連續(xù)薄夾層油藏細(xì)分注水技術(shù)研究與應(yīng)用

李漢周，彭太祥，郭振杰，石建設(shè)

(1.中國石化江蘇油田分公司，江蘇 揚(yáng)州 225009；2.中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引 言

江蘇油田具有“小、碎、貧、散”的特點(diǎn)，為典型的復(fù)雜小斷塊油田，屬陸相沉積油藏，非均質(zhì)性強(qiáng)，層間矛盾突出，薄夾層、薄互層多，超過70%的油層層間距小于5.0 m。隨著開發(fā)的深入，層間矛盾日益嚴(yán)重，層間儲量動用狀況差異加大。為改善注水開發(fā)效果，油藏細(xì)分注水技術(shù)日益受到重視[1-4]，同時也面臨“兩小一大”(小夾層、小卡距、大斜度)問題。現(xiàn)有的偏心分注工藝或偏心測調(diào)一體化工藝要求配水器卡封間距大于7.0 m，井斜小于25.00 °，無法滿足連續(xù)薄夾層細(xì)分注水要求[5-6]。針對該問題，開展了連續(xù)薄夾層油藏細(xì)分注水技術(shù)研究，研制了雙導(dǎo)向封隔配水器及配套測調(diào)儀器，形成了連續(xù)薄夾層油藏細(xì)分注水工藝，為油田精細(xì)注水提供了技術(shù)保障。

1 連續(xù)薄夾層細(xì)分注水技術(shù)

1.1 技術(shù)原理

連續(xù)薄夾層細(xì)分注水工藝采用以雙導(dǎo)向封隔配水器為主的分注管柱(圖1)，屬于橋式偏心配水工藝[7-10]的延伸，兩者最大區(qū)別為：雙導(dǎo)向封隔配水器集成了2臺配水器和1臺封隔器的功能，雙導(dǎo)向封隔配水器的集成配水主體上設(shè)有上、下注水流道和橋式通道，注水流道出口分別位于封隔膠筒的兩端，配合雙流道可調(diào)堵塞器，1臺工具可實(shí)現(xiàn)對相鄰2個油層的注水，通過2臺封隔配水器與1臺封隔器的組合可實(shí)現(xiàn)8.0 m油層細(xì)分4層注水，最小卡封間距可達(dá)1.0 m，解決細(xì)分注水的“兩小”難題(小夾層、小卡距)；雙導(dǎo)向封隔配水器采用小螺旋角雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過提高測調(diào)儀器下行動力，提高工藝對大斜度井的適應(yīng)性，解決細(xì)分注水的“一大”難題(大斜度)；配套測調(diào)系統(tǒng)采用雙流量測調(diào)儀，采用定位一次、測調(diào)2層的方法，解決連續(xù)薄夾層細(xì)分注水井流量無法在線測調(diào)的難題。

圖1 常規(guī)偏心分注與連續(xù)薄夾層細(xì)分注水管柱示意圖

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

(1) 適應(yīng)性強(qiáng)。滿足井斜不大于45.00 °、卡封間距不小于1.0 m注水井，能實(shí)現(xiàn)8.0 m油層細(xì)分為4層注水。

(2) 測調(diào)效率高。測調(diào)儀器1次入井完成全井流量調(diào)配，測調(diào)儀器與堵塞器對接1次可同步調(diào)配2個油層的注水量。

(3) 兼容性好。與橋式偏心配水器可同井使用，工具最小內(nèi)通徑為46 mm，注水井其他測試不受影響。

(4) 簡化管柱。相同分注級數(shù)下，所需下井工具少，簡化了管柱結(jié)構(gòu)(表1)。

表1 相同分注級數(shù)下工具使用數(shù)量對比情況

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 雙導(dǎo)向封隔配水器

2.1.1 結(jié)構(gòu)

