橋式同心分層注水技術(shù)在ZD油田的應(yīng)用效果分析

張偉杰，雷宏，關(guān)竹林，張杰，鄒家樂(lè)，姜鵬飛

1.延長(zhǎng)油田股份有限公司志丹采油廠(chǎng)（陜西 延安 717500）

2.陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（陜西 西安 710065）

ZD油田位于鄂爾多斯盆地西南部，是較為典型的低孔低滲油氣聚集地區(qū)，其地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜，開(kāi)發(fā)層系較多較細(xì)。由于各層段滲透率不同等地質(zhì)因素，ZD油田注水開(kāi)發(fā)初期采用全井籠統(tǒng)方式注水開(kāi)采，出現(xiàn)了高滲透率儲(chǔ)層大量吸水，低滲透儲(chǔ)層吸水量較小，甚至不吸水的狀況，導(dǎo)致注入水波及效率低、水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果差、含水上升快等問(wèn)題。隨著油田注水開(kāi)發(fā)調(diào)整，部分注水井采用橋式偏心分層注水工藝，一定程度緩解了層間矛盾，但該工藝測(cè)調(diào)工具機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測(cè)調(diào)需要反復(fù)操作，儀器遇阻、遇卡率高，使得作業(yè)周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大、效率低。針對(duì)上述問(wèn)題，提出在ZD 油田采用橋式同心分層注水技術(shù)來(lái)改善注水開(kāi)發(fā)效果。

1 ZD油田分層注水開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

隨著油田開(kāi)發(fā)進(jìn)入中后期階段，ZD 油田層間矛盾不斷暴露，儲(chǔ)層平面上和剖面上吸水存在差異，油井注水見(jiàn)效程度差異較大，部分油井在較短生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)發(fā)生水淹，水驅(qū)油效果變差。根據(jù)近兩年吸水剖面測(cè)試情況，ZD 油田層間矛盾突出，主力層長(zhǎng)61聲波時(shí)差在240 μs 以上，滲透率在2.5×10-3μm2以上；其他層段聲波時(shí)差一般在220 μs 左右，滲透率在0.6×10-3μm2左右。

截至目前，ZD油田水驅(qū)控制面積1 001.79 km2，水驅(qū)控制儲(chǔ)量4.33×108t，水驅(qū)控制程度87.68%，主要注水開(kāi)發(fā)層位為長(zhǎng)6 油層。建成注水站223 座，日注水能力4.48×104m3，注水井?dāng)?shù)4 222 口，開(kāi)井?dāng)?shù)3 381 口，其中分層注水井727 口，分層注水井占比17.21%，采用橋式偏心分層注水工藝技術(shù)，分層數(shù)為2～3級(jí)。橋式偏心分層注水工藝技術(shù)測(cè)調(diào)需要精確的機(jī)械導(dǎo)向完成測(cè)調(diào)工具的定位及配水器、堵塞器調(diào)節(jié)頭的對(duì)接，測(cè)調(diào)工具機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測(cè)調(diào)需要反復(fù)操作，以致作業(yè)周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大、效率低，給注水開(kāi)發(fā)帶來(lái)很大困擾。

2 橋式同心分層注水技術(shù)研究

2.1 分層注水技術(shù)分析

20 世紀(jì)60 年代初期，研究出的固定式分層注水配套技術(shù)，較好地緩解了層間矛盾。而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中調(diào)配注水量與測(cè)試工藝比較復(fù)雜，該分層配水器用投撈的方法，調(diào)節(jié)和更換水嘴來(lái)調(diào)整各層段注水量[1]。各油田逐步進(jìn)入中高含水期，特別是一些低滲透油田相繼采用注水開(kāi)發(fā)，其注水井分注層數(shù)增加、注入壓力不斷升高，為此研制出偏心分層注水技術(shù)，該分層注水技術(shù)不僅可以用投撈調(diào)配各層段注水量，而且有效地解決了封隔器驗(yàn)封和分層測(cè)試等難題[2]。同時(shí)封隔器類(lèi)型由水力擴(kuò)張式進(jìn)一步發(fā)展到水力壓縮式，顯著增加了配水管柱的使用期限[3]。但其測(cè)調(diào)工具機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測(cè)調(diào)需要反復(fù)操作，為了簡(jiǎn)化測(cè)試工藝，提高測(cè)試效率和資料的準(zhǔn)確性，提出了橋式同心分層注水技術(shù)，其不受分層層數(shù)的限制[4]，測(cè)試時(shí)能夠避免層間干擾。

