國(guó)內(nèi)油氣田開發(fā)分層注水工藝技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢(shì)

李兵 班航 鄒儀虎 禹濤 陳廣輝

摘要：文章分析了我國(guó)現(xiàn)階段分層注水工藝技術(shù)，同時(shí)從分層注水防沙技術(shù)、深井與高溫高壓井分層注水技術(shù)三方面分析了國(guó)內(nèi)油氣田開發(fā)分層注水工藝技術(shù)未來的發(fā)展趨勢(shì)，以期能夠提升我國(guó)分層注水工藝技術(shù)水平，進(jìn)而提高油田的開采效率。

關(guān)鍵詞：油氣田開發(fā)；分層注水工藝；采油過程；高效注水；橋式偏心配水器；堵塞器 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TE357 文章編號(hào)：1009-2374（2016）10-0146-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.072

國(guó)內(nèi)油田在采油過程中存在油田開發(fā)層間存在矛盾、無法實(shí)現(xiàn)高效注水的現(xiàn)象。如今，隨著開發(fā)分層注水工藝技術(shù)的不斷提高，上述問題基本得到解決。就目前而言，我國(guó)分層注水技術(shù)已處于世界領(lǐng)先地位，但仍具有較大的發(fā)展空間。因此，我國(guó)應(yīng)不斷提升分層注水工藝水平，從而維持油田的穩(wěn)定生產(chǎn)。

1 我國(guó)現(xiàn)階段分層注水工藝技術(shù)水平

1.1 橋式偏心分層注水工藝管柱

橋式偏心分層注水工藝管柱中含有如下部分：橋式偏心配水器、堵塞器、Y341可洗井封隔器以及水利循環(huán)凡爾等部件。其中橋式偏心配水器已經(jīng)得到一定優(yōu)化，我國(guó)如今所使用的偏心配水器以原有配水器為基礎(chǔ)，添加了橋式通道。橋式偏心分層注水工藝管柱主體之上有半徑為10mm的偏孔，使得配水堵塞器能夠從該孔中坐入。偏孔附近存在橋式過流通道，通道數(shù)量一般為5個(gè)。橋式偏心分層注水管柱的主體為半徑23mm的主通道，施工人員可通過此投撈工具。除此以外，橋式偏心分層注水工藝管柱還可以作為施工人員下放測(cè)試儀器的通道。

1.2 鋼管電纜直讀測(cè)量與調(diào)試技術(shù)

鋼管電纜直讀測(cè)量與調(diào)試技術(shù)綜合了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，其中包含有機(jī)電一體化技術(shù)、通信技術(shù)、精密機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等，鋼管電纜直讀測(cè)量與調(diào)試系統(tǒng)由以下三個(gè)部分構(gòu)成：電纜絞車、電動(dòng)測(cè)調(diào)儀、地面控制系統(tǒng)。井下電動(dòng)測(cè)調(diào)儀同橋式偏心配水器中的堵塞器相連，使流量能夠自行完成調(diào)整工作，施工人員不用再進(jìn)行堵塞器投撈這一工序。不僅如此，施工人員還能夠在線獲取井下流量、溫度以及壓力等信號(hào)和數(shù)據(jù)，達(dá)到在線監(jiān)控壓力以及流量的目的，使得施工人員對(duì)注水井的測(cè)量與調(diào)試更為及時(shí)有效。

