分层注水工艺及测试技术

分层注水工艺及测试技术延长油田股份有限公司勘探开发技术研究中心2012年9月随着油田开发技术不断进步，一方面国内低渗、超低渗油田需要超前注水开发，另一方面国内大多数油田进入了中后期开发阶段，为及时有效地补充储层能量和改善储层剖面矛盾，进一步提高油田开发最终采收率。国内各油田根据自身不同油藏类型和注水环境的实际，建立了相应的分层注水工艺管柱配套模式，完善了注水工艺技术系列，为新、老油田稳产和经济有效开发提供了有力的技术支撑。目前，国内分层注水开发主要以偏心配水和空心配水分层注水工艺为主。同时也应用了桥式偏心配水工艺、同心集成分层注水工艺、恒流量配水等多种分注工艺。前言一、分层注水概述二、注水管柱结构及配套工具三、测试技术及仪器四、分层注水发展趋势目录水在自然界容易获得水是有效的驱油媒介注水投资操作费用低水相对容易注入地层水在油层中容易流动采出水容易分离再用水的黏度低，产生指进现象发生水敏，渗流能力下降黏土膨胀套管损坏缺点优点首选注水的原因一、分层注水概述一次采油：天然油藏动力开采，采收率8—10%二次采油：外来注水动力开采，采收率35—45%注水收益：通过获得的注水采出程度提高25—35%一次采油：天然油藏动力开采，采收率5—8%二次采油：外来注水动力开采，采收率15—35%注水收益：通过获得的注水采出程度提高10—27%一、分层注水概述中高渗透油藏低渗透油藏2.中期注水3.晚期注水1.早期注水1分为超前早期注水和同步注水，使油层压力始终保持在饱和压力以上，或保持在原始地层压力附近。2当地层压力下降到饱和压力以后，在生产油气比上升到最大值之前进行注水。3当天然能量枯竭以后进行的注水。这时的天然能量将由弹性驱转化为溶解气驱。注水时机的选择一、分层注水概述均衡地层压力作用使注入水在地层中均匀推进低渗透油田超前注水意义油井投产前投注注水井作用有效地提高注入水波及体积油井投产注水使地层能量得到及时、持续补充减小了因地层压力下降引起的储层性质变化较高的地层压力避免了地层原油溶解气的脱出最终油井保持旺盛的生产能力一、分层注水概述层与层之间由于渗透率差异达几百上千倍，由于多油层间渗透率差异很大，吸水差异也很大。高渗层吸水多，油水前缘推进速度快，水淹快；中低渗层则相反。油井见水后，见水储层压力不断升高，影响其它层出油。这种矛盾越突出，油井产量下降越快，开发效果越差。三大矛盾—层间矛盾一、分层注水概述随着油田注水开发时间的延长，储层内油水运动呈现错综复杂的情况，主要表现在储层的3大矛盾：▲层间非均质性的影响▲平面非均质性的影响▲层内非均质性的影响三大矛盾—平面矛盾一口注水井要对应两口以上的油井注水，由于沉积相的影响，各油井受效情况差异很大。一、分层注水概述三大矛盾—层内矛盾大厚油层层内矛盾岩性变压的层内矛盾一、分层注水概述由于层内渗透率的不均匀，使得注入水不能沿着整个油层剖面均匀推进。这样，在油层内部就可能形成某些未被水洗的低渗透含油带。在水淹区，也不能将原油驱替干净。这种矛盾愈突出，开发效果愈差。层间、平面、层内三大矛盾对注水走向的影响（1）注入水受沉积微相控制总是力图就近进入河道；（2）油层沉积韵律不同，同层的纵向渗透率级差大，注入水沿渗透率较大的部位快速突进；（3）各油层注水时启动压力不同，注入水容易沿启动压力低的油层突进，启动压力高的油层注水波及面积很小；（4）油水井裂缝沟通，注入水易沿裂缝部位快速突进；（5）油层物理性质、原油性质等差异，影响着注入水的流向。一、分层注水概述解决三大矛盾分层注水是解决层间、层内、平面矛盾的有效方法（1）根据地质条件将注水井分成若干注水层段（2）封隔器卡开分隔油层、配水器对准该油层（3）配水器调节层段的注水量来调整吸水剖面（4）控制超注层的水量、增加欠注层的注水量（5）按配注方案使各层中的水线推进比较适宜（6）通常分层注水为2～4个层，个别井10多层一、分层注水概述注水井实施分层分注为了改善注水井的吸水剖面，解决注水后，油田出现的三大矛盾，即：层间、层内及平面，达到以下几个目的：控制各层水线的推进速度控制受效油井的含水上升速度提高油层的存水率改善水井的吸水剖面和采油井出液剖面一、分层注水概述解决三大矛盾-“注够水”、“注好水”在非均质多油层油田的注水开发过程中，提高分层注水质量是增加水驱可采储量、控制含水上升速度的一项重要措施。