油田注水工藝技術(shù)的應(yīng)用

油田注水工藝技術(shù)的應(yīng)用

為了滿足不同油田開發(fā)階段的技術(shù)需求，解決油田開發(fā)之間的矛盾，有效、高效的水利循環(huán)，通過不斷的研究和創(chuàng)新，解決不同油田開發(fā)階段的技術(shù)問題。油田的采用從最初的普通注水逐步發(fā)展為多層注水、精細注水和精細注水。注水技術(shù)經(jīng)歷了五個主要發(fā)展階段：一般注水、同治注水、偏移注水、集裝水區(qū)水和智能注水。分層注水工程的管柱、井壓設(shè)計和相關(guān)準(zhǔn)備工作的開發(fā)不斷進步和改進，形成了以橋式偏差為代表的分層注水技術(shù)系列。不同水井的注入程度、測量調(diào)整效率、測試精度和供水率顯著提高。[12]。分層注水技術(shù)在平衡和使用不同油層和提高差油層的使用方面發(fā)揮了重要作用。對多油層的油藏進行分層開采，為確保國內(nèi)驅(qū)油開發(fā)的原油產(chǎn)量保持在總生產(chǎn)能力的80%以上。隨著新型供水技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)分層供水技術(shù)一直處于世界領(lǐng)先地位。1數(shù)字供水技術(shù)的現(xiàn)狀和最新1.1水的發(fā)展過程國內(nèi)注水開發(fā)油田開發(fā)層系多且油層非均質(zhì)性嚴(yán)重,在不同的油田開發(fā)階段,由于投入開采的目的層數(shù)量和性質(zhì)不同、開發(fā)調(diào)整的對象和要求不同,對分層注水工藝的要求和細分程度也不一樣。為保證各開發(fā)階段注水井能夠?qū)崿F(xiàn)注夠水、注好水,注水工藝的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下過程:封隔器由水力擴張式發(fā)展到水力壓縮式;配水工作筒由同心式發(fā)展到偏心式,再發(fā)展到與封隔器一體化;配注水嘴由固定式發(fā)展到活動式,再發(fā)展到電動可調(diào)式;水嘴投撈方式由起下注水管柱投撈發(fā)展到液力投撈和鋼絲投撈。分層注水工具從簡單到復(fù)雜、品種從單一到系列應(yīng)用,實現(xiàn)了4級以上多級分注,分層卡距從8m以上逐步縮小,最小分層卡距可縮至1.2m左右。配套的分層測試工藝,先后發(fā)展應(yīng)用了投球測試、浮子流量計測試、電磁流量計測試、超聲波流量計測試、渦街流量計測試和測調(diào)一體化集成測試,測試方法從遞減法發(fā)展為直接測量,大幅度提高了測調(diào)效率和測試精度,測調(diào)工藝智能化、集成化程度不斷提高[12,13,14,15,16,17]。1.2分層灌注系統(tǒng)的配套工具國外油田在注水尤其是分層注水技術(shù)方面研究較早,已形成了一整套適合不同油田特點的系列分層注水工藝,分層注水封隔器、配水器等配套工具都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化、系列化?？傮w上已經(jīng)由初期的定壓注水向定量注水轉(zhuǎn)化,同時由于國外十分注重水質(zhì),沒有不動管柱洗井的要求,對地層進行定量注水,測試調(diào)配工藝相對簡單。1.2.2橋式偏心分層養(yǎng)殖性能指標(biāo)檢測油層壓力的監(jiān)測和控制在實施有效油藏管理過程中始終占有重要的地位,全井壓力無法反映不同性質(zhì)油層的壓力及其開采動態(tài)變化特點,新型測壓工藝滿足了高含水后期的注水需求。橋式偏心注水及測試技術(shù)通過橋式偏心主體與測試密封段的發(fā)明和創(chuàng)新設(shè)計,實現(xiàn)了多級雙封單卡分層流量測試,調(diào)配簡單、效率高、功能強,實現(xiàn)了井下瞬間關(guān)、測、調(diào)、堵功能。橋式偏心分層注水工藝主要由偏心配水工作筒、偏心配水堵塞器、測試密封段組成。工作筒主體上有?20mm的偏孔,用以坐入堵塞器。堵塞器在進、出液孔之間裝有水嘴。