華北油田分注工藝現(xiàn)狀及應(yīng)用效果

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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(shí)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(dòng)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2900m）、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(diǎn)，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(dòng)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(shí)，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。橋式偏心配水器結(jié)構(gòu)見下圖。

技術(shù)特點(diǎn)：

（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(jì)，消除了中心通道集流壓差；一次驗(yàn)封過程相當(dāng)于每一級封隔器均驗(yàn)兩次，有效提高了驗(yàn)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(shí)實(shí)現(xiàn)井下關(guān)井，井筒續(xù)流時(shí)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(gè)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(dòng)作實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)出水口面積大小的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)精細(xì)化注水目的。在主體出水口兩側(cè)設(shè)計(jì)了橋式通道，保證測調(diào)某一層時(shí)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。可調(diào)工作筒為特殊防砂設(shè)計(jì)，可以保證水嘴在井下工作期間調(diào)節(jié)套的傳動(dòng)部分不會(huì)發(fā)生砂卡、活動(dòng)水嘴和座體無水流動(dòng)處不會(huì)出現(xiàn)泥沙囤積現(xiàn)象。橋式同心配水器結(jié)構(gòu)見下圖。

技術(shù)特點(diǎn)：

（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(jì)，不需要進(jìn)行水嘴投撈，減少施工勞動(dòng)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(dòng)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(shí)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(diǎn)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(gè)細(xì)長槽式的出水孔，正好與旋轉(zhuǎn)芯子上2個(gè)凸面相對稱吻合，當(dāng)測調(diào)儀的電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)芯子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可逐步打開或關(guān)閉2個(gè)對稱的出水槽孔，起到開啟或關(guān)閉出水孔的作用，從而實(shí)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)見下圖。

技術(shù)特點(diǎn)：

（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(shí)現(xiàn)任意分層調(diào)節(jié)水量、分層驗(yàn)封；提高了工作效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度；

（2）中心通徑大（46mm），可適應(yīng)各種測試儀器通過；外徑�。ㄗ畲笸鈴�92mm），管柱作業(yè)時(shí)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(shí)，配水器自動(dòng)關(guān)閉，可防止地層返吐出砂及臟物進(jìn)入。

1.1.4　3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（見下表）進(jìn)行評價(jià)對比和現(xiàn)場實(shí)踐得出：

（1）橋式偏心分注工藝適合井斜角≤25°、井深≤3000m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。

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

測調(diào)聯(lián)動(dòng)分層配水高效測調(diào)（地面直讀電動(dòng)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(shí)現(xiàn)測試“流量實(shí)時(shí)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(diǎn)。高效測調(diào)與常規(guī)測調(diào)技術(shù)對比見下表。

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(shí)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(diǎn)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(jì)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(shí)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)�儀器在井下的任何動(dòng)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(diǎn)是測試車采用閉式循環(huán)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)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(dòng)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(dòng)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25MPa提高到50MPa，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(shí)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（下圖）。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(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦，降低工具串下井摩擦力。

（2）大斜度井自動(dòng)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（下圖）。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(jì)，保證在大斜度情況下正常密封；坐封時(shí)自動(dòng)關(guān)閉、鎖緊，排除了洗井時(shí)鋼球被沖到地面的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）可鉆式油管支撐錨。

為了徹底消除管柱蠕動(dòng)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(shí)下入螺桿鉆具可安全鉆削去除（下圖）。

（4）井口防回流閥。

為防止停注時(shí)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（下圖）。該回流閥設(shè)計(jì)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。

2 技術(shù)應(yīng)用情況及效果

兩年來共實(shí)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(shí)現(xiàn)五項(xiàng)突破，一是最大井深達(dá)到3590m，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(shí)現(xiàn)1m隔層分注。兩級兩段分注井高效測調(diào)時(shí)間由過去的2~3d縮短到目前2h，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（≥3000m）、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(shí)施新型分注工藝區(qū)塊65個(gè)，井組406口，對應(yīng)油井833口；見效區(qū)塊48個(gè)，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(jì)增液23.47萬m3，累計(jì)增油7.66萬t（下表）。

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(shí)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(dòng)進(jìn)行，由程序控制，依據(jù)預(yù)設(shè)配注方案和實(shí)時(shí)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(dòng)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(dòng)力與數(shù)據(jù)組合電纜使PC機(jī)對井下各層段進(jìn)行實(shí)時(shí)配注，實(shí)現(xiàn)注水井的自動(dòng)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。

（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(shí)提高配套井下工具抗腐蝕性能。

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(dòng)化、一體化方向發(fā)展。（原載《石油鉆采工藝》）

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這個(gè)應(yīng)該放在采油板塊吧？