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分层注水工艺技术一、分层注水工艺的发展历程随着地质研究的进步和开发水平的提高，对注水工艺的要求也在逐渐提高，为适应油田发展的需要，注水工艺发展过程经历了四个阶段，即笼统注水、同心注水、偏心注水、集成式注水。开发初期油田注水采取笼统注入方式，保持了地层压力，油井自喷能力旺盛。但由于多油层非均质性产生的层间、层内、平面三大矛盾，出现了主力油层单层突进，过早见水的现象，因此，油田提出了分层注水的技术要求。六十年代初期，经过1018次试验，大庆油田首先研制成功了475-8水力扩张式封隔器和745-4固定式分层配水器，随后研究完善了与固定式分层配水技术相配套的不压井作业、验窜、验封、分层测试技术，通过101-444分层配水会战，形成一套745-4固定式分层注水配套技术。推广应用后，对缓解层间矛盾效果十分显著。但在应用中调配水量比较困难，必须经过作业施工，因此，又研制成功了655同心活动式分层配水器，该配水器可通过投捞调换水嘴来调整层段注水量，但无法进行分层测试。七十年代，油田开发规模不断增大，注水井数不断增加，同时，油田含水也逐年增高，作业施工工作量难以满足水井调配水量的需要。为简化分层配水工艺，提高分层注水合格率，72年5月大庆油田研制出了665-2偏心式分层注水技术，该技术不但可以通过投捞调配层段注水量，而且很好地解决了封隔器验封和压力、流量测试等工艺，使注水井分层注水技术达到了比较完善的程度。同时，封隔器也由水力扩张式发展到水力压缩式，有效地延长了配水管柱的使用寿命。偏心式分层配水技术在大庆油田得到大面积应用，在油田开发中发挥了重要作用。八十年代，油田进入中高含水期，由于长期注水，套损井数逐年增加，大庆油田又形成了一套小直径分层注水技术。九十年代，油田开发进入高含水期，为适应油田细分注水的要求，又研究了两小一防细分注水技术、测调集成式细分注水技术和偏心集成细分注水技术，使分层注水技术又达到了一个新水平。同时推广应用注水井化学调剖技术，为注水井机械细分提供了有力的补充手段，特别是，为进一步地解决小通径套变注水井分层注水问题提供了新的有效途径；为了保证分层注水质量，发展完善了注水井验封技术。目前全油田共有分层注水井1万多口，主要采用的是偏心式注水工艺。二、偏心式分层注水技术偏心式分层注水技术自70年代问世以来一直沿用至今，目前仍是大庆油田细分注水主导技术。偏心式分层注水常用管柱：（1）475-8型封隔器及665型偏心配水器组成的配水管柱665型配水器与475-8型封隔器等配套，组成水井注水工艺管柱进行分层注水。475-8型封隔器在注水时，以油管内外由水嘴控制的0.7-1MPa的压差使封隔器胶筒扩张，实现密封。665型偏心配水器由偏心配水器工作筒和堵塞器组成。工作筒主体上有一直径为φ20mm的偏孔用来坐入堵塞器（即活动心子），偏孔外壁有12mm的出液孔。主体中心是一直径为46mm的通道（作投捞工具、井下仪表的通道及测试位置）。导向槽对准扶正体偏槽和φ20mm的偏孔以便为投捞器导向。堵塞器正常工作时将工作筒偏孔的出液孔上下隔开，通过水嘴控制水量。水嘴主要为陶瓷材质。分层配水理论依据分层配水，是指在同一口注水井中，利用封隔器将多油层分隔为若干个层段，在加强中、低渗透率油层注水的同时，通过调整井下配水堵塞器水嘴的节流损失，降低注水压差，对高渗透率油层进行控制注水，以此来调节不同渗透率油层吸水量的差异。配水原理可由以下公式表述：Q配＝k×p配p配＝p井口＋p水柱－p管损－p嘴损－p启动其中：Q配分层配注量，m3/dK地层吸水指数，m3/d.MPap井口井口注水压力，MPap水柱井筒静水柱压力，MPap管损注入水在油管中流动阻力损失，MPap嘴损配水堵塞器水嘴压力损失，MPap启动地层开始吸水时井底压力，MPa。通过上面公式可知，当p井口、p水柱和p启动不变时，Q配只与p嘴损有关。