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1、分层注水分层注水1 注水工艺按注入通道可分为：注水工艺按注入通道可分为： 油管注水油管注水(正注正注)、 油套环空注水油套环空注水(反注反注) 油套管同时注水油套管同时注水(合注合注)；按是否分层又可分为：按是否分层又可分为： 笼统注水笼统注水 分分层层注注水水：分分层层注注水水是是在在进进行行非非均均质质多多油油层层开开采采中中，为为加加强强中中、低低渗渗透透层层并并控控制制高高渗渗透透层层注注水水，按按配配注注要要求，在注水井中实现分层控制注入的注水方式。求，在注水井中实现分层控制注入的注水方式。2一、一、 分层注水方法分层注水方法1. 分层注水原理分层注水原理 将所射开的各层按油层性质、
2、含油饱和度、压力等相近，层与层相邻的原则，按开发方案要求划分几个注水层段，通常与采油井开采层段对应，采用一定的井下工艺措施，进行分层注水，以达到保持地层压力提高油井产量的目的。 常常规规分分层层注注水水各各层层之之间间应应具具有有相相对对稳稳定定的的隔隔层层，隔隔层层厚厚度度一一般般要要求求在在2 m左左右右。细细分分层层注注水水的的隔隔层层厚厚度度一般可控制在一般可控制在1.2 m以上。以上。3 分层注水工艺主要包括分层注水工具、管柱、配水技分层注水工艺主要包括分层注水工具、管柱、配水技术、测试技术和增注技术。分层注水是通过分层注水术、测试技术和增注技术。分层注水是通过分层注水管柱来实现的。
3、分层注水管柱一般分二类：管柱来实现的。分层注水管柱一般分二类：同心式注同心式注水管柱和偏心式注水管柱。水管柱和偏心式注水管柱。2. 分层注水工艺分层注水工艺活动式活动式(1) 同心式注水管柱同心式注水管柱 扩张式封隔器扩张式封隔器 固定式配水器固定式配水器测试球座测试球座 扩张式封隔器扩张式封隔器空心活动配水器空心活动配水器 循环阀循环阀筛管筛管固定式固定式同心式注水管柱同心式注水管柱45固定式注水管柱固定式注水管柱：管柱技术要求是各级配水器启动：管柱技术要求是各级配水器启动压力必须大于和等于封隔器坐封压力，以保证封隔压力必须大于和等于封隔器坐封压力，以保证封隔器坐封。由于是固定式配水器，所以
4、换水嘴时需要器坐封。由于是固定式配水器，所以换水嘴时需要起管柱。起管柱。活动式注水管柱活动式注水管柱 ：其配水嘴装在配水器芯子上，各：其配水嘴装在配水器芯子上，各级配水器的芯子直径自上而下，从大到小，故应从级配水器的芯子直径自上而下，从大到小，故应从下而上逐级投送，打捞配水器芯子时相反。由于配下而上逐级投送，打捞配水器芯子时相反。由于配水器芯子与管柱轴线同心，为保证每级投送顺利受水器芯子与管柱轴线同心，为保证每级投送顺利受油管内通径限制不可能分级过多，一般为三级，最油管内通径限制不可能分级过多，一般为三级，最多为四级。换水嘴时只需打捞配水器芯子，不需起多为四级。换水嘴时只需打捞配水器芯子，不需
5、起管柱。管柱。 6 偏心配水器由堵塞器和偏心工作筒组成由专用投偏心配水器由堵塞器和偏心工作筒组成由专用投捞器投捞堵塞器捞器投捞堵塞器(其中装有水嘴其中装有水嘴)可调本层位注水量。可调本层位注水量。偏心式注水管柱按其所用封隔器类型又分为可洗井、偏心式注水管柱按其所用封隔器类型又分为可洗井、不可洗井两种管柱。不可洗井两种管柱。 (2) 偏心注水管柱偏心注水管柱配水器芯子堵塞器与油管轴线不同心，故称偏心。配水器芯子堵塞器与油管轴线不同心，故称偏心。7二、二、 分层注水指示曲线及其应用分层注水指示曲线及其应用1. 分层吸水能力研究的基本概念分层吸水能力研究的基本概念(1) 注水指示曲线注水指示曲线 定
6、义：定义：注水指示曲线是表示注水井在稳定流条件下，注入压力与注入量之间的关系曲线。分为分层指示曲线和全井指示曲线。分层注水指示曲线：分层注水指示曲线：表示各分层(小层)段注入压力(指经过井下水嘴后的)与分层注水量之间的关系曲线。89(2) 吸水指数吸水指数 吸吸水水指指数数是是指指单单位位注注水水压压差差下下的的日日注注水水量量，是是反反映映注注水井水井(或油层或油层)吸水能力的指标，其表达式为：吸水能力的指标，其表达式为： 吸吸水水指指数数的的大大小小表表示示地地层层吸吸水水能能力力的的好好坏坏，其其数数值值等等于于注注水水指指示示曲曲线线斜斜率率的的倒倒数数。因因此此，只只要要测测得得注注
