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1、分层注水工艺技术一、分层注水工艺的发展历程随着地质研究的进步和开发水平的提高，对注水工艺的要求也在逐渐提 高，为适应油田发展的需要，注水工艺发展过程经历了四个阶段，即笼统注 水、同心注水、偏心注水、集成式注水。开发初期油田注水采取笼统注入方式，保持了地层压力，油井自喷能力旺 盛。但由于多油层非均质性产生的层间、层内、平面三大矛盾，出现了主力油 层”单层突进，过早见水的现象，因此，油田提出了分层注水的技术要求.六十年代初期，经过1018次试验，大庆油田首先研制成功了 475-8水力扩 张式封隔器和7454固定式分层配水器，随后研究完善了与固定式分层配水 技术相配套的不压井作业、验窜、验封、分层测
2、试技术，通过101444分 层配水会战，形成一套7454固定式分层注水配套技术。推广应用后，对缓 解层间矛盾效果十分显著。但在应用中调配水量比较困难，必须经过作业施 工，因此，又研制成功了 655同心活动式分层配水器，该配水器可通过投捞调 换水嘴来调整层段注水量，但无法进行分层测试.七十年代，油田开发规模不断增大，注水井数不断增加，同时，油田含水也 逐年增高，作业施工工作量难以满足水井调配水量的需要。为简化分层配水 工艺，提高分层注水合格率，72年5月大庆油田研制出了 665-2偏心式分层 注水技术，该技术不但可以通过投捞调配层段注水量，而且很好地解决了封隔 器验封和压力、流量测试等工艺，使注
3、水井分层注水技术达到了比较完善的 程度。同时，封隔器也由水力扩张式发展到水力压缩式有效地延长了配水管 柱的使用寿命。偏心式分层配水技术在大庆油田得到大面积应用，在油田开发中发挥了重要作用.八十年代，油田进入中高含水期，由于长期注水，套损井数逐年增加，大 庆油田又形成了一套小直径分层注水技术。九十年代，油田开发进入高含水期，为适应油田细分注水的要求，又研究 了”两小一防细分注水技术、测调集成式细分注水技术”和”偏心集成细 分注水技术”，使分层注水技术又达到了一个新水平。同时推广应用注水井 化学调剖技术，为注水井机械细分提供了有力的补充手段，特别是，为进一步 地解决小通径套变注水井分层注水问题提供
4、了新的有效途径；为了保证分层 注水质量，发展完善了注水井验封技术。目前全油田共有分层注水井1万多口，主要采用的是偏心式注水工艺.二、偏心式分层注水技术偏心式分层注水技术自70年代问世以来一直沿用至今，目前仍是大庆油 田细分注水主导技术。偏心式分层注水常用管柱：（1）4758型封隔器及665型偏心配水器组成的配水管柱665型配水器与4758型封隔器等配套，组成水井注水工艺管柱进行分层 注水。4758型封隔器在注水时，以油管内外由水嘴控制的0.7-1MPa的压差 使封隔器胶筒扩张，实现密封。665型偏心配水器由偏心配水器工作筒和堵塞 器组成。工作筒主体上有一直径为20mm的偏孔用来坐入堵塞器（即活
5、动心 子），偏孔外壁有12mm的出液孔.主体中心是一直径为46mm的通道（作投捞 工具、井下仪表的通道及测试位置）。导向槽对准扶正体偏槽和20mm的偏 孔以便为投捞器导向。堵塞器正常工作时将工作筒偏孔的出液孔上下隔开，通过水嘴控制水量。水嘴主要为陶瓷材质。分层配水理论依据分层配水，是指在同一口注水井中，利用封隔器将多油层分隔为若干个层 段，在加强中、低渗透率油层注水的同时，通过调整井下配水堵塞器水嘴的节 流损失，降低注水压差，对高渗透率油层进行控制注水,以此来调节不同渗透 率油层吸水量的差异。配水原理可由以下公式表述：Q =kXp 配p配=p井口+p水柱一p管损一p嘴损一p启动其中：Q配分层配
