采油工程分層注水工藝及應(yīng)用

周錚(中海石油(中國(guó))有限公司蓬勃作業(yè)公司，天津 300450)

0 引言

在油井的開(kāi)采過(guò)程中，如果缺少驅(qū)油能量作為補(bǔ)充，便會(huì)在采油過(guò)程中使油層之間的壓力不斷降低，從而引發(fā)一系列的問(wèn)題，例如：油量開(kāi)采量小、地下原油性質(zhì)變化、油氣比例上升、原油抽動(dòng)難度大、原油黏度增強(qiáng)等問(wèn)題，最終會(huì)使較多的石油無(wú)法開(kāi)采，變成死油。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)注水工藝也進(jìn)行了較大的優(yōu)化和升級(jí)，可以通過(guò)分層注水工藝使底層的壓力達(dá)到穩(wěn)定，同時(shí)還能提高石油開(kāi)采的質(zhì)量和效率，對(duì)于石油開(kāi)采企業(yè)而言還能降低開(kāi)采的成本[1]。因此，積極了解分層注水的工藝，可以有效處理層間的矛盾并保證原油的高產(chǎn)，在當(dāng)前資源緊張的時(shí)代，有著不可替代的作用。

1 采油工程分層注水工藝概述

我國(guó)在進(jìn)行石油的開(kāi)采時(shí)，最常用的手段便是分層注水工藝，通過(guò)分層注水工藝的應(yīng)用，在穩(wěn)定地層能量和提高采收率方面都有著重要作用。我國(guó)有著國(guó)土遼闊的特點(diǎn)，在石油資源上也十分豐富，不過(guò)當(dāng)前很多因素制約著石油的開(kāi)采，所以在開(kāi)采效率上并不能滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。在石油供不應(yīng)求的背景下，我國(guó)的石油供給主要還是依靠國(guó)外石油進(jìn)口。為此，需要積極利用分層注水的工藝和技術(shù)，盡快提高原油開(kāi)采的效率。

分層注水是指在注水井中下入封隔器，把差異較大的油層分隔開(kāi)，再用配水器進(jìn)行分層配水，使高滲層注水量得到控制，中低滲透率油層注水得到加強(qiáng)，使各類油層都能發(fā)揮作用的一種注水方式[2]。一般在壓力相同的情況下，利用混合注水的方式不能很好地提高采油效果，會(huì)出現(xiàn)一些層面進(jìn)水量大和一些層面進(jìn)水量少的問(wèn)題，從而無(wú)法提高石油的開(kāi)采效率。在這樣的背景下，分層注水技術(shù)就得到了重視和研究，并且在不斷地嘗試應(yīng)用中，逐漸形成了較多的工藝，當(dāng)前主要有偏心投撈分注工藝、同心集成分注工藝和地面分注工藝。簡(jiǎn)單說(shuō)是將封隔器安裝在注水井的下端，通過(guò)對(duì)封隔器的利用將油層中差異較大的層面進(jìn)行分離，同時(shí)利用配水器將水注入不同的油層中，并且能夠?qū)⑺淖⑷肓窟M(jìn)行嚴(yán)格控制，使低滲透率油層和中滲透率油層中的水量得到提高，這樣就可以發(fā)揮出每個(gè)油層的作用，提高油井的開(kāi)采能效。當(dāng)前采油工程分層注水技術(shù)已經(jīng)被各個(gè)油田所采用，且有著較高的實(shí)用價(jià)值，加強(qiáng)對(duì)分層注水工藝的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)分層注水工藝的良好應(yīng)用，有利于提高原油的開(kāi)采效果，滿足國(guó)家發(fā)展的需要。

2 采油工程分層注水工藝

隨著信息時(shí)代的不斷發(fā)展，在石油工程分層注水工藝上有著較好的完善，目前采油工程中的分層注水工藝主要有偏心投撈分注工藝、同心集成分層注水工藝和地面分層注水工藝等，需要對(duì)各種注水工藝進(jìn)行全面有效的了解，以保證能夠合理的應(yīng)用注水工藝，滿足石油開(kāi)采的需要。為此，相關(guān)企業(yè)要結(jié)合實(shí)際的施工情況，采用不同的分層注水技術(shù)，以保證石油開(kāi)采的效率。