1.3 “橋式偏心+鋼管電纜直讀測(cè)調(diào)”分層注水技術(shù)現(xiàn)狀

“橋式偏心+鋼管電纜直讀測(cè)調(diào)”綜合了橋式偏心分層注水工藝管柱以及鋼管電纜直讀測(cè)調(diào)技術(shù)，該分層注水模式最早應(yīng)用于大慶油田，近些年來，我國(guó)各個(gè)油田相繼使用。隨著應(yīng)用的普遍，該模式所運(yùn)用的各項(xiàng)技術(shù)也逐漸完善。具體有如下三個(gè)方面：第一，傳統(tǒng)分層注水模式當(dāng)中，往往會(huì)出現(xiàn)井口難以密封的問題。目前已用鋼管電纜替代原有鎧裝電纜，保證施工人員在測(cè)試階段能夠密封防噴井口。大部分油田裝設(shè)了雙滾筒絞車，同時(shí)配以鋼管電纜以及鎧裝電纜，使得施工人員在任何井深以及壓力下都可以進(jìn)行電纜測(cè)試。第二，傳統(tǒng)分層注水工作中使用遞減法進(jìn)行測(cè)試，測(cè)量結(jié)果與實(shí)際情況有較大偏差，集流測(cè)試效率難以提升。目前我國(guó)已開發(fā)了雙流量電纜測(cè)調(diào)儀，并開始投入使用。該設(shè)備共有兩個(gè)流量計(jì)，能夠在相同工況當(dāng)中借助吊測(cè)的方法測(cè)試分層中的某一單層。使得測(cè)調(diào)效率與測(cè)調(diào)精度都有所提高。第三，測(cè)調(diào)儀的檢測(cè)功能更為全面，我國(guó)各個(gè)油田在多個(gè)位置都裝設(shè)了傳感器，對(duì)井下設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，能夠在設(shè)備出故障時(shí)及時(shí)維護(hù)，保證了井下設(shè)備的安全。如今，“橋式偏心+鋼管電纜直讀測(cè)調(diào)”在我國(guó)油井當(dāng)中的應(yīng)用極為廣泛，新疆、吉林以及遼河等地都在大范圍推廣，已然是我國(guó)石油注水井所使用的主要分注技術(shù)。這也使得我國(guó)分層注水工藝技術(shù)更為成熟。

2 分層注水工藝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 分層注水防沙技術(shù)

采油人員在進(jìn)行采油的過程中，容易遇到出砂概率較大的油藏，導(dǎo)致施工人員在對(duì)地層實(shí)施注水、泄壓以及洗井作業(yè)過程中，往往出現(xiàn)出砂、返吐的現(xiàn)象，使得水嘴被堵塞，注水管柱也被埋入砂體當(dāng)中，無法繼續(xù)進(jìn)行分層注水。就目前而言，分層注水防砂技術(shù)往往應(yīng)用于海上油田，陸上應(yīng)用分層注水防砂技術(shù)的油田并不多見。

陸上油田將偏心注水工藝作為分層注水的主要工藝，所以我國(guó)分層注水防砂技術(shù)的開發(fā)方向，便是令分層注水防砂技術(shù)更加適用于偏心注水管柱。設(shè)計(jì)人員可在偏心配水器原有設(shè)計(jì)之上進(jìn)行改造，在其工作筒當(dāng)中添加一個(gè)單流閥結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到防砂效果。當(dāng)施工人員開始注水時(shí)，彈簧受到壓力而壓縮，水便會(huì)經(jīng)過單流閥流入地層。若施工人員停止注水，或是此時(shí)產(chǎn)生壓力波動(dòng)，地層液流也不會(huì)形成倒流，回到井筒當(dāng)中。不僅如此，采油施工人員在清潔井筒時(shí)，有一定幾率會(huì)出現(xiàn)短路現(xiàn)象。設(shè)計(jì)人員在偏心注水管柱當(dāng)中添加了單流閥，能夠有效降低出現(xiàn)短路現(xiàn)象的幾率，洗井效果也會(huì)有所提升。除了借助防砂工藝技術(shù)進(jìn)行防砂工作外，石油開采企業(yè)也應(yīng)注重對(duì)出砂注水井的管理工作。針對(duì)較為容易出砂的注水井，工作人員還需多加預(yù)防，強(qiáng)化對(duì)注水的管理。同時(shí)施工人員也應(yīng)規(guī)范自身操作方式，保證平穩(wěn)注水，避免各注入層出現(xiàn)反吐的現(xiàn)象，減少出砂量。