“注够水”、“注好水”是油田“稳油控水”的基础。“注够水”就是要保证油层有足够驱替能量，使油田能处在注采平衡状态下开发；“注好水”则是在“注够水”的基础上，通过精雕细刻，提高水驱效率，以达到最终提高采收率的目的。一、分层注水概述面。注水井吸水剖面图注水井的吸水剖面在一口注水井中，同时在井口注水压力下，对多个油层注水，由于各油层的物性不同，因此各油层的吸水量也不同。这就构成了注水井的吸水剖一、分层注水概述采油井的产液剖面采油井产液剖面图一、分层注水概述在一口油井中，同时合采多个油层，由于各层的油层物性不同（即渗透率不同，油层压力不同，含油饱和度不同，水推进的速度不同等）因此储油层的采油采液强度不同，含水高低也不同。这就构成了油井的出油或产液剖面。一、分层注水工艺概述二、注水管柱结构及配套工具三、测试技术及仪器四、分层注水发展趋势目录注水井常用井下工具二、注水管柱结构及配套工具注水井常用井下工具封隔器分类、型号编制方法及技术条件1、封隔器分类（1）分类方法按封隔器封隔件实现密封的方式进行分类。（2）分类自封式：靠封隔件外径与套管内径的过盈和工作压差实现密封的封隔器。压缩式：靠轴向力压缩封隔件，使封隔件外径变大实现密封的封隔器。扩张式：靠径向力作用与封隔件内腔液压，使封隔件外径扩大实现密封的封隔器。组合式：由自封式、压缩式、扩张式任意组合实现密封的封隔器。封隔器二、注水管柱结构及配套工具二、注水管柱结构及配套工具2.2代号说明分类代号：分类名称自封式压缩式楔入式扩张式分类代号ZYXK支撑方式代号：支撑方式名称尾管单向卡瓦无支撑双向卡瓦锚瓦支撑方式代号12345座封方式代号：座封方式名称提放管柱转管柱自封液压下工具座封方式代号12345解封方式代号：解封方式名称提放管柱转管柱钻铣液压下工具解封方式代号12345二、注水管柱结构及配套工具3、使用要求1）使用封隔器时，必须检查合格证，并存档。2）封隔件、密封件不得超过有效期使用。3）封隔器下井时，若井况不明，必须通井。4）起下封隔器，必须装指重表或拉力计。5）封隔器下入井内位置必须符合井下管柱结构图的要求。6）封隔器管柱的连接螺纹必须涂螺纹密封脂。7）封隔器的下井速度不得超过1.0－1.2m/s，且操作平稳。8）必须按使用说明书要求使用封隔器。9）封隔器下井深度，一律以封隔件上端面为基准。二、注水管柱结构及配套工具封隔器是油气井实现控制性开采及增产措施实施的主要井下工具，对油气田高效开发及经济有效开发起着关键性作用。分层注水主要应用了K344、Y341、Y342、Y241封隔器等类型。最常用的为K344、Y341封隔器。封隔器二、注水管柱结构及配套工具1、Y341-114注水封隔器工作原理:油管内蹩压经内中心管孔眼分别作用在上、下两级座封活塞上，两级活塞上行压缩胶筒，同时锁套与锁环相互锁紧，使胶筒压缩密封油套环空完成座封；反洗井时，套管内来液经上外套栅状流道进入内外中心管的环空，推动反洗凡尔下行，打开洗井通道，到达封隔器的下部完成反洗井；解封时，上提管柱，由于胶筒与套管之间的摩擦力作用使锁扣指与中心管发生相对位移，锁扣指失去支撑回收，卡爪套与锁环在胶筒反弹力的作用下脱开解卡，完成解封。二、注水管柱结构及配套工具1、Y341-114注水封隔器主要技术指标钢体最大外径(mm)114反洗排量m3/h30内径(mm)48总长(mm)1350两端连接螺纹27/8TBG工作压力(MPa)50工作温度℃135坐封压力(MPa)15解封力（kN）20二、注水管柱结构及配套工具2、K344-114封隔器工作原理坐封：从中心管加液压，液力经中心管出液孔传入胶筒内腔，迫使胶筒向外扩张紧贴在套管内壁，密封油套环空。