華北油田分層注水技術(shù)現(xiàn)狀與展望

夏　健　楊春林　譚福俊　陳　勇　王忠秀　樊玉生（.華北油田公司鉆采工程部，河北任丘　06；.華北油田公司合作開發(fā)項目部，河北任丘　06；.華北油田公司采油二廠，河北霸州　06700；.華北油田公司采油工程研究院，河北任丘　06；.渤海鉆探公司井下技術(shù)服務(wù)分公司，天津大港　008）

華北油田分層注水技術(shù)現(xiàn)狀與展望

夏健1楊春林1譚福俊2陳勇3王忠秀4樊玉生5
（1.華北油田公司鉆采工程部，河北任丘062552；2.華北油田公司合作開發(fā)項目部，河北任丘062552；3.華北油田公司采油二廠，河北霸州065700；4.華北油田公司采油工程研究院，河北任丘0625522；5.渤海鉆探公司井下技術(shù)服務(wù)分公司，天津大港300283）

分層注水技術(shù)水平直接影響著注水開發(fā)油田的整體開發(fā)效果。針對華北油田分注技術(shù)狀況，剖析了目前分注工藝技術(shù)存在主要問題；結(jié)合華北油田儲層特點，優(yōu)選出橋式偏心分注、橋式同心分注、免投撈測調(diào)一體化分注等3種分注工藝，引進(jìn)了高效測調(diào)工藝，開展了系列分注配套工具研究。詳細(xì)介紹了三類分注工藝的特點和在華北油田的應(yīng)用情況，指出了分注技術(shù)的發(fā)展趨勢。

華北油田；分層注水；高效測調(diào)技術(shù)；分注配套工具；發(fā)展趨勢

華北油田目前以砂巖區(qū)塊為開發(fā)主體，多屬于典型的多層系、非均質(zhì)復(fù)雜斷塊油藏，現(xiàn)已進(jìn)入注水開發(fā)中后期，層間矛盾日益突出，實施分層注水已成為油田精細(xì)開發(fā)、提高采收率和水驅(qū)動用儲量的主要技術(shù)手段。目前華北油田油藏類型多、油層埋藏深（平均2 900 m）、溫度高（平均102 ℃）、井身斜度大、套變套損井逐年增多，注水井井筒技術(shù)狀況逐漸惡化。2012年以前，注水井分注率和細(xì)分率低，分注率16.7%，一級二段分注井占總分注井的88.6%；分注工藝較為簡單，96%分注井為常規(guī)空心、偏心、地面定量分注，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足油田精細(xì)分注工藝的技術(shù)需求；傳統(tǒng)的投撈調(diào)配測試成功率偏低，且測試周期長、工作量巨大，亟需先進(jìn)的高效測調(diào)技術(shù)手段。

1　華北油田分注工藝技術(shù)現(xiàn)狀

為滿足油田精細(xì)注水開發(fā)需求，提高深斜井分注技術(shù)水平，2012年起結(jié)合華北油田地質(zhì)特點，優(yōu)選出3種新型分注工藝；為提高測調(diào)效率，引進(jìn)了測調(diào)聯(lián)動分層配水高效測調(diào)技術(shù)；為適應(yīng)高溫大斜度井分注需要，開展了系列分注配套工具研究。

1.1新型分注工藝

1.1.1橋式偏心分注工藝

采用橋式偏心配水器進(jìn)行井下分層注水。橋式偏心配水器主通道周圍布有橋式通道，使目的層段在進(jìn)行流量或壓力測試時，其他層段依然可以通過橋式通道正常注水，不改變其他層段的工作狀態(tài)，最大限度地減小了各層之間的層間干擾，從而有效提高分層流量調(diào)配效率及分層測壓效率［1］。橋式偏心配水器結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1　橋式偏心配水器結(jié)構(gòu)示意圖

技術(shù)特點：（1）橋式偏心分注技術(shù)集流流量測試，能夠?qū)崿F(xiàn)注水層位流量的單層直測，有效消除非集流流量測試中遞減法帶來的誤差，從而提高測試精度；（2）橋式過流通道的設(shè)計，消除了中心通道集流壓差；一次驗封過程相當(dāng)于每一級封隔器均驗兩次，有效提高了驗封測試一次成功率及測試效率；（3）橋式偏心分注可以進(jìn)行中心通道分層壓力測試，不用投撈配水堵塞器，減少投撈次數(shù)，提高測試效率；瞬時實現(xiàn)井下關(guān)井，井筒續(xù)流時間短，測試資料誤差小，測試精度高。