6、注量,m3/dK地层吸水指数，m3/d。MPap井口井口注水压力，MPap水柱井筒静水柱压力，MPap管损注入水在油管中流动阻力损失，MPap嘴损配水堵塞器水嘴压力损失,MPap启动地层开始吸水时井底压力，MPa。通过上面公式可知，当p井口、p水柱和p启动不变时,Q配只与p嘴损 有关。在用的配水堵塞器水嘴过水量遵循“流体力学的固定水嘴的嘴损理论 即固定水嘴前后的压差APC嘴损）与通过水嘴的流量Q存在如下关系：式中：A : 孔口面积m2AP：孔口前后压差MPaP：流体密度kg/m3由此可知分层注水井各层段实现不同水量分层注入，是通过各层选用不 同直径的堵塞器水嘴，进以改变井底注水压力完成的。选配
7、水嘴一般步骤如下：1、根据各配注层相对吸水剖面百分数和全井指示曲线,做出分层指示曲线。2、在分层指示曲线上查出各层段配注量所注水压力。3、根据全井配注和油管长度计算出管损。4、确定井口注水压力.5、求出水嘴压力损失：嘴损=井口压力一层段注水压力一管损6、根据分层配注量和嘴损，在“嘴损与配注量关系曲线）上，查出所需水嘴直径。试配后，应用流量计在设计注水压力下进行各层流量测试，即进行检配，以 检查试配是否合格.如某些层段注水量不合格，则需重新进行水嘴的调整，水 嘴的调整依据下公式：其中m层段性质常数，当加强层时为1.1；限制层为0。9。（2）压缩式可洗井封隔器配注管柱此种管柱与上例不同之处在于封隔
8、器。压缩式可洗井封隔器主要用于注水 井细分注水实现反洗井，与配水器、洗井底部阀及尾管（筛管）配套组成分层 配水管柱下入井后，靠尾管支撑在人工井底。坐封封隔器时，井口加液压，液 压推动活塞压缩胶筒紧贴套管内壁而封隔油层，当液压解除后，由于卡簧的 作用活塞仍保持自锁。反洗井时，在洗井压差的作用下打开各级封隔器的滑套 而使洗井通道畅通，洗井后,在注水压差的作用下各级封隔器洗井滑套关闭。 起管柱时，上提管柱，封隔器胶筒受到上提力，与套管产生摩擦力，作用在 解封销钉上，遇套管接箍时摩擦力加大剪断解封销钉，使受压胶筒恢复原状 达到解封的目的。（3）分层测试工艺：分层配水管柱下井后，首先检验封隔器工作状态即
9、验封，确认封隔器正常 后，再进行分层段流量和压力测试.1）封隔器验封有三种方式：单支压力计验封、双压力计验封、直接验封.双压力计验封在测试密封段上下端各装一支压力计，上端压力计接受的 是井口操作，开一关一开压力变化信号，下端压力计接受的是两级封隔器之 间油层压力变化信号。若封隔器密封，上压力计记录的是凸曲线（开一关一开 信号），下压力计记录的是一条直线.若不密封，下压力计记录的也是凸线，两 条曲线所记录的压力值完全一样，其比值为1.若比值小于1，则表明封隔器 密封程度（或油层内部串通程度或水泥环胶结程度）。直接验封是用电缆将压力计和测试堵塞器投入偏心配水器工作筒内，堵 塞器使压力计传压孔直接对
10、准油层，压力计把油层的压力降信号传到地面， 观察封隔器密封状态，若封隔器密封，则压力曲线是一条压降恢复曲线;若不 密封，其压力曲线是一个开一关一开的凸形线。2）分层流量测试普通偏心配水器测试测试原理：分层注入量使用的仪器为106型浮子式流 量计（目前为电子流量计），与它测试密封段配套使用，当测试密封段定位于 工作筒后，液体流经浮子与锥管的环形空隙时，便产生节流损失。浮子上下出 现压力差，压力差作用在浮子上，使弹簧拉伸。当流量稳定时，液体作用在 浮子的力与弹簧拉力相平衡，使浮子稳定在某一位置。当流量变化，上述两 力又在新基础上平衡，浮子又稳定在新的位置上。通过记录浮子位移，实现 流量的测定.3）
