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1、185同心集成细分注水及配套测试技术研究与应用采油工程研究院 杨万有 马 强 岳庆峰摘 要： 本文阐述了同心集成式细分注水技术的发展完善情况，说明了同心集成细分注水技术的特点以及该工艺的现场应用情况。主题词：同心集成 细分注水 调配效率前 言大庆油田是大型陆相非均质砂岩油田，纵向上近 100 个层，层间厚度差异较大，达到 0.3-20m。油田开发 40 多年后，综合含水已近 90%，且多层高含水，含油丰富的主力层大部分已开发动用，而薄、差油层却没有得到很好的利用，是油田高含水后期调整挖潜的主要对象。为减缓层间矛盾必须进行细分开采，这就要求在注水井的层段细分上下功夫，而现有的偏心分注技术受配水器
2、投捞因素的限制必须卡距一般需要在 7m 以上，无法做到细分，为此我们研究了同心集成式细分注水技术。该技术经过推广过程中的不断完善，目前已经能够达到适应 4 层段以内的分层注水，封隔器最小卡距达到 2m，并解决了该工艺发展初期存在的配水堵塞器打捞负荷大、测试仪器不稳定的问题。1 工艺原理及特点1.1 工艺原理同心集成式细分注水工艺管柱（如图 1）主要由内径为 60 可洗井分层封隔器、55 和 52 可洗井配水封隔器及 55、52 配水堵塞器组成，52 配水堵塞器可以穿过 55 配水封隔器的中心管进入到 52 封隔器中。配水封隔器的中心管作为配套堵塞器的工作筒，封隔器胶筒上下分别有注水通道与地层连
3、通，配水堵塞器上也有两个注水通道，在这两个注水通道内分别装有水嘴，与封隔器的注水通道相对应，将堵塞器投入到封隔器中心管内，达到一级配水封隔器配注二层的目的。同时，在配水堵塞器的中间开有 26 的通孔，作为下面其它层段的注水通道及同位素测试通道。1.2 特点1.2.1 同心集成式细分注水工艺管柱所使用的配水封隔器采用一体化设计，既起到分隔地层的60 保护封隔器55 注水封隔器60 保护封隔器52 注水封隔器图 1 同心集成管柱图186作用，又是集成式配水堵塞器的工作筒，由于一级配水封隔器能够满足两个层段的注水要求，因此该工艺管柱最小卡距可达 2m，有利于细分注水。1.2.2 该工艺测试资料准确，
4、测试是在同一工况下每支仪器对应一个层位，避免了递减法测试所带来的误差。1.2.3 调配速度快。由于该工艺一只堵塞器同时配注 2 层，投送时只要分别从井口把52、55 配水堵塞器扔进油管内即可，打捞时用钢丝捞一次即可完成 2 个层段的配水器的打捞工作，与偏心分注技术相比至少提高效率 4 倍以上。且该工艺流量测试时是把 55、52 流量测试仪同时投入配水封隔器中进行测试，无论注入压力如何变化，各层所测的流量值都是在同一压力点下测得的，有效的解决了偏心分注技术流量测试必须逐级上提进行测试，测试结果受压力波动影响的问题，因此极大的提高了测试调配效率。2 配套测试技术测试仪如图 2 所示，该测试仪分 5
5、2、55 两种，与配水封隔器配套使用。当进行流量测试时，将打捞头卸下，按照各层配注量将对应的水嘴装入到密封段中，然后将上层与下层流量计并排连接到密封段上端，将打捞头上紧后分别把 52、55 测试仪投入到油管内，待测试仪坐入到配水封隔器的中心管后，开始进行测试。该测试仪设计的上层流量计的出口与上注水孔相通，下层流量计的出口与下注水孔相通，这样全井注入量由 55 测试仪进液孔进入测试仪，第一层流量经过上层流量计、水嘴、测试仪上注水孔、封隔器胶筒上端出水孔进入到地层，流量计测取的就是第一层的注入量，第二层的流量经过下层流量计、水嘴、测试仪下注水孔、封隔器胶筒下端出水孔进入到地层，该流量计测取的就是第