解封：放掉油管内的压力，胶筒即回收解封。二、注水管柱结构及配套工具2、K344-114封隔器主要技术指标钢体最大外径(mm)114内径(mm)55总长(mm)960两端连接螺纹27/8TBG坐卡压力(MPa)0.6-1.2工作压力(MPa)50二、注水管柱结构及配套工具配水器配水器根据其结构特征，一般可分为同心配水器、偏心配水器两种规格。工作原理油管加压经水嘴作用在启开阀上，当液压力大于压簧的弹力时，启开阀压缩弹簧，阀打开，水流经过油套环形空间注入地层。调节环用来调节压簧的松紧，以控制启开阀的启开压力。捞出芯子，就可更换水嘴以调节水量。1、同心配水器二、注水管柱结构及配套工具配水器工作原理正常注水时，堵塞器坐于配水器主体的偏孔上。堵塞器主体上下两组四道“O”形胶圈封住偏孔的出液槽。注入水经工作筒主通道，再经堵塞器滤罩、水嘴、堵塞器主体的出液槽和工作筒主体的偏孔进入油套环形空后注入地层。2、偏心配水器二、注水管柱结构及配套工具八种分注工艺技术介绍活动式同心分注管柱工艺桥式偏心分注管柱工艺同心集成式分注管柱工艺桥式集成式分注管柱工艺固定式同心分注管柱工艺常规偏心分注管柱工艺恒流量分注管柱工艺液力投捞斜井分注管柱工艺二、注水管柱结构及配套工具主要由扩张型封隔器和固定式配水器、底座、油管等组成。该管柱是最早的分层注水管柱，结构简单、作业施工简便。但由于水嘴是固定在配水器上，在下分注管前，必须单独下一趟分层测试管柱确定分层吸水量以选择相应的水嘴，调整水嘴时也必须起下管柱，井下作业工作量大。二、注水管柱结构及配套工具活动式同心分层注水结构：由扩张式封隔器及同心配水器、油管、底座、筛管等构成，如图5-5-7所示。技术要求：各级空心配水器的芯子直径是由上而下从大到小，故应从下向上逐级投送，由上而下逐级打捞。管柱特点：①该管柱特点是结构简单，成本低，作业施工简单，洗井较方便，出砂对管柱影响不大。②水嘴装配在空心配水器芯子上，更换、调整水嘴时，用钢丝投捞配水器芯子即可；③由于配水器芯子占据中心通道，无法进行分层测试；④受内通径的限制，一般做到三级分注，最多五级。二、注水管柱结构及配套工具常规偏心分层注水偏心配水器Y341封隔器偏心配水器偏心配水器Y341封隔器底筛堵注水层注水层注水层偏心注水两级三段注水管柱图1.管柱组成管柱主要由Y341-114、偏心配水器、底筛堵组成。2.工艺技术原理将管柱下到井内设计位置，油管加压封隔器坐封，随后捞出死嘴，待注水正常后进行测试调配。二、注水管柱结构及配套工具项目常压注水管柱高压注水管柱适用注水压差，MPa≤15≤25适用井温，℃≤130坐封压力，MPa15~20分注层数，层2~5适用套管15/2″，7″主要技术参数常规偏心分层注水工艺常规偏心分层注水工艺二、注水管柱结构及配套工具优点：1、管柱承压能力高，适应性强，可根据注水压力及井深附加锚定工具，提高管柱的稳定性；2、Y341封隔器采用水力坐封，锁紧后封隔器处于永久密封状态。封隔器设有洗井通道，可进行反循环洗井；3、工艺技术经多年的研究应用配套成熟；4、可实现多级分注；5、可进行任意一层的投捞测配作业。缺点：1、频繁调整配水量时，对后期投捞测配水平要求较高；2、对水质要求较高；3、卡距要求8米以上，对细分注有一定的局限性。常规偏心分层注水工艺二、注水管柱结构及配套工具桥式偏心分层注水管柱工艺1.管柱组成管柱由Y341-114封隔器、桥式偏心配注器以及丝堵等构成。2.工艺原理该工艺原理和常规偏心基本一样，唯一不同的是φ46mm主通道周围布有桥式通道，本层段在进行流量或压力测试时，其它层段通过桥式通道正常注入，不改变其的状态，最大限度的减小了各层之间的层间干扰，有效提高分层流量调配效率及分层测压效率。桥式偏心工艺原理图桥式结构原理图桥式通道桥式通道中心孔偏心孔封隔器测试密封段桥式配注器堵塞器φ46mmφ20mm二、注水管柱结构及配套工具桥式偏心分层注水管柱工艺3.工艺