2.2 深井與高溫高壓井分層注水技術(shù)

現(xiàn)今，我國(guó)深井與高溫高壓井的數(shù)量逐年遞增。大部分油田所使用的管柱工具及其相應(yīng)的測(cè)試儀器已然不適用于深井與高溫高壓井。所以需要開發(fā)適用于深井與高溫高壓井的分層注水技術(shù)，這也成為我國(guó)分層注水的發(fā)展趨勢(shì)之一。我國(guó)以傳統(tǒng)工具為基礎(chǔ)模型進(jìn)行改進(jìn)，開發(fā)了高壓偏心分層注水管柱測(cè)量方式，使得管柱工具及儀器的耐溫耐壓性都得到大幅提升，并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，配水器、水力錨以及封隔器能夠承受的壓力值可達(dá)60MPa，基本能夠滿足深井分層注水的需求。數(shù)據(jù)表明，運(yùn)用深井與高溫高壓井分層注水技術(shù)，井深能夠達(dá)到6000m。目前該技術(shù)已在塔里木油田當(dāng)中使用，具體有LN2-A、LN2-B、LN2-C等注水井，且使用效果較為良好，為深井與高溫高壓井分層注水技術(shù)之后的發(fā)展與研究提供了經(jīng)驗(yàn)。

我國(guó)目前深井與高溫高壓井在開采過程中還存在較多問題。深井與高溫高壓井當(dāng)中分層注水細(xì)分程度不高。分層注水的層數(shù)一般位于3層下方，施工人員多使用鋼絲進(jìn)行測(cè)量與調(diào)試，導(dǎo)致測(cè)量與調(diào)試效率較低，且應(yīng)用規(guī)模不大。該技術(shù)尚未完全成熟，處于試驗(yàn)階段。設(shè)計(jì)人員可嘗試對(duì)電纜直讀測(cè)調(diào)技術(shù)以及高壓電纜驗(yàn)封技術(shù)進(jìn)行修改與完善，之后將兩者應(yīng)用于深井與高溫高壓井分層注水技術(shù)當(dāng)中，形成新型的分層注水技術(shù)。深井與高溫高壓井電纜直讀技術(shù)尚處于開發(fā)階段，因此沒有設(shè)備能夠使該技術(shù)得到實(shí)現(xiàn)。故而，設(shè)計(jì)人員需設(shè)計(jì)耐高溫性較強(qiáng)的電纜直讀測(cè)調(diào)儀，要求該測(cè)調(diào)儀能夠承受不低于150℃的高溫，以達(dá)到提升測(cè)量與調(diào)試水平、實(shí)現(xiàn)深井與高溫高壓井當(dāng)中電纜直讀測(cè)量與調(diào)試的目的。除此以外，高壓注水井封隔器驗(yàn)封技術(shù)也存在問題，高壓狀態(tài)下，主動(dòng)驗(yàn)封技術(shù)尚未開發(fā)。但部分設(shè)計(jì)人員已設(shè)計(jì)了高壓電纜驗(yàn)封技術(shù)，工作原理如下：將電纜驗(yàn)封儀下放至最底層配水器處。此時(shí)，工作人員通過地面控制儀對(duì)上、下皮囊進(jìn)行打壓，將兩者密封。之后工作人員通過反復(fù)閉合開關(guān)對(duì)壓力進(jìn)行控制，測(cè)定油管壓力的變動(dòng)是否會(huì)影響地層壓力，借此確定封隔器的密封效果。該層驗(yàn)封作業(yè)完成后，工作人員通過控制器進(jìn)行上、下皮囊的泄壓工作，泄壓技術(shù)后收回儀器，重復(fù)上述動(dòng)作，逐層逐級(jí)實(shí)施驗(yàn)封作業(yè)，直至所有分層驗(yàn)封作業(yè)完畢。通過測(cè)試，該驗(yàn)封技術(shù)耐壓值可達(dá)60MPa，但對(duì)部分深井與高溫高壓井來說，該技術(shù)耐壓值依舊不足。設(shè)計(jì)人員需不斷完善，當(dāng)儀器的耐壓值不低于80MPa時(shí)，便能滿足大部分高壓注水井的需求。