雙導(dǎo)向封隔配水器由配水總成、封隔總成、導(dǎo)向總成3部分組成(圖2)，配水總成與封隔總成由連接套連接。

圖2 雙導(dǎo)向封隔配水器總體結(jié)構(gòu)示意圖

(1) 配水總成由集成配水主體、連接套、定位套、內(nèi)聯(lián)套、外環(huán)套、下導(dǎo)管和下接頭組成，集成配水主體呈中空管狀，下端連接封隔器部分，集成配水主體內(nèi)設(shè)偏心孔，偏心孔內(nèi)配合安裝雙流道可調(diào)堵塞器，從而提供分層配水流道(圖2、3)。

雙流道可調(diào)堵塞器結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要分為3個部分：①上下進(jìn)出水口。上進(jìn)水孔c、上出水孔d、下進(jìn)水孔e、下出水孔f，利用密封圈實(shí)現(xiàn)上下流道分開。②上下可調(diào)水嘴。水嘴由嘴芯和嘴套構(gòu)成，嘴芯在嘴套內(nèi)可上下旋合位移，實(shí)現(xiàn)注入量控制。③同軸驅(qū)動部分。驅(qū)動軸上部與打撈頭下部插接，驅(qū)動軸順時轉(zhuǎn)動時，上、下嘴套固定，上嘴芯向下移動旋入上嘴套，下嘴芯向上移動旋出下嘴套，上嘴芯水道關(guān)小，下嘴芯水道開大，反之，上嘴芯水道開大，下嘴芯水道關(guān)小，實(shí)現(xiàn)2層注入量的調(diào)節(jié)。

集成配水主體(圖3a)中心孔的上層進(jìn)水槽與雙流道可調(diào)堵塞器上進(jìn)水孔c連通，下層進(jìn)水槽與雙流道可調(diào)堵塞器下進(jìn)水孔e連通；集成配水主體內(nèi)部設(shè)有與其軸向相平行的下出水通道(圖3b)，下出水通道上部與雙流道可調(diào)堵塞器下出水孔f連通，下部與定位套、中間套、內(nèi)聯(lián)套之間的環(huán)形空間連通；集成配水主體側(cè)面設(shè)有上出水單流閥(圖3c)，與雙流道可調(diào)堵塞器上出水孔d連通；集成配水主體上設(shè)有與中心線平行且貫穿主體的橋式通道，當(dāng)集成配水主體的中心孔被堵時，注入水通過橋式通道，可正常向第3、4層注水。

正常注水時，向集成配水主體內(nèi)投入雙流道可調(diào)堵塞器。上層水經(jīng)集成配水主體上層進(jìn)水槽、雙流道可調(diào)堵塞器上進(jìn)水孔c和上出水孔d、上出水單流閥注入上層；下層水經(jīng)集成配水主體下層進(jìn)水槽、雙流道可調(diào)堵塞器下進(jìn)水孔e和下出水孔f、下注水通道進(jìn)入連接套與定位套環(huán)形空間，經(jīng)外環(huán)套、中心管與下導(dǎo)管環(huán)形空間、下接頭出水閥注入下層。

(2) 封隔總成由導(dǎo)流套、膠筒上下護(hù)套、膠筒和中心管等組成(圖2、5)，采用擴(kuò)張式封隔器原理，實(shí)現(xiàn)相鄰注水層位分層。導(dǎo)流套內(nèi)設(shè)有由閥球、彈簧、閥篩等組成的液控閥(圖5)，停注后，液控閥迅速關(guān)閉膠筒內(nèi)腔，實(shí)現(xiàn)停注不解封。注水時，通過油管壓力打開液控閥，注入水進(jìn)入膠筒內(nèi)腔，膠筒在油套壓差下實(shí)現(xiàn)坐封；解封時，向油套環(huán)空打壓，通過連接泄壓件進(jìn)液并打開液控閥，膠筒泄壓，膠筒回縮，實(shí)現(xiàn)解封。

圖3 集成配水主體結(jié)構(gòu)