6、二层的实际注入量，第三、四层的注入量通过 55 测试仪的出液孔进入到下面的 52 配水封隔器的测试仪中，由 52 测试仪进行测试。由于52、55 测试仪同时在配水封隔器中进行测试，只要在井口控制全井的注入量和注入压力就可打捞头上层流量计上注水孔下注水孔 进液孔密封段出液孔下层流量计定位台阶图 2 分层流量测试仪187以准确、快捷的测出指示曲线。测试完成后，用钢丝将 55、52 测试仪分别捞出，回放测试曲线。流量测试合格后，将测试仪中的水嘴卸下，分别装入到对应层位的 52、55 配水堵塞器中，然后依次投入到油管中，按照测试的压力正常注水即可。分层压力测试与流量测试原理相同，只要将对应层段的流量计
7、换为压力计即可。3 工艺技术改进针对同心集成细分注水技术在推广过程中出现的由于管柱内结垢、沉砂等原因造成的配水堵塞器打捞困难及测试仪器不稳定造成测试效率低等问题，对封隔器、配套堵塞器及测试仪器进行了重新改进，完善了工艺及配套测试技术。3.1 注水管柱方面3.1.1 改进配水封隔器、配水堵塞器的定位方式，解决沉砂等原因造成的打捞负荷过大的问题。原配水堵塞器（见图 3 右侧）采用的是下定位结构，堵塞器坐到封隔器中心管与下接头之间的定位环上，这样堵塞器最上一道密封胶圈与端部之间存在一段距离，这段距离在封隔器中心管与堵塞器之间的配合间隙内容易沉积杂质、细砂等，导致堵塞器打捞负荷增大，同时，采用下定位方
8、式封隔器及堵塞器长度也比较大。针对这个问题，对配水封隔器及堵塞器进行了重新设计，将堵塞器改为上定位结构，挂在封隔器中心管上面，盖住了下面的间隙（见图 3 左侧） ，同时把最上一道盘根上移，并把原配水器的四道密封盘根减少为三道，这样既减小了配水堵塞器的打捞负荷，又缩短了配水器的长度。3.1.2 在现场应用过程中发现一些水质不好或者出砂严重的井在进行第二次测试时打捞负荷过大，需要多次振击才能将堵塞器捞出，增加了测试工人的劳动强度。针对这个问题，改变了堵塞器的外形，去掉变径部分，减少了沉砂段( 见图 4)，从而有效减小了打捞时的卡阻。在部分区块，配水堵塞器存在结垢较为严重的现象，为解决这个问题，采用
9、新型特氟龙材料对堵塞器表面进行涂镀，有效的防止了结垢。并根据聚四氟盘根具有耐高温、承压指标较高、溶胀小和自润滑的优点，利用“V”型设计的自封性，即在盘根与工作筒之间为间隙配合时一定压差下也能达到密封的特点，对部分结垢、出砂严重的井采用特氟龙涂镀加“V”型盘根的堵塞器，有效减小了打捞负荷。图 3 配水堵塞器改进前改进后图 4188图5 涡街流量计原理示意图旋涡发生体3.2 改进测试仪器，提高测试仪器稳定性，适应现场要求。3.2.1 单独设计了流量计电池筒，将电池与线路隔开，避免了撞击导致的仪器断电现象，提高了数据读取成功率。3.2.2 对于水质不好的井，各种分层注水工艺存在的一个通病就是浮子式流
10、量计经常发生杂质、细砂卡浮子的情况，无法取得流量资料，有一定的局限性。针对这个情况研制了涡街式流量计。它的原理如图 5 所示：通过在流体中设置旋涡发生体，可以在旋涡发生体两侧交替地产生有规则的涡街，这种涡街的数量与流体的流量具有线性的关系，采集水流经流量计时的涡街频率即可测试流量。涡街流量计由于没有了弹簧、浮子等活动件，所以不怕砂卡。现在已经在大庆油田和外油田共应用了 500 多井次，测试成功率达到了 97%以上。4 现场应用情况同心集成细分注水技术目前已经在大庆、新疆克拉玛依、青海、辽河、大港等油田应用 320多口井，取得了良好的效果。4.1 技术进步带来效率提高在该技术应用最多的大庆油田采