1.1.2橋心同心分注工藝

采用橋式同心配水器進(jìn)行井下分層注水。配水器工作筒水流出口為2個對稱的窄長形出口，內(nèi)部中心的陶瓷芯體可通過井下測調(diào)儀的調(diào)節(jié)動作實現(xiàn)上下移動，實現(xiàn)出水口面積大小的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)精細(xì)化注水目的［2］。在主體出水口兩側(cè)設(shè)計了橋式通道，保證測調(diào)某一層時不影響其他層段注水?？烧{(diào)水嘴關(guān)鍵部位采用高鈷基硬質(zhì)合金，耐高溫、耐腐蝕、不結(jié)垢，耐沖刷能力強(qiáng)，大幅提高了其耐用性能?？烧{(diào)工作筒為特殊防砂設(shè)計，可以保證水嘴在井下工作期間調(diào)節(jié)套的傳動部分不會發(fā)生砂卡、活動水嘴和座體無水流動處不會出現(xiàn)泥沙囤積現(xiàn)象。橋式同心配水器結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2　橋式同心配水器結(jié)構(gòu)示意圖

技術(shù)特點：（1）橋式同心配水器工作筒和可調(diào)水嘴采用一體化設(shè)計，不需要進(jìn)行水嘴投撈，減少施工勞動量；（2）配水器工作筒的尺寸較短，長度僅為0.7m，更適合小卡距分層配水需要；（3）井下測調(diào)儀與配水工作筒的定位對接和水量大小調(diào)節(jié)對接均為同心對接，對接成功率基本為100%，并且不受井深、井斜、結(jié)垢等各種井況的影響；（4）井下測調(diào)儀的動力傳遞為一根直軸，結(jié)構(gòu)簡單；采用大扭矩低轉(zhuǎn)速進(jìn)口電機(jī)減速器可以實現(xiàn)高分辨率、高精度注水調(diào)節(jié)，尤其對低注入量的水井調(diào)配優(yōu)點更大。

1.1.3免投撈測調(diào)一體化分注工藝

采用免投撈一體化同心配水器進(jìn)行井下分層注水。配水器中心管上部環(huán)形面上對稱開有2個細(xì)長槽式的出水孔，正好與旋轉(zhuǎn)芯子上2個凸面相對稱吻合，當(dāng)測調(diào)儀的電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)芯子轉(zhuǎn)動時，可逐步打開或關(guān)閉2個對稱的出水槽孔，起到開啟或關(guān)閉出水孔的作用，從而實現(xiàn)精細(xì)化注水目的。配水器水嘴材質(zhì)采用硬質(zhì)合金鋼；水嘴為矩形＋梯形的異形水嘴，即使水嘴被堵，將水嘴開大就可使堵水嘴異物被沖走；進(jìn)水通道加濾網(wǎng)，防止水嘴堵塞。免投撈一體化配水器內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖3。

技術(shù)特點：（1）不需要投撈芯子和水嘴，能夠做到免投撈，儀器一次下井就可實現(xiàn)任意分層調(diào)節(jié)水量、分層驗封；提高了工作效率，降低了勞動強(qiáng)度；（2）中心通徑大（?46 mm），可適應(yīng)各種測試儀器通過；外徑?。ㄗ畲笸鈴?92 mm），管柱作業(yè)時起下容易；（3）具有防返吐、防砂功能；配水器具備反向截止功能，地面停注時，配水器自動關(guān)閉，可防止地層返吐出砂及臟物進(jìn)入。

1.1.43種分注工藝適應(yīng)條件

2012年華北油田公司確定在同口油田、阿爾油田先行開展新型分注工藝示范區(qū)建設(shè)，兩年來經(jīng)過對3種新型分注工藝綜合性能（見表1）進(jìn)行評價對比和現(xiàn)場實踐得出：（1）橋式偏心分注工藝適合井斜角≤25°、井深≤3 000 m的分注井；（2）橋式同心、免投撈測調(diào)一體化工藝均采用同心對接方式，在深井、大斜度井上更具優(yōu)勢。

表1　3種分注工藝綜合性能評價

1.2測調(diào)聯(lián)動分層配水高效測調(diào)技術(shù)

