分层注水工艺及配套技术

分层注水工艺及配套技术前言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、扩张式液力助捞注水工艺、同心集成分层注水工艺、恒流量配水等多种分注工艺。油田开发分注工艺重要性几种分注工艺技术介绍分层注水技术发展趋势分层注水工艺技术是油田注水开发的关键技术之一，是确保新、老油田稳产高产的有效措施和手段，该技术在油田开发中愈来愈受到重视。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，主要表现在三个方面：▲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一、油田开发分注工艺重要性层间非均质性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。平面非均质性在同一油层内，渗透率在平面上分布不均匀，使注入水在各区推进速度不同。高渗区推进快，低渗区推进慢，造成部分油井见水。这种矛盾越突出，水淹面积越小，残留死油的面积就越大，开发效果就越差。层内非均质性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。由上可知，对于非均质多油层油田注水开发，不仅要利用其“水利”，同时还要防止其“水害”。因此，要不断认识注水开发油田出现的三大矛盾，必须采取分层注水工艺等措施来减缓开发过程中的三大矛盾，进一步提高油田开发最终采收率。分层注水重要性油田开发分注工艺重要性几种分注工艺技术介绍分层注水技术发展趋势油田分注工艺发展，如同油气田开发工艺发展，油田分注工艺主要体现了封隔器及配套井下工具发展史，是完井管柱优化与测试配套的集合体。各位技能专家是油田分注工艺发展的集合基本元素，是分注工艺发展的载体，为了加快分注工艺发展，提高各位技能专家不断创新能力，本节主要从以下几方面介绍。（一）井下工具设计基础知识（二）封隔器分类、型号编制方法及通用技术条件（三）八种分注工艺技术介绍二、几种分注工艺技术介绍井下工具是油气田开发完井及修井作业实现的基本手段之一，是油气田开采工艺主要组成部分，对油气田高效开发起着主要支撑作用。1、井下工具分类一般分为两大类（1）油气井完井工具封隔器、控制工具、扶正防磨工具。（2）油气井配套打捞及修井作业工具管柱打捞配套工具、钢丝打捞配套工具、修井作业配套工具。（一）井下工具设计基础知识项目代号单位及说明尺寸特征长度Lmm外直径Φmm外直径×内直径Φmm连接螺纹上端螺纹尺寸×下端螺纹尺寸M（普通螺纹）mmT（梯形螺纹）mmS（锯齿形螺纹）mmTBG（平式油管螺纹）mm（in）UPTBG（外加厚油管螺纹）mm（in）使用性能工作压力PMPa引力载荷FkN扭矩MKN.m2、井下工具尺寸特征及使用性能数表示方法3、井下工具设计基本要求（1）满足油气田开发工艺技术要求；（2）满足油气田流体介质腐蚀要求；（3）满足油气田特殊完井工艺要求；（4）井下工具设计越简单越好；4、井下工具设计基本技巧（1）下入套管工具设计1）通井规一般小于套管内径6－8mm2）工具最大外径小于通井规外径1－2mm3）封隔器密封元件（胶筒）小于工具最大外径1－2mm（2）下入油管工具设计1）油管规一般小于油管内径2－3mm2）工具最大外径小于油管规外径1－2mm3）密封元件（胶筒）小于工具最大外径1－2mm（3）工具配合公差设计1）井下工具设计一般采用基轴制配合2）基轴制配合公差优选国外一般采用H9/d9配合设计，国内一般采用H8/f9、H8/f8、H8/e9等高精度配合设计。考虑到机床跳度、井下温度膨胀效应因素，选择H9/d9优先配合公差设计比较合理。3）自锁扣整体配合公差设计一般为齿高1.25倍（1.25h）左右。（4）工具导向设计1）入井工具应考虑上、下导入设计，减少卡钻机会；2）密封组成设计应考虑轴进入导入设计，减少密封元件损坏；（5）密封元件材料优选1）对于可取式工具一般采用丁晴橡胶；2）对于永久性气井完井（H2S、CO2）一般采用氢化丁晴；3）对于井下反复开关控制工具，一般采用非弹性组合密封材料（聚四氟乙烯）；4）完井封隔器胶筒采用邵氏硬度70－85；5）高压作业（压裂）采用邵氏硬度80－95。（6）工具加工耝造度优选1）一般工具表面耝造度度为6.3；2）一般配合面耝造度度为3.2；3）密封槽面耝造度度为1.6－3.2；4）动态轴、孔配合面耝造度度为1.6；5）高精度动态轴、孔配合面耝造度度为0.8－1.6。（7）工具材料及处理工艺1）对于耐磨及提高硬度（强度），一般采用渗碳处理；2）对于一般防腐、耐磨及提高硬度（强度），一般采用渗氮或氮化处理；3）对于一般仅防腐采用镍磷镀；4）深井泵工作筒及活塞一般采用镀铬；5）气井完井工具一般采用高含铬合金钢或不锈钢，并表面氮化处理；（7）工具材料及处理工艺6）常规油水井完井工具一般采用35CrMo或42CrMo合金钢，并表面氮化或镍磷镀；7）卡瓦一般淬火回火硬度控制在HRc45－55；8）弹簧一般淬火回火硬度控制在HRc38－42；9）薄弹性套、卡簧或自锁扣，一般采用表面高频淬火；10）合金钢加工一般必须调质处理，调质处理硬度HB241－290。