在用的配水堵塞器水嘴过水量遵循“流体力学的固定水嘴的嘴损理论”即固定水嘴前后的压差ΔＰ（嘴损）与通过水嘴的流量Ｑ存在如下关系:PAQ2式中：µ:流量系数A:孔口面积m²ΔP:孔口前后压差MPaρ:流体密度kg/m³由此可知分层注水井各层段实现不同水量分层注入，是通过各层选用不同直径的堵塞器水嘴，进以改变井底注水压力完成的。选配水嘴一般步骤如下：1、根据各配注层相对吸水剖面百分数和全井指示曲线，做出分层指示曲线。2、在分层指示曲线上查出各层段配注量所注水压力。3、根据全井配注和油管长度计算出管损。4、确定井口注水压力。5、求出水嘴压力损失：嘴损＝井口压力－层段注水压力－管损6、根据分层配注量和嘴损，在“嘴损与配注量关系曲线）上，查出所需水嘴直径。试配后，应用流量计在设计注水压力下进行各层流量测试，即进行检配，以检查试配是否合格。如某些层段注水量不合格，则需重新进行水嘴的调整，实配实选＝QmQDD/水嘴的调整依据下公式：其中m层段性质常数，当加强层时为1.1；限制层为0.9。（2）压缩式可洗井封隔器配注管柱此种管柱与上例不同之处在于封隔器。压缩式可洗井封隔器主要用于注水井细分注水实现反洗井，与配水器、洗井底部阀及尾管（筛管）配套组成分层配水管柱下入井后，靠尾管支撑在人工井底。坐封封隔器时，井口加液压，液压推动活塞压缩胶筒紧贴套管内壁而封隔油层，当液压解除后，由于卡簧的作用活塞仍保持自锁。反洗井时，在洗井压差的作用下打开各级封隔器的滑套而使洗井通道畅通，洗井后，在注水压差的作用下各级封隔器洗井滑套关闭。起管柱时，上提管柱，封隔器胶筒受到上提力，与套管产生摩擦力，作用在解封销钉上，遇套管接箍时摩擦力加大剪断解封销钉，使受压胶筒恢复原状，达到解封的目的。（3）分层测试工艺：分层配水管柱下井后，首先检验封隔器工作状态即验封，确认封隔器正常后，再进行分层段流量和压力测试。1）封隔器验封有三种方式：单支压力计验封、双压力计验封、直接验封。双压力计验封在测试密封段上下端各装一支压力计，上端压力计接受的是井口操作，开一关一开压力变化信号，下端压力计接受的是两级封隔器之间油层压力变化信号。若封隔器密封，上压力计记录的是凸曲线（开一关一开信号），下压力计记录的是一条直线。若不密封，下压力计记录的也是凸线，两条曲线所记录的压力值完全一样，其比值为1。若比值小于1，则表明封隔器密封程度（或油层内部串通程度或水泥环胶结程度）。直接验封是用电缆将压力计和测试堵塞器投入偏心配水器工作筒内，堵塞器使压力计传压孔直接对准油层，压力计把油层的压力降信号传到地面，观察封隔器密封状态，若封隔器密封，则压力曲线是一条压降恢复曲线；若不密封，其压力曲线是一个开一关一开的凸形线。2）分层流量测试普通偏心配水器测试测试原理：分层注入量使用的仪器为106型浮子式流量计（目前为电子流量计），与它测试密封段配套使用，当测试密封段定位于工作筒后，液体流经浮子与锥管的环形空隙时，便产生节流损失。浮子上下出现压力差，压力差作用在浮子上，使弹簧拉伸。当流量稳定时，液体作用在浮子的力与弹簧拉力相平衡，使浮子稳定在某一位置。当流量变化，上述两力又在新基础上平衡，浮子又稳定在新的位置上。通过记录浮子位移，实现流量的测定。3）偏心配水工艺技术的不足：堵塞器掉、卡、投捞不着占作业井的10%左右；流量测试采用的是递减法，测试资料误差大；测试工人劳动强度大，测调周期长；封隔器卡距较大，不利于细分。三、分层注水、注聚新技术1、同心集成式细分注水工艺用途：用于φ139mm套管2-4层段分层注入井。结构原理：同心集成式细分注水工艺管柱主要由Y341-114封隔器、配水器、负压洗井器、球座等组成。其原理是封隔器将全井分成几个层段，配水器位于相应的封隔器中，一级配水器可同时配注两个层段。采用小直径电子储存浮子式流量计进行分层流量测试，采用电子储存式压力计进行验封和分层压力测试，同时，还可获得井温资料。（1）管柱结构和工作原理该注水管柱由分层封隔器、配水封隔器、配水器（堵塞器）、中间球座及死堵等组成，上部的封隔器起保护套管作用，其余封隔器起分隔注水层段的作用，配水封隔器与相对应的配水器配套使用，实现分层配水。