測調(diào)聯(lián)動分層配水高效測調(diào)（地面直讀電動測調(diào)）系統(tǒng)主要由地面控制傳輸系統(tǒng)、橋式偏心（同心）分層配水管柱、采集調(diào)節(jié)系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)4部分組成。該系統(tǒng)可實現(xiàn)測試“流量實時監(jiān)測，壓力同步讀取，水嘴連續(xù)可調(diào)”，一次下井可完成多層段測試、流量調(diào)整，具有小水量測試精度高、測調(diào)效率高的優(yōu)點。高效測調(diào)與常規(guī)測調(diào)技術(shù)對比見表2。

表2　高效測調(diào)與常規(guī)測調(diào)技術(shù)對比

地面控制傳輸系統(tǒng)由地面控制箱、電纜絞車及信號傳輸電纜等組成，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。其主要功能是控制井下測調(diào)儀在井內(nèi)完成水量調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集及保存，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，實現(xiàn)調(diào)節(jié)過程直讀并可判斷出儀器與堵塞器的對接狀態(tài)。

橋式偏心（同心）分層配水管柱由橋式偏心（橋式同心、免投撈一體化）配水器、可洗井封隔器及球座等部分組成。其主要優(yōu)點是目的層測試調(diào)配過程中其他層仍可正常注水，進(jìn)一步提高準(zhǔn)確率。

采集調(diào)節(jié)系統(tǒng)由井下測調(diào)儀、可調(diào)式水嘴等部分組成。井下測調(diào)儀由測調(diào)車通過電纜下入分注管柱中，并與橋式偏心（先進(jìn)同心）配水器對接；根據(jù)地質(zhì)配注要求調(diào)節(jié)配水器水嘴大小，并進(jìn)行流量、壓力、溫度等參數(shù)測試；設(shè)計的磁定位功能能夠通過井下工具對儀器進(jìn)行準(zhǔn)確定位，同時儀器中增加了開臂、收臂、正調(diào)、負(fù)調(diào)、水嘴開度等霍爾器件，能夠?qū)x器在井下的任何動作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測并反饋到地面控制系統(tǒng)中。井下連續(xù)可調(diào)式水嘴，“閥門式”調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，直接無級調(diào)節(jié)，提高了配水精度。

輔助系統(tǒng)由測試車、防噴管、電纜剪斷器及打撈筒等部分組成，其優(yōu)點是測試車采用閉式循環(huán)液壓傳動系統(tǒng)，可實現(xiàn)儀器在井內(nèi)平穩(wěn)起下，并具備電子指深指重功能，提高了操作的平穩(wěn)性、安全性。

1.3系列分注配套工具

為適應(yīng)高溫大斜度井分注需要，2013年開展了高溫分注封隔器、可鉆式油管支撐錨、新型扶正器、大斜度井自動關(guān)閉坐封球座、井口防回流閥等系列配套工具。

1.3.1高溫分注封隔器

所有封隔器的膠筒、密封件均采用氫化丁腈橡膠，所有零部件采用鎳磷鍍防腐處理；封隔器的反洗閥采用線密封及自動回位機(jī)構(gòu)，解決了夾砂及關(guān)閉不嚴(yán)的問題。逐級解封封隔器中心管采用鎖塊連接，解封力小，有利于安全起出。研制的系列封隔器承壓差由25 MPa提高到50 MPa，耐溫由120 ℃提高到150 ℃。

1.3.2配套工具

（1）新型扶正器。為確保管柱下入時對封隔器膠筒的保護(hù)，減少起下過程中對分注工具的磨損，研制出螺旋、滾珠扶正器（圖4）。螺旋扶正器選用碳纖維復(fù)合材料，摩擦系數(shù)小，用于管柱的居中坐封。滾珠扶正器可旋轉(zhuǎn)，將滑動摩擦轉(zhuǎn)化為滾動摩擦，降低工具串下井摩擦力。

圖4　新型扶正器

（2）大斜度井自動關(guān)閉坐封球座。針對大斜度井投棒難以到位、洗井易將鋼球返出等問題，研發(fā)出大斜度井球座（圖5）。該球座下井為常開狀態(tài)，避免了封隔器中途坐封；大傾角設(shè)計，保證在大斜度情況下正常密封；坐封時自動關(guān)閉、鎖緊，排除了洗井時鋼球被沖到地面的風(fēng)險。