偏孔內(nèi)壁出液孔與工作筒中心?46mm主通道相通,當(dāng)測試密封段坐到位后,恰好對準(zhǔn)測試密封段兩組皮碗之間的中心管進液孔,因此可以測得本層的單層段參數(shù)。同時,由于?46mm主通道周圍布有橋式通道,使在本層段測試時,其他層的工作狀況基本保持不變,減少了層間干擾,將層間干擾影響降到了最低。采用雙卡測單層技術(shù)和小量程流量計,減少了遞減法測試誤差和儀器誤差,提高了測試準(zhǔn)確度,對單層注入量低的注水井具有明顯優(yōu)勢,實現(xiàn)了高效、準(zhǔn)確的分層壓力測試,測試工藝可同時滿足磁性定位、驗封、測壓、分層流量、同位素吸水剖面等多項測試要求,獲取25項分層動靜態(tài)資料,有效提高多層且單層注入量小的水井注水合格率,監(jiān)測套損區(qū)壓力預(yù)防套損,判斷并控制超破裂壓力注水,搞好注水井方案調(diào)整,提高對儲層的認識和數(shù)值模擬精度,在油田應(yīng)用中見到了很好的效果。1.2.3測調(diào)聯(lián)動分配水工藝為了進一步提高測調(diào)效率,滿足加密測調(diào)的需要,在橋式偏心注水工藝基礎(chǔ)上,發(fā)展了高效測調(diào)聯(lián)動分層注水工藝,保持原測試配套工藝不變,采用電纜施工,測試調(diào)配一次下井完成,實現(xiàn)了不反復(fù)投撈水嘴、在井下自動調(diào)節(jié)水量大小的目的,大幅度縮短了測試調(diào)配時間,減輕測試工人的勞動強度,提高了測調(diào)效率。測調(diào)聯(lián)動分層配水工藝主要包括地面控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)、井下綜合測調(diào)儀、流量可調(diào)式堵塞器3部分。地面控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要完成對井下儀器的供電控制、通訊以及上傳信號的處理與采集,可實現(xiàn)井下各層水量實時檢測、調(diào)節(jié)過程檢測、成果曲線繪制及吸水指示曲線繪制。井下綜合測調(diào)儀可完成與偏心配水器中堵塞器的對接,對堵塞器進行調(diào)節(jié),同時對井內(nèi)流量、壓力、溫度等信號進行采集傳輸。流量可調(diào)式堵塞器可實現(xiàn)在井內(nèi)控制調(diào)整目的層的水量。該技術(shù)在縮短測試周期的同時可提高注水井分注合格率,減少無效注水,有效提高老油田高含水后期的驅(qū)油效率。1.2.4管柱及配套工具國內(nèi)東部渤海灣地區(qū)油藏儲油層主要為東營組和館陶組,砂體以細砂巖、粉細砂巖為主,地層為孔隙式泥質(zhì)膠結(jié),膠結(jié)疏松,在注水過程中由于注入水的溶解、沖刷作用,導(dǎo)致泥質(zhì)分解破壞了地層的骨架結(jié)構(gòu),出砂狀況較嚴(yán)重。注水井在作業(yè)、洗井和關(guān)井停注等情況下,由于井筒降壓、層間竄通等造成地層激動,引起注入水反吐并大量出砂。出砂將嚴(yán)重影響注水井的工作狀況,主要危害有:砂埋注水管柱;堵塞洗井通道造成注水井洗井不通,無法進行井下測試、調(diào)配;注水壓力升高,吸水能力下降,不能完成方案設(shè)計的配注量;縮短注水管柱的工作壽命。為防止注水井出砂,研究應(yīng)用了防砂分層注水工藝管柱,利用防砂管和配套工具進行擋砂,防止地層出砂進入注水井筒?？上淳旨墱y調(diào)分層防砂分層注水一體化管柱主要由補償器、液壓扶正器、丟手插封、擋砂皮碗、防砂管、配水器、可洗井封隔器、水力卡瓦和底篩堵等工具組成。管柱下井后從油管內(nèi)打壓使封隔器坐封,并啟動水力支撐卡瓦、液控安全接頭、補償器、擋砂皮碗和液壓扶正器;同時啟動配水器控制機構(gòu),泄壓后自動開啟注水通道。注入水通過防砂管直接進入油層,可減少注水壓力損失。各層注水量由注水芯子上的水嘴控制。洗井時,洗井液從油套環(huán)空進入,經(jīng)過防砂管夾層和封隔器洗井通道從油管返出,可以清除因水質(zhì)不合格引起的濾砂管堵塞。