11、偏心配水工艺技术的不足：堵塞器掉、卡、投捞不着占作业井的10%左右；流量测试采用的是递减法， 测试资料误差大；测试工人劳动强度大，测调周期长；封隔器卡距较大，不 利于细分。三、分层注水、注聚新技术1、同心集成式细分注水工艺用 途:用于ei39mm套管24层段分层注入井.结构原理：同心集成式细分注水工艺管柱主要由Y341-114封隔器、配水器、负压洗井器、 球座等组成。其原理是封隔器将全井分成几个层 段,配水器位于相应的封隔器中，一级配水器可 同时配注两个层段。采用小直径电子储存浮子式流量计进行分层流量测试，采用电子储存式压力计进行验封和分层压力测试， 同时，还可获得井温资料。（1）管柱结构和工
12、作原理该注水管柱由分层封隔器、配水封隔器、配水器（堵塞器）、中间球座及 死堵等组成，上部的封隔器起保护套管作用，其余封隔器起分隔注水层段的作 用，配水封隔器与相对应的配水器配套使用，实现分层配水。技术原理是利用封隔器将全井分为几个层段，配水器位于相应的配水封隔 器中，1个集成式配水器可同时对2个层段进行分层注水.管柱主要由可洗井封隔器、内径为55和52可洗井配水封隔器、两 级配水器等组成.最上一级60封隔器起套管保护作用，第二级55配水封 隔器的中心管作为55配水器的工作筒，封隔器胶筒上下分别有注水通道与 地层连通，中心管下面有定位台阶，配水器投入封隔器中心管内，两个内装 有水嘴的注水通道正好
13、与封隔器的注水通道相对应，实现一级堵塞器配注两 层。同样52配水封隔器也实现一级配注两层,全井只需两级配水器就可实 现4个层段的配注。（2）适用条件和测试参数该技术适用于不结垢的直井、定向井、斜直井的分层注水，要求最 小卡距不小于20m，最小夹层厚度不小于10m（保证验窜不窜），对于140mm 套管井，可实现26个层段细分注水。目前注水井测试的主要参数是封隔器 验封、分层压力、分层注入量及同位素吸水剖面测试。特点：一级配水器可以配注两个层段，提高测调效率；实现生产工况下同步测试，避免层间干扰，测试精度高；(3) 工艺改进和配套技术完善2003年对同心集成管柱工艺及配套技术做了 如下改进：一是针
14、对原同心集成式注水管柱暴露的测试 卡阻问题，2003年5月试验使用了上定位同径配水 堵塞器，有望解决堵塞器打捞难度大的问题.二是针对流量测试仪器工作不稳定和同位素 吸水剖面测试困难的问题，应用小直径涡街式流量 计和使用外径为巾20mm同位素测试伽玛仪进行现 场试验，单井测试调配时间平均约为1.5天。测试 成功率为92。6%.2、桥式偏心分层注水技术原理:桥式偏心测试技术是在常规偏心技术上发展的，其主要原理是通过偏心工作筒上的桥式结构设计和测试油层 主通道过孔结构设计，实现了注水井实际工况下的单层IMi-流量测试和压力测试.桥式通F式通道分层流量测试中心孔偏心孔技术特点:1.实现单层流量直接测试
15、，提高了资料的准确性.2。不投捞堵塞器测试压力，资料直接准确，减少了工序，提高了效率。3.对密封段的要求较高。3、聚驱单管同心2-3层分注工艺该工艺实现了在井口同一注入压力下，既对中、低渗透层加强注聚，又在利 用井下配注器产生节流损失，降低高渗透层的注入压力，限制注入量从而达 到了分层配注的要求。实现了在20-150 m3/d流量范围内，节流损失可达到 2.5MPa;同时对聚合物溶液的粘度损失率小于5%的现场使用要求。该管柱主要由封隔器、双配注器等井下工具组成。在井口同一压力下实 现单管双层分注.管柱结构简单，可以通过配注器控制高渗透层的注入量，加 强中、低渗透层的注入量.其中巾58mm、巾56mm和巾54mm的配注器都有配套 使用的节流芯。环型降压槽结构配注器工作原理是:配注芯坐入井下工作筒后与其内表面形成环形空间过流通道，在过 流面积一定的情况下，节流压差与配注芯长度成正比。通过调节配注芯长度 来改变注入压力，调节注入量，达到分层配注的目的.环型降压槽结构聚合 物单管分注管柱具有过流面积大，不易被聚合物团块堵塞测试调配方便的优 点，适合于3层以内（最佳分注层数是两层）的聚