圖5　大斜度井自動關(guān)閉坐封球座

（3）可鉆式油管支撐錨。為了徹底消除管柱蠕動造成的解封現(xiàn)象，采用坐封工具與支撐錨兩體結(jié)構(gòu)形式，井下支撐錨固定在套管壁上，其錨定后，液壓坐封工具與支撐錨脫手起出地面；支撐錨一次下入可永久使用，需解除時下入螺桿鉆具可安全鉆削去除（圖6）。

圖6　可鉆式油管支撐錨

（4）井口防回流閥。為防止停注時井內(nèi)水倒流，注水井口均需安裝單流閥。針對目前單流閥存在可靠性差、壽命短等問題，研發(fā)出新型井口防回流閥（圖7）。該回流閥設(shè)計有特殊閥座，所有密封件和單流閥件均裝在閥芯體上，一次拆除可更換任意易損件；閥球、閥座均采用陶瓷材料，閥芯體采用不銹鋼材料，從而其耐磨、耐腐蝕性大大提高。

圖7　井口防回流閥

2　技術(shù)應(yīng)用情況及效果

兩年來共實施新型分注工藝井406口，其中橋式偏心分注井184口，占新型分注工藝井45.3%；先進(jìn)同心分注井222口（橋式同心分注井139口、免投撈測調(diào)一體化分注井83口），占新型分注工藝井54.7%。華北油田分注工藝實現(xiàn)五項突破，一是最大井深達(dá)到3 590 m，最高溫度達(dá)到127 ℃，最大井斜達(dá)到59.3°，最大級數(shù)達(dá)到六級六段，最小可實現(xiàn)1 m隔層分注。兩級兩段分注井高效測調(diào)時間由過去的2～3 d縮短到目前2 h，大幅度提高了工作效率。兩年來通過不斷優(yōu)化改進(jìn)、完善提升，已經(jīng)初步形成了適應(yīng)華北油田地質(zhì)條件的新型分注工藝體系，尤其是深井（≥3 000 m）、高溫井（≥120 ℃）、大斜度井（≥30°）分注工藝得到長足進(jìn)步。

兩年來華北油田共實施新型分注工藝區(qū)塊65個，井組406口，對應(yīng)油井833口；見效區(qū)塊48個，見效率73.8%；井組249口，見效率61.3%；見效油井401口，見效率48.1%；累計增液23.47萬m3，累計增油7.66萬t（表3）。

3　分注工藝技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著油田開發(fā)程度的不斷深入和復(fù)雜井況的出現(xiàn)，為進(jìn)一步延長分注井免修期，提高分注合格率，提高工藝實施效率，降低操作成本，分注工藝還需要繼續(xù)發(fā)展與提高。

（1）注水配套工具。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。

（2）配水方式。由以水嘴大小控制水量，逐步發(fā)展為井下定量配水。配注全過程在井下自動進(jìn)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(jī)、按設(shè)定周期自動調(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(jìn)行配注和測調(diào)周期的調(diào)整、讀取井下監(jiān)測數(shù)據(jù)；或利用動力與數(shù)據(jù)組合電纜使PC機(jī)對井下各層段進(jìn)行實時配注，實現(xiàn)注水井的自動控制測調(diào)。

（3）管柱功能。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(jī)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，如分層酸化和調(diào)剖等。

表3　華北油田新型分注工藝井分注效果統(tǒng)計

（4）注水作業(yè)方式。過去各油田注水井作業(yè)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，減少環(huán)境污染，注水作業(yè)方式將向著不壓井、不放噴技術(shù)方向發(fā)展，為此集團(tuán)公司目前正在大力推廣應(yīng)用注水井帶壓作業(yè)施工方式。

（5）油管防腐。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［3］。

4　結(jié)論

（1）華北油田精細(xì)分注工藝已形成了系列化、規(guī)范化，可滿足不同類型油藏地質(zhì)條件、不同井筒狀況的分層注水需要。

（2）隨著老油田開發(fā)的不斷深入，需要進(jìn)一步提高分層注水工藝的適應(yīng)性和配套程度，今后要大力發(fā)展新型高效的分注工藝和測調(diào)工藝，向智能化、自動化、一體化方向發(fā)展。

［1］巨亞鋒，陳軍斌，李明，等.橋式偏心精細(xì)分注工藝及測調(diào)技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2010（11）：118-120.

［2］宋祖廠，劉揚，蓋旭波，等.橋式同心分注技術(shù)及其在深斜井中的應(yīng)用［J］.石油礦場機(jī)械，2013，42（7）：62-65.

［3］張玉榮，閆建文，楊海英，等.國內(nèi)分層注水技術(shù)新進(jìn)展及發(fā)展趨勢［J］.石油鉆采工藝，2011，33（2）：102-107.