利用油層兩端的擋砂皮碗和濾砂管把地層出砂擋在油層部位,防止砂子進入井筒,堵塞洗井通道。該工藝測試?yán)娩摻z投撈,采用外流式電磁流量計進行測試,儀器一次下井可測調(diào)各層注水量,也可以采用聚流式電磁流量計進行分級測試。調(diào)配時必須先撈出上層芯子,再撈出下層芯子,調(diào)配好水嘴后,先投入下層芯子再投入上層芯子。可洗井分級測調(diào)分層防砂分層注水一體化管柱可滿足注水、洗井、防砂和測試調(diào)配等工藝要求,有效解決了分注、防砂問題。1.2.5小直徑分注管柱隨著油田投入開發(fā)時間的延長,注水井套損狀況日趨嚴(yán)重,套損井?dāng)?shù)逐年增多。注水井套管損壞后,由于常規(guī)的分注工藝管柱外徑較大,在套管變形井中無法下井使用,不但影響注水井的利用率,而且還嚴(yán)重破壞了注采系統(tǒng),造成區(qū)塊注采不平衡,導(dǎo)致低壓區(qū)塊的出現(xiàn),給油田的穩(wěn)油控水帶來一定威脅。為解決套損井修復(fù)后井筒尺寸變小、分層注水、測試調(diào)配實施難度大等一系列問題,研制了小直徑分注管柱,管柱主要由KSQ小直徑水力錨、Y341小直徑注水封隔器(或K344小直徑封隔器)、KPX小直徑偏心配水器、球座等工具組成。小直徑分注工藝工具尺寸小、膠筒膨脹率大,封隔器外徑95mm、100mm,分注層數(shù)2~3層,使部分套損井能夠進行分層注水,提高了區(qū)塊整體注水開發(fā)效果。1.2.6淺層分注工藝的確定塔里木等油田具有油藏埋深大(>4000m),溫度高(100~140℃)、壓力高(>45MPa)、礦化度高(>12×104mg/L)、單井配注量大(>168m3/d)等特點,深井、超深井分層注水在分注管柱、配水器結(jié)構(gòu)和壽命,投撈測試工藝等方面面臨諸多挑戰(zhàn)。深井分層注水管柱應(yīng)滿足如下條件:管柱強度要保證有足夠的安全系數(shù);管柱具有補償和錨定功能,使管柱安全可靠;管柱及井下工具能安全起下;分注管柱與投撈測試技術(shù)配套;可實現(xiàn)不動管柱酸化解堵。通過工藝優(yōu)選,確定偏心分注工藝為首選,采用雙水力管柱錨定技術(shù)、伸縮管補償技術(shù)、MCHR液壓可取式封隔器、鋼絲投撈工藝、井下電磁流量計測試工藝實現(xiàn)深井分層注水。?177.8mmMCHR封隔器耐溫135℃、耐壓50MPa,帶水力錨;KPX偏心配水器由工作筒和堵塞器組成,最大外徑114mm;投撈工具包括單作用和雙作用投撈器、井下振擊器和打撈工具。該技術(shù)在塔里木LN2-A、LN2-B、LN2-C等注水井上分注試驗成功,為實現(xiàn)深井分層注水及推廣應(yīng)用提供了有益的探索和經(jīng)驗。1.2.7液力投饋分層注管柱及管柱的工作原理在斜井、定向井分注中,由于井斜的影響,在重力作用下,管柱受到徑向分力的作用,一方面使膠筒受力不均導(dǎo)致封隔器密封性能下降,一方面測試調(diào)配儀器下入困難,為此,試驗應(yīng)用了液力投撈分層注入工藝管柱,解決了調(diào)配困難和管柱壽命短的技術(shù)問題。液力投撈分層注水管柱主要由管柱伸縮補償器、水力錨、Y341-114注水封隔器、油管扶正器、KPX-114偏心配水器、952-1底部循環(huán)閥及篩管絲堵等組成,適應(yīng)井斜度≤45°、井深≤4500m的水井分注。為保證施工安全可靠,采用油管內(nèi)液壓坐封封隔器和水力錨。上提管柱解卡水力錨、解封封隔器。根據(jù)施工設(shè)計配管柱下井,利用封隔器將各層段卡開,在相應(yīng)層段管柱上帶有偏心配水器,從油管內(nèi)憋壓,坐封水力錨、封隔器,同時剪斷管柱伸縮補償器剪釘,伸縮補償器開始工作,封隔器密封油套環(huán)空,將各層分隔開來。裝好井口,通過鋼絲將投撈器下入井內(nèi)逐級撈出各偏心配水器的堵塞器,將堵塞器的死嘴子更換為不同尺寸的水嘴,根據(jù)各層的吸水情況進行分層注水,在注水過程當(dāng)中如果需要洗井,可由尾部循環(huán)閥進行反洗井。