2.3 大斜度井分層注水技術(shù)

部分油井并非與底面垂直，而是存在一定斜度，其中一些油井斜度過大，已然影響到注水效果。管柱受到井斜的影響，使用壽命較短，施工人員也難以進(jìn)行投撈測(cè)試，測(cè)量與調(diào)試效果并不理想。針對(duì)井斜角度不高于50°的油井，施工人員可使用偏心分層注水技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)對(duì)偏心定量分注配水管柱進(jìn)行雙導(dǎo)向錨定，扶正管柱位置，避免管柱在井中顫動(dòng)。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還需完善鋼絲制投撈工具，從而保證測(cè)量與調(diào)試工作能夠順利進(jìn)行。除此以外，工作人員還應(yīng)有針對(duì)性地對(duì)Y341封隔器進(jìn)行改良，開發(fā)斜井專用的封隔器，擴(kuò)展分層注水的有效期。

至于斜度較大的油井，普通的投撈工具根本不可能下放至指定位置，導(dǎo)致工作人員既不能投撈堵塞器，也不能根據(jù)實(shí)際情況對(duì)注水量進(jìn)行調(diào)節(jié)。由此可見，現(xiàn)有的偏心注水工藝并不適用于大斜度井。因此，大斜度井分層注水技術(shù)的開發(fā)應(yīng)趨向于同心向發(fā)展。除此以外，還需增設(shè)橋式通道，完善測(cè)調(diào)時(shí)注水的通流能力。設(shè)計(jì)人員可從以下方面開發(fā)適用于大斜度井的分層注水工藝技術(shù)：首先，設(shè)計(jì)人員可使用同心對(duì)接的方法將橋式通信配水器同井下測(cè)調(diào)聯(lián)動(dòng)儀連接在一起，相比偏心注水技術(shù)，該對(duì)接方式能夠令測(cè)調(diào)聯(lián)動(dòng)儀器同配水器的連接更為輕松，在大斜度井中的應(yīng)用也更為方便；其次，設(shè)計(jì)人員可在配水器當(dāng)中添加橋式通路。當(dāng)工作人員在進(jìn)行測(cè)量與調(diào)試工作時(shí)，橋式通路能夠有效提高注水的同流能力，也能夠幫助工作人員完成單層測(cè)試；最后，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)縮減測(cè)調(diào)儀的長(zhǎng)度，使測(cè)調(diào)儀在井中的活動(dòng)更為靈活，從而適應(yīng)大斜度井分層測(cè)試的需求。

3 結(jié)語

分層注水具有穩(wěn)定油田生產(chǎn)以及提高采收率的作用。我國(guó)目前主要使用的“橋式偏心+鋼管電纜直讀測(cè)調(diào)”滿足了常規(guī)油井的需求，但設(shè)計(jì)人員還應(yīng)繼續(xù)開發(fā)新型的分層注水技術(shù)，以滿足特殊油井的需要，進(jìn)而提高我國(guó)分層注水技術(shù)的整體水平，促進(jìn)我國(guó)油田開采技術(shù)的發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：李兵（1984-），男，山東臨沂人，中國(guó)石油冀東油田分公司唐山冀東油田采油高級(jí)工程師，研究方向：石油的開采和輸送；班航（1986-），男，河北石家莊人，中國(guó)石油冀東油田分公司唐山冀東油田采油高級(jí)工程師，研究方向：采油工藝和提高采收率。

（責(zé)任編輯：周 瓊）