圖4 雙流道可調(diào)堵塞器

(3) 導(dǎo)向總成由上導(dǎo)向軌和下導(dǎo)向軌等組成，實(shí)現(xiàn)雙流量測調(diào)儀機(jī)械臂雙導(dǎo)向，安裝在集成配水主體兩端。導(dǎo)向軌采用小螺旋角設(shè)計[11]，測調(diào)儀器下行力增大15.9%，有助于提高大斜度井測調(diào)儀器調(diào)節(jié)機(jī)械臂與雙通道可調(diào)堵塞器的對接成功率，提高了大斜度井的適應(yīng)性。

2.1.2 主要技術(shù)參數(shù)及特點(diǎn)

技術(shù)參數(shù)：總長為2 040 mm，最大外徑為115mm，最小內(nèi)通徑為46 mm，膠筒外徑為113 mm，工作壓差為15 MPa，適用最大井斜為45.00 °，最高適應(yīng)溫度為90 ℃，適用套管內(nèi)徑為121～127 mm。配套雙流道可調(diào)堵塞器外徑為22 mm，堵塞器長度為248 mm。

圖5 導(dǎo)流套剖面圖

技術(shù)特點(diǎn)：①將2臺配水器和1臺封隔器的功能集為一體，1臺雙導(dǎo)向封隔配水器可滿足一級兩段分層注水要求；②封隔總成導(dǎo)流套內(nèi)設(shè)計有液控閥，停注時膠筒內(nèi)腔不泄壓，始終處于坐封狀態(tài)，避免停注時解封導(dǎo)致的層間串流；③采用雙導(dǎo)向和小螺旋角導(dǎo)向軌設(shè)計，測試儀器入井下行力增加15.9%，提高大斜度井適應(yīng)性；④具有橋式偏心測試功能，可與常規(guī)偏心配水器配套使用，滿足同位素測試的條件。

2.2 雙流量測調(diào)儀

2.2.1 結(jié)構(gòu)

雙流量測調(diào)儀是連續(xù)薄夾層細(xì)分注水工藝的配套測調(diào)工具，借鑒常規(guī)單層邊測邊調(diào)儀[12-18]研制而成。雙流量測調(diào)儀由馬籠頭、外磁式流量計、集流式流量計、調(diào)節(jié)機(jī)械臂、測試密封段等組成(圖6)。

外磁式和集流式流量計均采用電磁流量計原理，集流式流量計實(shí)現(xiàn)下層流量計量，外磁式流量計實(shí)現(xiàn)多注水層位總流量計量。調(diào)節(jié)機(jī)械臂由驅(qū)動電機(jī)和機(jī)械臂組成，測調(diào)時機(jī)械臂與雙流道可調(diào)堵塞器對接，由電機(jī)驅(qū)動機(jī)械臂控制雙流道可調(diào)堵塞器水嘴開度，實(shí)現(xiàn)注水量調(diào)節(jié)。測試密封段(圖7)由上下密封膠圈、上下短節(jié)、中間連接套、內(nèi)中管等組成；內(nèi)中管和中間連接套上開有中心孔，內(nèi)中管與集流式流量入口相通；測調(diào)時，連接套中心孔與集成配水主體下層進(jìn)水槽對應(yīng)，上下密封膠圈位于下層進(jìn)水槽兩側(cè)，實(shí)現(xiàn)下層的注入與計量。

2.2.2 工作原理

以一級兩段分注井為例，管柱結(jié)構(gòu)為雙導(dǎo)向封隔配水器+單流閥+篩管+絲堵。

圖6 雙流量測調(diào)儀結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 測試密封段結(jié)構(gòu)示意圖

雙流量測調(diào)儀與測試電纜連接入井，過雙導(dǎo)向封隔配水器，后上提至雙導(dǎo)向封隔配水器之上20 m，地面控制打開調(diào)節(jié)機(jī)械臂；下放并調(diào)節(jié)機(jī)械臂與雙流道可調(diào)堵塞器對接；此時，測試密封段密封膠圈在重力作用下?lián)伍_，下層注入水經(jīng)集流式流量入口、集流式流量計、測試密封段中心孔至流道B進(jìn)水口，集流式流量計直接測量下層注水量，即第2層注水量Q2，外磁式流量計測取注入第1層和第2層的總流量Q12，則第1層注水量Q1=Q12-Q2，流量等參數(shù)通過電纜實(shí)時上傳至地面控制系統(tǒng)。若Q1、Q2與配注量不符：①Q(mào)1﹥Q1配，Q2﹤Q2配(Q1配、Q2配分別為第1層和第2層的配注水量)，地面控制系統(tǒng)發(fā)出負(fù)調(diào)指令，放大下層水嘴開度，同時縮小上層水嘴開度，直至注水量合格；②Q1﹤Q1配，Q2﹥Q2配，地面控制系統(tǒng)發(fā)出正調(diào)指令，放大上層水嘴開度，同時縮小下層水嘴開度，直至注水量合格。