（修改稿收到日期2015-01-22）

〔編輯朱偉〕

塔里木油田克深9區(qū)塊2口井開創(chuàng)了深層油氣藏勘探開發(fā)的新紀(jì)元

克深9區(qū)塊部署的井位，平均設(shè)計井深超7 500 m，井底溫度高達(dá)180 ℃，是塔里木首個開發(fā)最深的油氣藏，具有很多復(fù)雜的工況難題，也是最具代表的“三超”井區(qū)域，其中，克深901和克深902“雙胞胎”井毗鄰相望。針對庫車山前的含鹽復(fù)雜逆沖構(gòu)造，創(chuàng)建發(fā)展了“頂篷構(gòu)造”理論，鉆探嘗試從4 000 m拓展到8 000 m，突破了“6 000 m埋深儲層死亡線”的傳統(tǒng)認(rèn)識，圈閉鉆探成功率從40%提高到80%以上，達(dá)到國際深層、超深層勘探的一流水平。

克深901、克深902這2口“雙胞胎”井的鉆探布局，加快了對克深9區(qū)塊的勘探評價。在鉆探施工中，根據(jù)井底溫度高、地層復(fù)雜等因素影響，克服鹽上地層礫石含量高、掉塊多等復(fù)雜地質(zhì)條件，塔里木油田庫車勘探開發(fā)項目部通過逐步摸索長裸眼大噸位套管下入技術(shù)、鹽膏層超高密度窄壓力窗口控壓鉆進(jìn)技術(shù)、超高密度油基泥漿堵漏技術(shù)、超深井小井眼安全鉆進(jìn)技術(shù)、“三超井”固井水泥漿技術(shù)等一系列創(chuàng)新驅(qū)動，為2口井均在不同層位創(chuàng)造新紀(jì)錄提供了有利條件。

克深901井鉆進(jìn)歷時137 h，順利 將?196.85 mm＋?232.5mm回接套管下至7 046.91 m，并完成回接套管固井施工作業(yè)?？松?02井，在超高溫、高壓條件下完成了?139.7 mm尾管固井施工作業(yè)，成為中國石油陸上成功鉆進(jìn)至8 038 m完鉆的首個“深井王”。

(供稿石藝)

Current status and prospect of zonal water injection technology in Huabei Oilfield

XIA Jian1, YANG Chunlin1, TAN Fujun2, CHEN Yong3, WANG Zhongxiu4, FAN Yusheng5
（1.Drilling & Production Engineering Department, Huabei Oilfield Company, Renqiu 062552, China; 2. Department of Cooperative Development Projects, Huabei Oilfield Company, Renqiu 062552, China; 3. No. 2 Oil Production Plant of Huabei Oilfield Company, Bazhou 065700, China; 4. Research Institute of Petroleum Production Engineering, Huabei Oilfield Company, Renqiu 062552, China; 5. Downhole Service Branch Company，Bohai Drilling Engineering Company, Dagang 300283, China）

The level of zonal water injection technology directly affects the development efficiency of oilfields developed by water injection. In view of the status quo of zonal water injection technologies in Huabei Oilfield, the main problems were analyzed; by combining the reservoir characteristics of Huabei Oilfield, three zonal water injection technologies were selected: bridge-type eccentric zonal injection, bridge-type concentric zonal injection and integrated zonal injection free from dropping, fishing, testing and adjusting; high-efficiency test and profile control technology was introduced; the research on a series of accessory tools for zonal injection was performed. This paper gives a detailed introduction to the characteristics of these three zonal water injection technologies and application in Huabei Oilfield, and points out the development trend of zonal injection technology.

Huabei Oilfield; zonal water injection; high-efficiency test and profile control technology; matching tools for zonal injection; development trend

TE357.6

B

1000 – 7393（ 2015 ） 02 – 0074 – 05

10.13639/j.odpt.2015.02.020

夏健，1968年生。1990年畢業(yè)于石油大學(xué)（華東）采油工程專業(yè)，2008年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）油氣田開發(fā)工程，獲工學(xué)碩士學(xué)位，高級工程師。電話：0317-2702419。E-mail：cyy_xiaj@petrochina.com.cn。

引用格式：夏健，楊春林，譚?？。?華北油田分層注水技術(shù)現(xiàn)狀與展望［J］. 石油鉆采工藝，2015，37（2）：74-78.