2油田分注工藝與井資源配置情況注水是油田開發(fā)的重要基礎(chǔ),是一項系統(tǒng)工程,但近年來在油田開發(fā)管理和投入上對注水工作有弱化的趨勢,部分關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)措施投入欠賬較多,注水開發(fā)油田開發(fā)矛盾愈顯突出,特別是最近一個階段,在新儲量大幅增加和油價長期處于高位的有利時期,油田開發(fā)管理過程中出現(xiàn)了重新井輕老井、重油井輕水井、重產(chǎn)油量輕注水量的現(xiàn)象。目前油田開發(fā)在注水技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用和技術(shù)管理上存在的問題,主要表現(xiàn)在以下幾個方面。一是隨油田開采程度的不斷提高和開采強度的加大,部分油田綜合含水和自然遞減率均有上升趨勢,特別是近三年含水上升率和自然遞減率增速加快,最大自然遞減率達到28%,含水率上升幅度最大3.3個百分點,甚至更高。二是水驅(qū)開發(fā)油田采收率低于30%的儲量規(guī)模較大,只有少部分油田采收率超過50%,包括大慶喇薩杏、遼河錦16、興隆臺、華北京11、新疆克七中東、塔中4等油田。另外,未注水開發(fā)油田采收率大都低于20%,水驅(qū)提高采收率的空間較大。三是注水井分注比例平均為52%,最低分注井比例僅為16.7%,分注井比例低、差別較大,三段以下(含三段)分注井占60%,油套分注井不少于2000口,高溫深井分注工藝尚不過關(guān)且處于試驗階段,總體上表現(xiàn)為分注及細分程度低、分層測試周期長,與油田開發(fā)需求尚有較大差距。四是下井5年以上的注水管柱較多,最長的水井管柱下井時間超過10年,井下管柱腐蝕、破漏嚴(yán)重,安全隱患問題突出,分層注水效果難以保證,同時,水井作業(yè)比例小,油水井?dāng)?shù)比2.9,油水井井下作業(yè)數(shù)量比為6.5,需要增加水井作業(yè)工作量,改善水井井下管柱狀況。五是單向受效采油井比例占33%,與注水井不對應(yīng)的采油井比例占9.3%,單井地質(zhì)配注不合格井的比例占17%,以欠注為主。產(chǎn)吸剖面不均衡,吸水強度大于3m3/(d·m)的厚度占56%,而產(chǎn)液強度小于3t/(d·m)的厚度占75%以上。注水井套管損壞比例達到6.9%,將使9000口采油井受效差,剩余可采儲量損失較多。六是注入水水質(zhì)問題較嚴(yán)重,地面注水管網(wǎng)老化嚴(yán)重,二次污染問題十分突出,水質(zhì)達標(biāo)率低,部分油田注水井沒有洗井流程,洗井車數(shù)量少,洗井工作量和投入嚴(yán)重不足,平均水質(zhì)達標(biāo)率僅為83%。七是水平井、超深井等特殊條件下分層注水工藝實現(xiàn)面對諸多困難,分注工藝、配套測試調(diào)配工藝、特殊材質(zhì)封隔器和橡膠材料等急需研發(fā)成功。針對上述問題和技術(shù)挑戰(zhàn),在注水技術(shù)研發(fā)和注水技術(shù)管理方面,需要進一步加大分層注水新工藝的攻關(guān)力度,強化油田現(xiàn)場注水技術(shù)管理,堅持“注夠水、注好水、精細注水、有效注水”,努力構(gòu)建科學(xué)合理的油田開發(fā)秩序,達到控制含水上升速度、控制產(chǎn)量遞減、提高水驅(qū)采收率的目的?！白蛩?注水總量控制合理,保持注采平衡,要使油層壓力保持較高水平、沉沒度適中、注采平衡或注略大于采,保持地層具有足夠的能量?！白⒑盟?有三個含義:首先要把水注好,保證油田開發(fā)主力油層注好水,從配水方案、配水量、層段卡分、分層調(diào)配等方面整體考慮有利于主力油層注好水,達到儲層吸水相對均勻和井點注水相對均衡;第二要向油層注入符合油藏特征的水,注入水水質(zhì)達標(biāo),保證注水質(zhì)量和注入水與油層的配伍性;第三要確保注水壓力低于油層破裂壓力,保護好注水井套管,減少或避免管外竄槽和套管損壞?！熬氉⑺?