5、工具图纸设计技术要求（1）图纸设计必须有组装图（2）图纸设计必须标注配合公差（3）图纸设计必须标注形位公差（4）图纸设计必须标注加工耝造度（5）图纸设计必须标注材料及处理工艺（6）图纸设计必须标注参考基准面（7）图纸设计必须标注技术要求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。（二）封隔器分类、型号编制方法及通用技术条件2、封隔器型号编制方法（1）编制方法按封隔器分类代码、固定方式代号、坐封方式代号、解封方式代号以及封隔器刚体最大外径、工作温度/工作压差六个参数依次排列，进行型号编制。（2）代号说明1）分类代号：用分类名称第一个汉字的汉语拼音大写字母表示，组合式用各式的分类代号组合表示。分类名称自封式压缩式扩张式组合式分类代号ZYK用各式的分类代号组合表示工作温度/工作压差钢体最大外径解封方式代号坐封方式代号固定方式代号分类代号Y241-115-120℃／602、封隔器型号编制方法2）固定方式代号：用阿拉伯数字表示。固定方式名称尾管支撑单向卡瓦悬挂双向卡瓦锚瓦固定方式代号12345固定方式名称尾管支撑单向卡瓦悬挂双向卡瓦锚瓦固定方式代号123453）坐封方式代号：用阿拉伯数字表示。坐封方式名称提放管柱转动管柱自封液压下工具热力坐封方式代号1234563、封隔器型号编制方法4）解封方式代码：用阿拉伯数字表示。解封方式名称提放管柱转动管柱钻铣液压下工具热力解封方式代号1234563、油气田封隔器通用技术条件（1）封隔器基本参数1）工作压力（单位：MPa）压力710152025355070100温度5570901201501803003702）工作温度（单位：℃mm）3）钢体最大外径（单位：mm）最大外径90951001051101151201351401441481521651852102154）钢体内通径（单位：mm）内通径3840464850555862768292100（2）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。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。水井完井主要应用了K344、Y341、Y342、Y241封隔器等类型。最长用的为K344、Y341封隔器。1—上接头；2—连接套；3—“0”型圈；4—平衡活塞；9—胶筒；10—隔环；11—密封环；12—剪断销钉；13—锁套；14—卡瓦；15—卡瓦座；16—解封套；17—下接头；18—活塞Y34l封隔器Y341封隔器结构K344封隔器结构该封隔器主要有上接头、下接头、中心管、胶筒、滤网内套等部件组成。机械封隔器外视图机械封隔器剖面图（三）八种分注工艺技术介绍液力投捞斜井分注工艺偏心分注工艺旋压分注工艺桥式偏心分注工艺恒流量分注工艺空心分注工艺同心集成分层注水工艺压控开关分注工艺锚定补偿式空心注水管柱示意图补偿器水力锚封隔器配水器封隔器水力卡瓦配水器底+筛+堵配水器注水层1注水层2注水层3封隔器（一）空心分注工艺1.管柱组成空心分注管柱分锚定补偿式和悬挂式两种管柱。锚定补偿式管柱由补偿器、水力锚、Y341封隔器、ZJK空心配水器、水力卡瓦及底筛堵组成。悬挂式管柱去掉补偿器和水力卡瓦。对于注水压力低于20MPa,井深小于2200m注水井一般采用悬挂式管柱。2.工艺原理将管柱下到井内预定位置后，油管加压封隔器坐封，同时水力锚在液压的作用下撑开锚爪并锚定整个注水管柱。配水器的启动阀在完成封隔器的坐封后，在注水压力作用下自动开启，实现正常注水。3.测试调配技术测试配套技术主要由高压注水防喷器、液力助捞式的打捞器、投送器以及配套的电磁流量计等组成。⑴测试将测试仪器下入井内任一位置进行多点测试，取得流量、压力及温度三项参数，测试完毕后通过计算机回放可取得测试结果，用递减法计算可得各小层注水量。⑵调配流量测试若达不到配注要求，需投捞更换水嘴，直至达到配注要求。投送时将更换好新水嘴的注水芯子从井口直接投入井内，然后下入投送器，通过撞击使芯子到位后便可正常注水。打捞配水器芯子时，既可从上到下逐级进行，也可一次将各级水嘴全部捞出。液力助捞功能：液力助捞器进入相关配水器，配水器芯子与液力助捞器形成临时活塞，此时进行反洗井就可把芯子捞出配水器，由录井钢丝起到地面。特点：充分利用了管柱反洗井功能，提高打捞工具的打捞力(2000N/MPa)。地层地层封隔器压力计密封段流量计压力计配水器套管仪器：压力计（两只）、流量计（1只）、测试密封段验封仪器组成：上压计+测试密封段+下压力计+流量计。依据：测试曲线（压力、流量）结果：验证分层可靠性（3）管柱封隔器验封技术原理：当验封仪器坐封在配水器上后，在井口改变压力大小，采用升-降-升工作制度，起出验封仪器后回放测试曲线，上层压力曲线变化为升-降-升，下压力曲线无变化，流量为0，则说明封隔器密封良好。如上下压力曲线同步变化，流量计也显示流量变化，则说明封隔器失效。典型验封曲线流量为零，上下压力曲线各异，表明封隔器密封状况良好。-5051015202530354045测试时间9:41:209:48:009:54:4010:01:2010:08:0010:14:4010:21:2010:28:0010:34:4010:41:2010:48:0010:54:4011:01:2011:08:0011:14:4011:21:2011:28:00时间压力下压力上流量4.工艺特点★投捞成功率高配水器与管柱同心，在定向井中可显著地提高投捞成功率，同