2.1 偏心投撈分注工藝

當(dāng)前偏心投撈分注工藝大體可以分為兩種，一種是擴(kuò)張式封隔器，另一種是壓縮式封隔器。在擴(kuò)張式封隔器中，主要使用的封隔器型號(hào)為k344，封隔器的隔離效果是通過(guò)膠筒向外擴(kuò)張實(shí)現(xiàn)封隔。封隔器膠筒在油壓大于0.7 MPa時(shí)便會(huì)進(jìn)行膨脹，使兩個(gè)注水層分離，注水層在分離后會(huì)通過(guò)堵塞器中的水嘴向其中注水，利用注水實(shí)現(xiàn)驅(qū)油的目的。需要注意的是，注水時(shí)要結(jié)合實(shí)際的工程情況，洗井過(guò)程中井內(nèi)的壓力需要保證平衡，在封隔器膠筒的收縮下，加上洗井液在井內(nèi)的循環(huán)利用，不但降低了相關(guān)人員的工作量，也提高了洗井的工作效率。在壓縮式封隔器中，主要的部件便是坐封，在具體的工程施工中，油層會(huì)利用封隔器實(shí)現(xiàn)分離，管柱也會(huì)利用水力卡瓦為支點(diǎn)進(jìn)行解封工作，并通過(guò)堵塞器進(jìn)行注水工作。在壓縮式封隔器中，受到關(guān)鍵部位差異性的影響，一般可以分為下注水層和上注水層，而且上下注水層可以完成層間的循環(huán)，不僅可以提高注水量和注水效果，也可以滿足相關(guān)企業(yè)進(jìn)行高效石油開(kāi)采的目的[3]。封隔器的坐封是偏心投撈分注工藝的關(guān)鍵，只有加強(qiáng)封隔器的坐封工作才可以更好地實(shí)現(xiàn)封層注水的目的。

例如，在進(jìn)行兩級(jí)兩段分注井的開(kāi)采時(shí)，首先要保證分注管柱坐封完成后，將二級(jí)配水器內(nèi)部的堵塞器撈出，同時(shí)對(duì)油管加壓5～10 MPa，而且每個(gè)點(diǎn)位都要穩(wěn)定5 min。在對(duì)油管完成打壓工作后，需要將偏心壓力機(jī)的回放數(shù)據(jù)撈出，在對(duì)油管進(jìn)行再次加壓時(shí)需要保證兩層空嘴子，同時(shí)觀察地面對(duì)套管的壓力變化，得出第一級(jí)封隔器坐封效果的有效分析。在封隔器坐封后，要把壓力計(jì)傳壓孔的上下部分進(jìn)行有效封閉，從而感受到出液孔傳來(lái)的套壓和對(duì)應(yīng)地層壓力，并在偏心配水器的壓力計(jì)中完成對(duì)坐封情況的分析和驗(yàn)證。在井口無(wú)明顯壓力變化的情況下，說(shuō)明完成坐封工作，如果井口的套管壓力值有變化，且會(huì)隨著油管壓力的變化而變化，就說(shuō)明未完成坐封工作。

2.2 同心集成分注工藝

在利用同心集成分注工藝時(shí)，其主要的結(jié)構(gòu)組成為射流洗井器和套管保護(hù)封隔器，在提高分層注水工藝的應(yīng)用價(jià)值時(shí)，同心集成分注工藝所使用的注水方式分別為分級(jí)注水和分級(jí)隔離的方式。在具體操作時(shí)，為了保證采油人員能更好地應(yīng)用同心集成分注工藝，需要結(jié)合好工程中油井開(kāi)采的條件和油層性質(zhì)，同時(shí)對(duì)分注設(shè)備的組件選擇上保證科學(xué)化和合理化，為后續(xù)的采油工程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在第一級(jí)封隔器的保護(hù)上采用套管保護(hù)，第二級(jí)的封隔器利用配水器和射流洗井器的組合，膠筒連接注水通道，第三級(jí)封隔器使用油層分離[4]。在進(jìn)行石油開(kāi)采時(shí)，要結(jié)合相關(guān)法律和工程施工的規(guī)范，完成管套的安裝工作，同時(shí)需要結(jié)合具體的施工情況，此外，還要利用封隔器對(duì)射流洗井器進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，降低安全風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，在有效保護(hù)好封隔器的工作機(jī)構(gòu)后，可以實(shí)現(xiàn)石油開(kāi)采質(zhì)量和效率的提高。