現(xiàn)將各分注技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表1。結(jié)合ZD 油田目前分層注水實(shí)際現(xiàn)狀及后期精細(xì)注水開(kāi)發(fā)具體要求，優(yōu)選出橋式同心分層注水技術(shù)，該技術(shù)將分注工藝與測(cè)調(diào)技術(shù)創(chuàng)新配套，形成機(jī)電一體化為核心的單純電纜高效測(cè)調(diào)技術(shù)，縮短分層注水測(cè)調(diào)周期，提高測(cè)調(diào)準(zhǔn)確率，進(jìn)一步滿(mǎn)足了精細(xì)注水開(kāi)發(fā)的需求。

2.2 橋式同心分層注水技術(shù)

橋式同心分層注水技術(shù)采用斜井封隔器將各注水層位分隔開(kāi)，使用橋式同心配水器為各注水層位注水，地面控制器通過(guò)電纜與同心電動(dòng)井下測(cè)調(diào)儀連接，控制井下儀器，同心電動(dòng)井下測(cè)調(diào)儀與配水器同心對(duì)接調(diào)節(jié)注水量，數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)井下流量、溫度和壓力，實(shí)現(xiàn)流量調(diào)配和測(cè)試同步進(jìn)行[5]，如圖1所示。

圖1 橋式同心分注技術(shù)示意圖

橋式同心測(cè)調(diào)系統(tǒng)主要由同心測(cè)調(diào)儀、橋式同心配水器、電動(dòng)驗(yàn)封儀、地面控制器、輔助設(shè)備、電纜測(cè)井車(chē)等組成[6]。其中橋式同心配水器與分注管柱一起下入，內(nèi)部裝有可調(diào)水嘴；由電纜將同心測(cè)調(diào)儀器下入分注管柱中，與井下測(cè)調(diào)工作筒對(duì)接，地面直讀調(diào)節(jié)流量；地面控制器，在地面通過(guò)電纜讀取流量壓力溫度參數(shù)，并控制測(cè)調(diào)儀器調(diào)節(jié)井下可調(diào)水嘴。

橋式同心配水器是該分層工藝技術(shù)的核心部分[7]，主要由上接頭、主體筒、定位機(jī)構(gòu)、同心活動(dòng)筒、外筒、可調(diào)水嘴、固定座以及下接頭組成（圖2）。同心配水器技術(shù)參數(shù)：最大外徑為Ф114 mm；總長(zhǎng)度為640 mm；內(nèi)孔最小通徑為46 mm；工作溫度為-30～150 ℃；壓力≤60 MPa；流量為0～1 000 m3/d。

圖2 橋式同心配水器

2.3 橋式同心分層注水技術(shù)配套改進(jìn)

2.3.1 配水器定位方式設(shè)計(jì)改進(jìn)

將配水器“滑梯式”旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向變?yōu)椤捌脚_(tái)式”定位對(duì)接[8]，測(cè)調(diào)儀不需要側(cè)向調(diào)節(jié)臂，無(wú)需快速下放測(cè)調(diào)儀俯沖對(duì)接，簡(jiǎn)化了測(cè)調(diào)儀器結(jié)構(gòu)，提升了定向井對(duì)接成功率（圖3）。

