埕岛油田分层注水工艺

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1、第 1 页 埕岛油田分层注水工艺及其研究发展方向王 辉 周思宏（海洋石油开发公司）摘要：埕岛油田自开发初期就已经进行了注水方案的设计。1998 年开始在海上实施油井转注作业，到目前为止，为适应海上注水井的特点，已经先后采用了 2 种分层注水工艺管柱，在现场应用过程中，我们发现这 2 种工艺管柱仍存在着一些问题，难以满足埕岛油田分层注水的需要。因此，研究、开发新型适应埕岛油田分层注水要求的分层注水工艺成为油田注水开发的迫切需要，本文对埕岛油田目前的分层注水工艺现状及其存在的问题进行了总结，对目前制约海上注水井分层注水工艺的因素进行了分析，并对正在着手研究的新型分层注水工艺管柱及防砂工艺进行了介绍

2、，提出了今后的研究和发展方向。主题词：浅海油田 分层注水 注水工艺 分层防砂一、埕岛油田分层注水工艺现状海上注水工作是埕岛油田保证高产稳产的重要措施之一，埕岛油田自开发初期就进行了注水方案的设计。1998 年开始在海上实施油井转注作业，当年共完成注水井作业 4口，全部采用了采油院机采所分层防砂工艺及同心双管分二层注水工艺。1999 年经过进一步的优选和研究，又开发出了与分层防砂工艺相配套的活动式空心单管分层注水工艺管柱。由于当年没有油井转注工作，因此该工艺于 2000 年才开始在海上正式应用。截止2002 年 8 月底，埕岛油田共有 16 口注水井采用了分层注水工艺。从现场使用情况看，目前的分

3、层注水工艺还不能完全满足海上注水井的需要，还有很多问题需要解决。下面对埕岛油田的分层注水工艺现状及其存在的问题加以总结。 1、分层防砂工艺目前海上分层注水井采用的防砂管柱均为分层防砂工艺管柱（见图 1）以满足分层注水、分层防砂的工艺要求。该管柱主要由 Y445 丢手封隔器、ZF 注水阀、HY 金属毡防砂管、Y341FS 封隔器、AJ 安全接头、Y441 封隔器等工具组成。该管柱实现了注水井分层防砂、座封、丢手一次完成，管柱设有单向注水阀，安全接头，采用了 Ni-P 镀防腐工第 2 页 艺。具有安全保护、防止地层反吐出砂，便于后期作业，不动防砂管柱作业时不用压井及可有效延长管柱寿命的优点。但是这

4、种防砂管柱的最小内径仅为 62mm，限制了注水管柱的分层工艺。因此这种防砂工艺管柱还不能很好的满足目前海上注水的要求。2、同心双管注水工艺管柱该管柱（见图 2）适用于分注两层的井，在井口采用双四通。管柱主要由水力锚、扶正器和 Y341 可洗井封隔器、皮碗封隔器、注水内管及注水外管等组成。注入水由内管注下层，由内外管环空注上层。该管柱的分层注水量及注水压力均在井口控制，注水量分层测试及调配可在地面进行，后期管理较方便。但是，这种注水工艺管柱有许多不适合海上生产的地方。主要表现在以下几个方面：这种注水工艺管柱不能反洗注水内管，管柱上无安全阀等快速关断装置，难以满足海上油田开发的环保和安全要求。作业

5、时，两层油管分两次下井，不但使用油管较多，施工周期也比较长。内外管之间皮碗封并不可靠，通过对原有的 4 口（目前为 3 口）双管注水井进行地层压力降落测试，我们发现 4 口井均在不同程度上存在着 PW-58 皮碗封密封不合格导致上下层间窜槽的现象。无法对这类井进行吸水剖面测试，加上皮碗封隔器的串封，无法了解到各层的实际吸水量。虽然同心双管工艺管柱的后期管理较为简单，但目前由于这种注水管柱仍存在着许多缺点，还不能满足海上注水井的各项要求。3、单管分层注水工艺管柱该管柱（见图 3）主要由皮碗封隔器（分 3 层时） 、HFZ 配水器、水力锚、补偿器、安全阀、洗井阀、扶正器和 Y341 可洗井封隔器等

6、工具组成。注入水自井口经油管进入配水器，在配水器中进行分层。分 3 层时，从配水器芯子上水嘴出来的水经 ZF-152 注水阀和滤砂管注上层，从配水器芯子中间水嘴出来的水经 ZF-132 注水阀和中间层滤砂管注中间层，从配水器芯子下水嘴出来的水经下面的 ZF-132 注水阀和下层滤砂管注下层。该管柱采用液力投捞为主、钢丝投捞为辅的调配、测试方式，最多能够分注三层，作业用料第 3 页 少，管柱一次下井即可完井，施工周期较短；管柱上具有安全阀和环空封隔器，能够快速关井，满足海上油田开发的环保和安全要求；能够反洗井，可清洗油层以上管柱，并可为液力投捞提供动力。但是，目前这种工艺管柱仍不能满足海上注水井