要實施精細分層注水,層段水量分配合理,保持合理的注采比,該加強的層段加強注水,該減弱的層段減弱注水,加密水井測試調(diào)配,保持較高的注水井分注率和分注合格率,完善推廣橋式偏心分注工藝和配套測試工藝,加大周期注水、井間輪注等工藝的應(yīng)用,對于部分4段以上吸水差異大的油層,實施層段重組和交替注水?！坝行ё⑺?有適應(yīng)地下情況的完善的注采井網(wǎng),依據(jù)注采動態(tài)分析結(jié)果,該加強的方向加強注水,該控制的方向控制注水,加大深部調(diào)剖應(yīng)用力度,開展區(qū)塊整體調(diào)剖,擴大深部液流轉(zhuǎn)向深部調(diào)剖/調(diào)驅(qū)的實施,減少注水低效無效循環(huán),提高差油層動用程度,保持產(chǎn)量遞減穩(wěn)定或減小、含水上升速度穩(wěn)定或減小、采收率提高。3保險配注方式、監(jiān)測數(shù)據(jù)和監(jiān)測頻率上升隨著油田開發(fā)程度的深入和復(fù)雜井況的出現(xiàn),為進一步延長水井免修期,提高注水層段合格率,提高工藝實施效率,降低操作成本,分層注水還需要繼續(xù)發(fā)展提高,總的發(fā)展趨勢主要圍繞提高細分程度和測調(diào)效率方向發(fā)展,向著精確、定量、智能化注水的方向發(fā)展,同時發(fā)展完善大斜度井、水平井等特殊結(jié)構(gòu)井分層注水工藝。一是注水配套工具上的發(fā)展:注水封隔器性能將向耐高溫、耐高壓差方向發(fā)展,開發(fā)新型高溫高壓密封新材料,逐步適應(yīng)超深井和特殊高溫油藏注水工藝的要求。二是投撈方式、配水方式的發(fā)展:配水方式由目前的節(jié)流壓差原理以水嘴大小控制水量,逐步發(fā)展為井下定量配水技術(shù)。配注全過程在井下自動進行,由程序控制,依據(jù)預(yù)設(shè)配注方案和實時監(jiān)測的分層流量結(jié)果,通過微電機、按指定周期調(diào)節(jié)配注閥開度。井下智能配注器由內(nèi)置可充電電池供電,通過無線傳輸方式,進行配注和測調(diào)周期的調(diào)整、讀取井下監(jiān)測數(shù)據(jù)。三是管柱功能的發(fā)展:由單一的注入功能向著注入、信息采集、測試集成化方向發(fā)展,提高機電一體化程度,加速注水井智能化管理。工藝管柱不但可滿足分層注水工藝的要求,而且還可滿足吸水剖面改造工藝要求,如油層解堵和分層酸化等。四是分層注水量測試技術(shù)向著測試簡單、一次多層、準(zhǔn)確、可靠方向發(fā)展,同時發(fā)展水平井、定向井等特殊結(jié)構(gòu)井測試調(diào)配技術(shù)。井下測試可獲取嘴前嘴后壓力、注入量等連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù),根據(jù)監(jiān)測結(jié)果實時做出測調(diào)響應(yīng),在減少測試工作量的同時,將測調(diào)周期縮短至最小,并為地質(zhì)精細研究提供全新分析依據(jù)。五是注水作業(yè)向著不壓井、不放噴技術(shù)方向發(fā)展。注水井作業(yè)目前全國各油田基本采用壓井或放噴方式,為提高油藏水驅(qū)開發(fā)效果,減少地層能量損耗,油田正在進行水井作業(yè)不壓井、不放噴技術(shù)的研究試驗,由放噴泄壓向不壓井作業(yè)方向發(fā)展。六是分層注水配套防腐油管性能逐步改善和提高,涂層由敷涂樹脂發(fā)展到噴涂環(huán)氧粉末、鎳磷涂層、內(nèi)襯塑料管和不銹鋼管,防腐處理由化學(xué)處理發(fā)展到噴砂處理,質(zhì)量和環(huán)保性能逐步提高,同時提高配套井下工具抗腐蝕性能。4確立“水驅(qū)”基本原則,確保低能耗、一體化發(fā)展注水是油田開發(fā)的基礎(chǔ),目前已形成了一系列適應(yīng)不同油藏地質(zhì)條件、適應(yīng)不同井型的分層注水工藝和配套測試工藝。隨著老油田開發(fā)的不斷深入和各種復(fù)雜類型油田投入開發(fā),需要進一步提高分層注水工藝的適應(yīng)性和配套程度,今后要大力推廣橋式偏心分層注水工藝,發(fā)展新型高效的分層注水工藝和測試調(diào)配工藝,向智能化、