技术原理是利用封隔器将全井分为几个层段，配水器位于相应的配水封隔器中，1个集成式配水器可同时对2个层段进行分层注水。管柱主要由可洗井封隔器、内径为Φ55和Φ52可洗井配水封隔器、两级配水器等组成。最上一级Φ60封隔器起套管保护作用，第二级Φ55配水封隔器的中心管作为Φ55配水器的工作筒，封隔器胶筒上下分别有注水通道与地层连通，中心管下面有定位台阶，配水器投入封隔器中心管内，两个内装有水嘴的注水通道正好与封隔器的注水通道相对应，实现一级堵塞器配注两层。同样Φ52配水封隔器也实现一级配注两层，全井只需两级配水器就可实现4个层段的配注。（2）适用条件和测试参数该技术适用于不结垢的直井、定向井、斜直井的分层注水，要求最小卡距不小于2.0m，最小夹层厚度不小于1.0m（保证验窜不窜），对于φ140mm套管井，可实现2～6个层段细分注水。目前注水井测试的主要参数是封隔器验封、分层压力、分层注入量及同位素吸水剖面测试。特点：一级配水器可以配注两个层段，提高测调效率；实现生产工况下同步测试，避免层间干扰，测试精度高；（3）工艺改进和配套技术完善2003年对同心集成管柱工艺及配套技术做了如下改进：一是针对原同心集成式注水管柱暴露的测试卡阻问题，2003年5月试验使用了上定位同径配水堵塞器，有望解决堵塞器打捞难度大的问题。二是针对流量测试仪器工作不稳定和同位素吸水剖面测试困难的问题，应用小直径涡街式流量计和使用外径为φ20mm同位素测试伽玛仪进行现场试验，单井测试调配时间平均约为1.5天。测试成功率为92.6%。2、桥式偏心分层注水技术原理：桥式偏心测试技术是在常规偏心技术上发展的，其主要原理是通过偏心工作筒上的桥式结构设计和测试主通道过孔结构设计，实现了注水井实际工况下的单层流量测试和压力测试。油层桥式通道桥式通道中心孔偏心孔油层油层油层分层流量测试油层技术特点：1.实现单层流量直接测试，提高了资料的准确性。2.不投捞堵塞器测试压力，资料直接准确，减少了工序，提高了效率。3.对密封段的要求较高。3、聚驱单管同心2-3层分注工艺该工艺实现了在井口同一注入压力下，既对中、低渗透层加强注聚，又在利用井下配注器产生节流损失，降低高渗透层的注入压力，限制注入量，从节箍盘根配注器节流芯而达到了分层配注的要求。实现了在20-150m3/d流量范围内，节流损失可达到2.5MPa；同时对聚合物溶液的粘度损失率小于5%的现场使用要求。该管柱主要由封隔器、双配注器等井下工具组成。在井口同一压力下实现单管双层分注。管柱结构简单，可以通过配注器控制高渗透层的注入量，加强中、低渗透层的注入量。其中φ58mm、φ56mm和φ54mm的配注器都有配套使用的节流芯。环型降压槽结构配注器工作原理是：配注芯坐入井下工作筒后与其内表面形成环形空间过流通道，在过流面积一定的情况下，节流压差与配注芯长度成正比。通过调节配注芯长度来改变注入压力，调节注入量，达到分层配注的目的。环型降压槽结构聚合物单管分注管柱具有过流面积大，不易被聚合物团块堵塞，测试调配方便的优点，适合于3层以内（最佳分注层数是两层）的聚合物分注。管柱下到设计深度时，坐封封隔器。验封完成后，将节流芯投入井下配注器内。待注入稳定后，测试调配。配套工艺技术是应用大通径（φ61mm）Y341-114ML封隔器和非集流电磁流量计。4、聚驱单管偏心多层分注工艺针对两三结合试验区多层分注的要求及以上两种分注工艺只能分注2-3层，满足不了4层以上分注的问题，大庆油田采油工程研究院研制了三次加密井聚合物驱多层分注管柱。分注管柱主要由封隔器、桥式偏心配注器等井下工具组成。可实现4层以上的单管分注，单层注入量范围可控制在5-100m3/d，对聚合物剪切降解小于15％。偏心配注器保留了原偏心配水器投捞、锁定、导向、定位等结构，把原偏心堵塞器水嘴部位改为环型降压槽结构，以便减缓聚合物在压降过程中的流速，使得该配注器既具有偏心配水器可实现多层分注，