例如，在利用同心集成分注工藝時(shí)，最上一級(jí)是可以選擇直徑為60 mm的封隔器作為套管保護(hù)而存在，第二級(jí)可以適用55 mm的配水封隔器中心管當(dāng)作配水器的工作筒，需要留意的是封隔器膠筒上下側(cè)和注水管道的距離保持在240 mm，同時(shí)跟地層量筒的距離也要保證在240 mm，而且中心管的下面要設(shè)置定位臺(tái)階，保證配水器可以投入在封隔器中心管的內(nèi)座臺(tái)階上。在封隔器被釋放時(shí)，需要將直徑55 mm和52 mm的堵塞器投入井內(nèi)，然后在油管內(nèi)憋壓，在封隔器坐封之后，要及時(shí)將配水器撈出，利用電子壓力計(jì)進(jìn)行驗(yàn)封，針對(duì)分層的水量還要利用渦街流量計(jì)進(jìn)行有效的測(cè)量，當(dāng)調(diào)配準(zhǔn)確無(wú)誤后，將水嘴裝入配水器再與定位裝置相連，最后投入井口中。

2.3 地面分注工藝

當(dāng)前在采油工程分層注水工藝中，地面分注工藝也十分重要，一般分為地面兩段分注工藝流程和地面三段分注工藝流程。首先，地面兩段分注工藝流程。其主要原理是將上、中、下三路水口組成配水器，將上面的通水孔洞跟油管進(jìn)行連接，下面的通水孔洞跟注水管連接，中層的通水孔洞跟油套環(huán)空部位連接。兩段注水主要利用上面三個(gè)通水孔洞的相互配合完成注水工作。在石油開(kāi)采企業(yè)利用地面兩段分注工藝時(shí)，注水控制工作還可以通過(guò)另一種方式進(jìn)行，即可以在地面分水器的出水口處安裝上恒定量配水器，這樣可以實(shí)現(xiàn)注水的自動(dòng)化，完成注水工作的自動(dòng)控制。而且各層之間的注水量也可以通過(guò)井口的閥門(mén)實(shí)現(xiàn)有效的控制，這樣的方式有著操作方便和工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，當(dāng)前被中小型的石油開(kāi)采企業(yè)所應(yīng)用。

其次，地面三段分注工藝流程。其工作原理是使用三套配水器完成工作，具體在不同的注水管上分別安裝配水器的入口連接、注水管匯和配水器，然后將三個(gè)配水器的出口跟水井的三個(gè)水口連接。在水井下段通過(guò)空心桿注水、在水井的中段通過(guò)油管注水、在水井的上端用過(guò)套管注水，并且在利用地面的進(jìn)口閥門(mén)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)層的注水量進(jìn)行控制，從而完成二級(jí)三段的分層注水效果。需要注意的是，分注技術(shù)的選擇并不是一成不變的，各種注水技術(shù)都有著獨(dú)特的用途，要結(jié)合實(shí)際產(chǎn)油量、油藏的地理分布情況、施工要求等選擇科學(xué)的分注技術(shù)，從而不斷提高石油的開(kāi)采量，發(fā)揮出分層注水工藝的價(jià)值，滿足石油開(kāi)采企業(yè)的需要。

3 采油工程注分層水工藝的應(yīng)用措施

利用分層注水工藝可以有效提高油井的開(kāi)采量，具體是提高對(duì)原油的驅(qū)動(dòng)力，在降低原油的黏度后加快對(duì)原油的抽動(dòng)速度，從而實(shí)現(xiàn)高效率增產(chǎn)的目的。不過(guò)在實(shí)際利用分層注水工藝時(shí)，還會(huì)受到一些因素的干擾，需要及時(shí)處理，穩(wěn)定原油高產(chǎn)的工作效率。

3.1 注水井出砂問(wèn)題的解決措施

在應(yīng)用分層注水工藝時(shí)，如果注水的壓力過(guò)高、注水量過(guò)大，就容易在注水過(guò)程中水流沖入裂縫中，在水的高壓下會(huì)沖刷下一部分泥沙，引起注水井出現(xiàn)出砂問(wèn)題。嚴(yán)重的出砂會(huì)使巖層孔隙堵塞，不利于石油的開(kāi)采，同時(shí)提高了石油開(kāi)采的投入成本。油層出砂若不能及時(shí)處理，就會(huì)出現(xiàn)泥沙掩埋油層的問(wèn)題，不僅會(huì)損壞套管，對(duì)于注水井而言也容易引發(fā)很多故障，必須要進(jìn)行井下作業(yè)才可以恢復(fù)注水井的注水能力，在修井過(guò)程中也增加了石油開(kāi)采的成本，對(duì)于生產(chǎn)時(shí)效也有一定的影響。