11、油一厂七矿测试队推广初期半年共进行了 45 井次的流量测试调配，平均单井调配时间为 3 天。经过技术改进后，目前该矿 83 口同心集成分注井的调配任务均由矿测试队完成，单井测试时间平均为 1.5 天。4.2 对注水井“反吐”现象的认识由于油层的非均质性，特别是在注水开发中，存在异常高压层，在进行流量调配时，当井口注入压力低于异常高压层的压力时，不但注不进水，而且地层水反而会流入井筒，形成反吐，影响流量调配。其它分注工艺技术采用的测试方法和测试仪器测不到这种现象，必须进行分层测压189时才能发现，且这类注水井难以获取合格的流量测试资料。而同心集成分注工艺技术采用涡街流量计，涡街流量计有稳定的逆向
12、流特性，且采用该工艺各层段的流量同时测得，相加后通过与井口流量对比，就能够定性判断是否存在异常高压层段。涡街流量计正向流标定曲线如图 1 所示，各流量台阶比较平稳，正向流测试频率和实际流量的关系曲线如图 7 所示，曲线具有很好的线性。逆向流标定曲线如图 3 所示，各流量台阶波动较大，逆向流测试频率和实际流量的关系曲线如图9 所示，曲线比较平直，说明流量计对逆向流的反应也基本是线性的。在杏 8-丁 2-150 井进行同心集成注水井测试时发现，第一层的测试曲线异常（图 10） ，当压力下降到 11.7MPa 以下时，流量曲线产生较大的波动，属于非正常数据，压力下降到 11.1MPa 时，流量反而上
13、升，分析认为该地层出现反吐现象。同井、相同测试条件下曲线正常状态如图 11，其流量大小和压力高低的变化趋势是一致的。对曲线在 11.7MPa 和 11.1MPa 处的异常作以下分析：11.7MPa 和 11.1MPa 时地面总注入量分别为 100.8m3/d 和 92.16m3/d，如果将第一层的流量认为是注入流量，则计算 11.7MPa和 11.1MPa 时各层流量为 120m3/d 和 118m3/d。此时计算值都明显高于总注入量，如果将第一层流量认为是反吐流量，则计算 11.7MPa 和 11.1MPa 时各层流量为 100m3/d 和 90m3/d，此时计算值与地面总流量吻合的比较好。
14、进一步证明了第一层在 11.7MPa 以下时，地层出现了反吐现象。这个现象说明在油田开发后期层间矛盾日益加剧，而以往的调配工艺无法测到这一现象。一般是对部分井采用分层测压来发现异常高压层，选井比较盲目，漏掉了很多异常层，而且周期较6m3/d 61m3/d 91m3/d 109m3/d 图 6 正向流标定曲线 图 7 正向流测试频率和实际流量的关系曲线 4.9m3/d 15.5m3/d 25.3m3/d 37m3/d 56.4m3/d 图 8 逆向流标定曲线图 9 逆向流测试频率和实际流量的关系曲线190长，每口井一般需要一周以上，成本也大幅增加。利用同心集成式分层注水技术的同步流量测试，而且可
15、测逆向流这一特点，对于及时调整配注方案、治理异常高压层具有重要意义。5 结 论5.1 同心集成细分注水技术通过不断完善，目前该工艺可实现分层流量、分层压力的同步测试，消除了层间干扰，能够有效提高测试调配效率。5.2 该技术目前已经有效的减小了配水堵塞器的打捞负荷，在注水水质较好，出砂不严重的注水井中大规模应用该项技术，既可以减轻工人的劳动强度，又可以大幅度的提高调配效率和测试资料的合格率。12.7MPa 1.7MPa 1.MPa 12.4MPa 12.6MPa 图 10 杏 8-丁 2-150 井第一层的测试曲线图12.7MPa 1.7MPa 1.MPa 12.4Pa 12.6MPa 图 11 杏 8-丁 2-150 井测试曲线图