2.2.3 主要技術(shù)參數(shù)及特點(diǎn)

技術(shù)參數(shù)：儀器總長為1 800 mm，流量測量范圍為1～200 m3/d，流量測量精度為2%，壓力測量范圍為0～50 MPa，壓力測量精度為0.2%，電機(jī)轉(zhuǎn)矩不大于8 N·m。

技術(shù)特點(diǎn)：雙流量計設(shè)計，井下一次對接可計量雙流量，且流量在同一狀態(tài)下計量，配合雙流道可調(diào)水嘴，實(shí)現(xiàn)一次對接測調(diào)相鄰2層的流量，精度和效率大幅提升。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

連續(xù)薄夾層細(xì)分注水工藝在陳堡、沙埝、高集等區(qū)塊應(yīng)用13口井，最小卡封間距為2.5 m，最大井斜為31.25 °，最大井深為2 587.0 m?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，連續(xù)薄夾層細(xì)分注水工藝可以實(shí)現(xiàn)8.0 m油層細(xì)分4層注水，且提高測調(diào)效率50%以上，對于油田精細(xì)注水、降本增效、增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。

以G6-6井為例。注水層厚度分別為1.2、3.6、3.0、18.3 m，隔層厚度分別為3.0、3.4、12.2 m，是一口典型的連續(xù)薄夾層注水井，采用常規(guī)偏心分注工藝，因卡距限制無法實(shí)現(xiàn)三級四段細(xì)分注水，因此，采用連續(xù)薄夾層細(xì)分注水工藝，注水管柱為液力錨+雙導(dǎo)向封隔配水器1+K344封隔器+雙導(dǎo)向封隔配水器2+單流閥+篩管+絲堵。

作業(yè)穩(wěn)注2周后進(jìn)行流量測調(diào)。整個測調(diào)過程在4h內(nèi)完成，相對常規(guī)偏心測調(diào)工藝，測調(diào)效率提高50%；雙流量測調(diào)儀與井下雙流道可調(diào)堵塞器累計進(jìn)行11次對接，一次成功率達(dá)到91.0%；注水量調(diào)配結(jié)果見表2，4個注水層的配注量滿足地質(zhì)和工藝要求；對應(yīng)油井受效率達(dá)到50%，井組6口油井日產(chǎn)油由實(shí)施前5.2 t/d升至6.4 t/d，增產(chǎn)1.2 t/d。

表2 G6-6井分注層段及測試調(diào)配結(jié)果

4 結(jié) 論

(1) 連續(xù)薄夾層細(xì)分注水工藝可實(shí)現(xiàn)8.0 m油層細(xì)分4層注水，最小卡封間距為1.0 m，滿足了連續(xù)薄夾層、小卡封間距油層細(xì)分注水的需求。

(2) 雙導(dǎo)向封隔配水器和配套雙流量測調(diào)儀集成了橋式偏心注水、防返吐配水、大斜度偏心分注和測調(diào)一體化優(yōu)點(diǎn)，測調(diào)精度、測調(diào)效率和井斜適應(yīng)性都大幅提高。

(3) 現(xiàn)場應(yīng)用表明，連續(xù)薄夾層細(xì)分注水工藝能夠提高薄夾層、小卡封間距油藏的水驅(qū)效果，對油田開發(fā)后期的穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)具有重要意義。工藝現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，具有推廣應(yīng)用的巨大潛力。