7、的需要。主要表现在以下几个方面。反洗井时不能洗到油层部位，使油层部位容易产生杂质沉积，堵塞地层，致使地层不吸水。投捞测试工具的质量问题难以保证，易出现皮碗撕裂、水嘴与芯子脱离及配水芯子上的密封胶圈脱落等问题。在正常注水过程中，密封可靠性难以保证。井下封隔器作为分层注水的必要工具，它在井下的密封状态直接决定着分层注水的质量。但目前无法对其进行严封。投捞测试成功率低，容易出现的故障较多，如：工具容易在井下被卡、涡轮流量计质量较差、测量范围较小等。经多次改进，成功率由 2001 年 8 月前的 50%提高到77.8%。4、防腐工艺目前海上注水井采用的防腐工艺主要有 3 种，SK-54 防腐工艺、Ni

8、-P 镀防腐工艺及渗氮防腐工艺。SK-54 防腐工艺是早期应用的注水井油管防腐工艺，该工艺采用美国产 SK-54 防腐涂料，运用热涂敷技术涂于打磨过的油管表面，起到隔断油管本体与外界接触的作用，从而达到保护油管不受外界腐蚀的目的。这种防腐工艺价格较高，涂层具有一定的附着力和防腐效果。但其质地较脆，不抗撞击，易被成块剥落，易造成井下事故，例如 2001年的 CB6B-3 井在作业过程中就出现了防腐层脱落后卡在打压球座上，导致封隔器坐封失败的事故。自 2002 年起，已停止使用该防腐工艺。Ni-P 镀防腐工艺目前主要应用于井下注水工具（如防砂管、注水阀、配水器、封隔器等）的防腐。它是应用电化学的原

9、理，利用合适的还原剂使溶液中的 Ni2+和 H2PO2-有选择性的在经催化剂活化的油管表面上还原析出金属镀层的一种处理方法。这种防腐工艺加工费用相对较低，具有镀层均匀、结合力强等优点，在运输过程和下井过程中镀层不易被损坏，能起到较好的防腐效果。但其抗撞击的强度比较低，容易在下井过程中遭到第 4 页 破坏。例如注水芯子在经过液力投捞施工后，存在防腐层被损坏的现象。目前正在采用的注水井油管防腐工艺为渗氮防腐。 “抗蚀氮化油管”的主要特点有：防腐处理后的油管机械性能指标不低于同规格油管的 API 规定标准。渗氮处理后，油管的内、外径基本不发生变化，有利于投捞测试的成功。有效期不小于 3 年，价格较低

10、。目前该防腐油管的应用效果比较好。二、制约埕岛油田分层注水工艺的客观困难及解决办法1、平台空间狭小，海上运输不方便。由于海上采油平台大部分都是简单的卫星采油平台，平台主要由井口平台、计量平台和配电间组成，各部分结构非常紧凑，剩余空间狭小，多数平台无法放置钢丝绞车。再加上海上运输很不方便，钢丝绞车上平台需借助船载吊机来完成，费用很高。因此海上注水井实施钢丝投捞作业较困难，只能选择其它的调配或测试方式。主要的解决办法是：目前研 制 出 了 适 合 海 上 平 台 测 试 条 件 的 撬 装 式 测 井 绞 车 和 VCT-2000BXS 便携式地面测井系统。撬装式测井绞车具有体积小，易于操作的特点

11、。准备在每个井组平台配备一台，这样不仅避免频繁动用浮吊，提高了工作效率，而且还可以开展电缆投捞、压力试井等方面的施工。2、主力油层出砂严重，注水井必须进行防砂，造成了分层工艺复杂化。由于海上油田的主力层系（馆陶组）出砂较为严重，因此海上注水井必须进行防砂。但由于目前油井的套管内径均为 7in，在采用了技术成熟的机械防砂方式后使得内径进一步缩小（仅为 62mm） ，限制了注水管柱的分层工艺。主要的解决办法是：研制和开发大通径的分层防砂工艺技术，目前我们已经准备了3 中新的防砂方式来解决这个问题。一是引进了 4 口井的膨胀筛管防砂工艺，二是试用采油院浅海所的大通径金属毡滤砂管，三是采用自行研制的“