圖3 配水器定位對(duì)接方式對(duì)比

大斜度井測(cè)調(diào)成功率由72%提高到90%，配水器跨距由10 m 降至2 m，20 m 層段可由2 層細(xì)分到4～5層。

2.3.2 橋式同心水嘴與配水器一體化集成設(shè)計(jì)改進(jìn)

相比橋式偏心，橋式同心水嘴與配水器一體化集成設(shè)計(jì)，無(wú)需投撈，水嘴不易堵塞，在采出水回注井具有較好適應(yīng)性[9]。橋式同心分注，可調(diào)式水嘴外徑Φ52 mm，出水口Φ9 mm，優(yōu)選氧化鋯陶瓷材料，完全關(guān)閉狀態(tài)下水嘴密封性好。

2.3.3 機(jī)電一體化測(cè)調(diào)設(shè)計(jì)改進(jìn)

將分注技術(shù)與測(cè)調(diào)技術(shù)創(chuàng)新配套，形成機(jī)電一體化為核心的單純電纜高效測(cè)調(diào)技術(shù)，轉(zhuǎn)變調(diào)配模式（圖4），提高測(cè)調(diào)效率和精度。同心電動(dòng)井下測(cè)調(diào)儀，動(dòng)力傳遞設(shè)計(jì)為同心連桿機(jī)構(gòu)，儀器下井后可對(duì)任意層進(jìn)行調(diào)節(jié)[10]，一次下井可完成全井測(cè)調(diào)任務(wù)，兩層分注井平均測(cè)調(diào)時(shí)間由1 d 縮短到3～5 h，3～5層分注井測(cè)調(diào)時(shí)間由2～3 d 縮短到6～8 h。

圖4 測(cè)調(diào)模式對(duì)比

3 應(yīng)用分析

3.1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

橋式同心分層注水技術(shù)在ZD 油田推廣應(yīng)用了82口井，現(xiàn)場(chǎng)施工成功率100%，層段調(diào)配效果合格，水井調(diào)配、水量驗(yàn)證等技術(shù)質(zhì)量合格，達(dá)到預(yù)期指標(biāo)。第一批實(shí)驗(yàn)井實(shí)施情況見(jiàn)表2。

表2 橋式同心分注試驗(yàn)井調(diào)配效果統(tǒng)計(jì)

以X2井應(yīng)用為例，X2井2014年12月轉(zhuǎn)注，注水層位為長(zhǎng)6，目前日注水10 m3,累計(jì)注水20 820 m3，該井生產(chǎn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 X2井生產(chǎn)數(shù)據(jù)及地質(zhì)配注要求

該井于2019 年10 月進(jìn)行橋式同心分層注水施工，測(cè)試前和測(cè)試后流量數(shù)據(jù)情況如圖5所示。

圖5 X2井測(cè)試前和測(cè)試后流量數(shù)據(jù)

該井經(jīng)過(guò)同心測(cè)調(diào)儀調(diào)配水嘴開(kāi)度大小，待注水穩(wěn)定后，經(jīng)測(cè)調(diào)儀測(cè)試，儀器回放數(shù)據(jù)顯示：上層長(zhǎng)61層注入量為6.11 m3/d，下層長(zhǎng)62層注入量為3.97 m3/d，達(dá)到地層配注要求。

3.2 應(yīng)用效果分析

3.2.1 小水量井測(cè)調(diào)精度高

ZD油田目前日注水量2.73×104m3，平均單井日注水量8.08 m3，單井日注水量較小，常規(guī)分層注水調(diào)整注水量需要更換不同直徑的水嘴，測(cè)調(diào)時(shí)需要多次投撈堵塞器，工作量大，調(diào)配效率低，而且水嘴大小間隔為0.2 mm，水嘴大小變化不連續(xù)，使得常規(guī)分層注水量調(diào)節(jié)也不連續(xù)，最終調(diào)配精度比較差，無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)精細(xì)化注水[11]。橋式同心電纜測(cè)調(diào)和橋式偏心相比，水量調(diào)節(jié)精度提高近2.5倍，測(cè)調(diào)儀器轉(zhuǎn)速由2.5 r/min調(diào)整到1 r/min，活動(dòng)水嘴軸向移動(dòng)距離由5 mm/min調(diào)整到2 mm/min，對(duì)于同一出水面積64 mm2，分辨率由0.33 mm2/s 提高到0.13 mm2/s，大幅提高測(cè)調(diào)精度，應(yīng)用效果見(jiàn)表2中上、下層配注調(diào)整前后數(shù)據(jù)對(duì)比。