為此，需要對(duì)注水井進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)和管理，提高對(duì)防砂技術(shù)的研究和應(yīng)用，在不斷降低水井出砂帶給油田的影響后，滿足高效開(kāi)采的需要。首先，要用合理的注水壓力完成注水工作，且在注水量上做好嚴(yán)格的控制，必須滿足油田配注的需求。其次。要注重注水井的日常維護(hù)和保養(yǎng)，對(duì)注水的數(shù)據(jù)要做好記錄和監(jiān)測(cè)，以防注水井出砂。最后，對(duì)注水井的吸水能力進(jìn)行分析，利用注水指示曲線進(jìn)行研究，嚴(yán)格控制油壓變化，降低因?yàn)樗_擊而導(dǎo)致的水井出砂。在注水井出砂后，要及時(shí)用清砂技術(shù)降低砂石的影響，恢復(fù)正常的注水工作。

3.2 注水井結(jié)垢問(wèn)題的解決措施

在應(yīng)用分層注水工藝后，如果井下油層和注入水存在流體配伍性差的問(wèn)題，會(huì)引起油層的結(jié)垢，在不能及時(shí)清理時(shí)，嚴(yán)重的結(jié)垢還會(huì)使油層孔隙堵塞，不利于提高油層的滲透率，降低水驅(qū)動(dòng)能力影響石油開(kāi)發(fā)。此外，注水井的結(jié)垢問(wèn)題也可能受到油層中化學(xué)物質(zhì)的影響，在長(zhǎng)時(shí)間的積累下產(chǎn)生沉淀物質(zhì)，形成結(jié)垢。在結(jié)垢產(chǎn)生后還會(huì)影響注水的流動(dòng)，嚴(yán)重的結(jié)垢還會(huì)使套管變形，不能發(fā)揮出注水的作用。

為此，需要及時(shí)分析注水井產(chǎn)生積垢的因素，并采用合理的方式降低注水井結(jié)構(gòu)的影響。在結(jié)垢前需要優(yōu)化注水的水質(zhì)，保證注水滿足相關(guān)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，保證水中懸浮物質(zhì)的含油量控制在5 mL/L以內(nèi)，使注水滿足石油開(kāi)采的要求。如果水垢已經(jīng)形成，需要分析內(nèi)部化學(xué)成分，通過(guò)化學(xué)除垢劑的使用，對(duì)注水井的積垢進(jìn)行處理，同時(shí)配合上洗井的方式，保證井筒的清潔度，滿足油井對(duì)注水的配注需求。另外部分注水管線腐蝕而引起的結(jié)垢，需要在施工前做好相應(yīng)的重視和控制[5]。

3.3 注水井套管損壞的處理措施

在應(yīng)用分層注水的工藝時(shí)，會(huì)出現(xiàn)套管損壞的問(wèn)題。主要原因是受到注水井出砂和注水壓力變化的影響，在出現(xiàn)套管損壞時(shí)要及時(shí)進(jìn)行井下作業(yè)，利用修井技術(shù)完成對(duì)套管的修復(fù)。如果不能及時(shí)對(duì)破損套管進(jìn)行修復(fù)，就會(huì)使注水從套管中泄漏到其他地層，從而可能引發(fā)地層坍塌、水井出砂等問(wèn)題，給石油開(kāi)采帶來(lái)較大的安全隱患。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前分層注水工藝的應(yīng)用上，還存在一些問(wèn)題不利于提高油井的開(kāi)采，具體在注水井出砂問(wèn)題、注水井結(jié)垢問(wèn)題和注水井套管損壞問(wèn)題上，需要相關(guān)負(fù)責(zé)人給予重視，以延長(zhǎng)注水井的使用壽命，提高注水的效果。同時(shí)要注重注入水的水質(zhì)問(wèn)題，較高的水質(zhì)可以減少很多問(wèn)題的出現(xiàn)，既能夠保證石油開(kāi)采的效率，也能提高石油的開(kāi)采效益。在對(duì)采油工程中的分層注水工藝進(jìn)行詳細(xì)了解后，可以有效結(jié)合實(shí)際開(kāi)采情況合理應(yīng)用分層注水工藝，同時(shí)在不斷解決一些影響因素后，可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)性的高產(chǎn)量目標(biāo)。