），注水芯子采用密度小于1的工程材料，液力投撈施工方便，所用反沖液量相對較少。這項(xiàng)技術(shù)90年代中期在采油二廠和百口泉采油廠進(jìn)行了應(yīng)用。目前，輪注工藝技術(shù)已在吉林油田推廣應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)由于采用輪流注水，注一層，關(guān)一層，雖然在一段時間內(nèi)增大了注入層的注水強(qiáng)度。但在注另一層時，前一