3.2.2 降低大斜度井測(cè)調(diào)難度

ZD 油田采用叢式井組開(kāi)發(fā)，注水井井斜較大（井斜角大于55°），導(dǎo)致注水井管柱發(fā)生蠕動(dòng)，縮短了管柱的使用壽命。橋式偏心注水工藝，由于使用的固定水嘴，為了使各層配水量達(dá)到地質(zhì)要求，需要反復(fù)投撈水嘴。然而投撈水嘴具有一定難度，特別是大斜度井投勞水嘴時(shí)的對(duì)接成功率非常低，調(diào)配效率較低，調(diào)配一口合格的注水井需要2～3 d，甚至更高[12]。橋式同心配水器采用可調(diào)水嘴和配水工作筒為一體化結(jié)構(gòu)，不需要投撈水嘴，使用電纜作業(yè)方式，流量調(diào)節(jié)與測(cè)試同步進(jìn)行，一次下井可完成全井各層流量調(diào)配任務(wù)，地面可視化操作，測(cè)調(diào)結(jié)果直接讀取，大幅度提高測(cè)調(diào)效率[13]。

3.2.3 減少作業(yè)量，提高經(jīng)濟(jì)效益

橋式偏心分層注水與橋式同心分層注水施工作業(yè)流程對(duì)比，如圖6所示。

圖6 橋式偏心分注與橋式同心分注測(cè)調(diào)作業(yè)流程對(duì)比

若按一次投、撈作業(yè)價(jià)格1 200元估算，橋式偏心分注調(diào)配需作業(yè)7 趟，橋式同心分注調(diào)配作業(yè)2趟，較橋式偏心分注減少了5 趟作業(yè)，節(jié)約了6 000元，3年有效期內(nèi)需調(diào)配6次（每半年調(diào)配1次）共計(jì)節(jié)約了3.6萬(wàn)元。而橋式同心分注每口井作業(yè)指導(dǎo)價(jià)為5.95 萬(wàn)元，橋式偏心分注作業(yè)指導(dǎo)價(jià)4.6 萬(wàn)元。綜合比較后，采用橋式同心分注每口井節(jié)約了2.25萬(wàn)元（表4），達(dá)到了降本增效的目的。

表4 橋式偏心分注與橋式同心分注作業(yè)費(fèi)用對(duì)比

4 結(jié)論與建議

1）ZD 油田采用橋式同心分層注水技術(shù)施工的82 口井均正常運(yùn)行，注水井調(diào)配、水量驗(yàn)證等技術(shù)質(zhì)量均合格，達(dá)到預(yù)期指標(biāo)。

2）橋式同心分層注水技術(shù)通過(guò)配套改進(jìn)并實(shí)施，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，較原有橋式偏心分層注水而言，橋式同心分層注水技術(shù)在注水井水量調(diào)節(jié)精度方面提高了2.5 倍；一次測(cè)調(diào)工作量減少到2 趟，同時(shí)每口井節(jié)約了2.25萬(wàn)元，大幅度提高了生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到降本增效的目的。

3）為確保井下注水正常，達(dá)到地質(zhì)配注要求，必須保證注水壓力正常，波動(dòng)范圍不超過(guò)1 MPa。建議定期實(shí)施反洗井措施，確保地層注水正常，建議每個(gè)季度進(jìn)行一次調(diào)配作業(yè)。