12、NS”网络覆膜砂防砂工艺。3、注入水水制难以保证，容易对井下工具或地层造成伤害。由于海上季风及气候影响，海水水质中悬浮物含量波动很大，致使处理后的海水水质不达标的情况时有发生，特别是在冬季，这种情况更为严重。由于目前的分层注水管柱都不能洗到油层部位，造成油层部位沉积了大量的杂质，影响了分层效果和注水质量。例如：CB22D-1 井就因杂第 5 页 质在注水阀内淤积，造成了上层注不进水。主要的解决办法是：一方面对中心二号海水处理系统进行改造。另一方面，改进注水管柱，使其能够清洗到油层部位。目前我们准备采用的新的注水工艺都要求洗井时能够清洗到油层部位。三、新型防砂工艺及分层注水工艺的研究为了克服目前

13、注水井完井工艺中所存在的各项问题，我们对注水井完井工艺进行了广泛的调研和深入的研究工作，取得了一定的成绩，并确定了新的注水井完井工艺。新的注水井完井工艺对注水井的防砂工艺、注水管柱工艺等都进行了必要的改进。1、采油院的 7in 套管内大通径金属毡分层防砂、二次完井分层注水工艺7in 套管内分层防砂二次完井分层注水工艺技术（图 4） ，是采用大通径的滤砂管和大通径的分层封隔器组合成分层防砂管柱，将该管柱悬挂在油层部位，形成具有高防砂能力、高渗透性的井筒，再在该井筒内下入 5in 封隔器及陆上成熟的钢丝投捞配水器等分层注水工具。该工艺的主要特点为：（1）二次完井后，油层部分井径较大，易实施分层注水

14、、分层测试和调配工艺，可彻底反洗井眼内壁；（2）防砂和注水各成体系，注水检管或采取增注工艺措施时，可只起出注水管柱；（3）防砂管外径大（150mm） ，地层出砂后，充填层薄，注流阻力小；（4）考虑到修井作业需要，防砂管柱上配备了传扭式导向器、反扣式安全接头、伸缩式补偿器等，以便于打捞滤砂管时的作业；（5）测试、调配均采用水力作业，实施工艺简单，适合海上平台条件，费用低。2、引进的膨胀筛管防砂工艺，可配套陆地成熟的 5-1/2in 井眼分层注水工具膨胀筛管防砂（图 5）是一种新型的防砂工艺，它是自砾石充填防砂以来，防砂技术应用领域里的第一次真正的突破。该工艺采用一种具有三层夹层的特殊筛管，经特殊

15、的膨胀工具进行膨胀后，内外割缝管的割缝胀开，而夹层中的层片则产生相对的滑动。膨胀后筛管紧贴井壁，起到支撑井壁和阻挡地层砂的目的。该工艺对各种尺寸的井眼均第 6 页 有较好的适应性，如 4-1/2in 的筛管膨胀后，可适用于 6-1/4in8-3/8in 的井眼。该工艺应用于注水井主要有以下优点： 防砂管柱的内径大，能够进行有效的分层作业。7in 套管中的膨胀筛管膨胀后内径可达 5.02in（127.5mm） ，而我们目前使用的预制滤砂管防砂的最大内径只能达到108mm。 由于膨胀后，筛管紧贴井壁，使地层砂被挡在地层内，能有效防止地层坍塌及砂粒对筛管的冲蚀，因此防砂有效期会更长。 具有特殊的封隔

16、器，可实现分层防砂的目的。3、自行开发的“NS”化学防砂工艺配套南阳油田的大斜度井 7in 井眼分层注水工艺管柱（1）一次下井分层充填“NS”化学防砂工艺主要是采用威德福的一次下井分层充填工具（图 6）分别对井下各防砂层进行网络覆膜砂充填。分层充填工具一次下井，带 2 套封隔器，将下面一级封隔器下到最底下一段预处理油层的底部后，机械坐封丢手，然后上提管柱，使上面一级封隔器位于预处理油层的上部，上提下放使其坐封。此时即可对最底下一段油层进行处理。处理完毕后，上提管柱，解封上面一级封隔器，然后再下放冲洗，捞住下面一级封隔器后再上提解封，并将下面一级封隔器提到第二段预处理油层的底部，同样机械坐封丢手，然后上提管柱使上部封隔器位于第二段预处理油层的上部，上提下放坐封后，可对第二段进行处理。如此重复便可对多段油层进行分别处理。该防砂工艺的特点是： 施工简单，工具一次下井即可完成井内所有井段的分层高压充填。 防砂后，油层井段的井径不变（仍为 7in 套管） ，为下步的分水工具提供了足够的空