7、水水井井指指示示曲线曲线(或分层指示曲线或分层指示曲线)就可得到注水井吸水指数。就可得到注水井吸水指数。10 生生产产中中不不可可能能经经常常关关井井测测注注水水井井地地层层静静压压，因因此此采采用用测测指指示示曲曲线线的的办办法法，取取得得在在不不同同流流压压下下的注水量，求吸水指数，即：的注水量，求吸水指数，即：11(3) 比吸水指数比吸水指数 比比较较不不同同地地层层的的吸吸水水能能力力时时，为为了了消消除除油油层层厚厚度度的的影影响响，常常用用每每米米油油层层有有效效厚厚度度的的吸吸水水指指数数即即比比吸吸水水指指数数来表示来表示12 用吸水指数进行动态分析时，需要对注水井测用吸水指数
8、进行动态分析时，需要对注水井测试取得流压资料之后进行。日常动态分析中，为及试取得流压资料之后进行。日常动态分析中，为及时掌握注水井地层吸水能力变化，常用日注水量与时掌握注水井地层吸水能力变化，常用日注水量与井口注水压力之比所求得的视吸水指数对比吸水能井口注水压力之比所求得的视吸水指数对比吸水能力。力。 在笼统注水情况下，若用油管注水，在笼统注水情况下，若用油管注水， 则式中则式中 取套管压力；若采用套管环空注水，则取套管压力；若采用套管环空注水，则 取油管取油管压力，以消除管柱摩阻影响。压力，以消除管柱摩阻影响。(4) 视吸水指数视吸水指数13(5) 相对吸水量相对吸水量 相相对对吸吸水水量量
9、是是指指在在同同一一注注入入压压力力下下，某某分分层层吸吸水水量量占占全全井井吸吸水水量量的的百百分分数数，是是用用来来衡衡量量各各分分层层相相对吸水能力的指标。对吸水能力的指标。 用用途途：有有了了各各分分层层的的相相对对吸吸水水量量，就就可可由由全全井井指指示示曲线绘制出各分层指示曲线，不必分层测试。曲线绘制出各分层指示曲线，不必分层测试。14 测吸水剖面就是在一定的注入压力下测定沿井筒测吸水剖面就是在一定的注入压力下测定沿井筒各射开层段吸收注入量的多少（既分层吸水量）。有各射开层段吸收注入量的多少（既分层吸水量）。有放射性同位素测法和投球测试法。放射性同位素测法和投球测试法。152. 分
10、层指示曲线的压力校正分层指示曲线的压力校正 在在实实际际生生产产中中由由于于注注入入水水通通过过油油管管、水水嘴嘴和和打打开开节节流流器器阀阀时时产产生生压压力力损损失失，因因此此在在同同一一井井口口压压力力下下各各层层段段真真正正有有效效的的注注水水压压力力并并不不不不同同，因因此此需需要要进进行行层层段段注注水水压压力力校校正正，以以消消除井下注水管柱结构的影响。除井下注水管柱结构的影响。有效注入压力表示为：有效注入压力表示为：有效注入压力 实测井口注入压力 静水柱压力过油管的摩擦压力损失 注入水通过配水嘴的压力损失 注入水打开配水器阀的压力损失 163. 典典型型注注水水指指示示曲曲线线
11、17(1) 正常指示曲线正常指示曲线正常指示曲线分为直线递增式、上翘式和折线式。正常指示曲线分为直线递增式、上翘式和折线式。 1）直线递增式指示曲线如图12-8中所示。它反映了地层吸水量与注入压力成正比，在直图12-8 典型的注水指示曲线。 线线上上任任取取两两点点可可求求出出吸吸水水指指数数。当当用用指指示示曲曲线线求求吸吸水水指指数数时时，应应当当用用有有效效注注入入压压力力绘绘制制的的曲曲线线。Iw=(Q2-Q1)/(P2-P1) 182) 上上翘翘式式曲曲线线如如图图12-8中中所所示示。这这种种上上翘翘式式曲曲线线除除与与设设备备仪仪表表有有关关外外，还还与与油油层层性性质质有有关关
12、。如如在在断断层层蔽蔽挡挡或或连连通通较较差差的的“死死胡胡同同”油油层层中中，注注入入水水不不易易扩扩散散，油油层层压压力力升升高高，注注入入水水受受到到的的阻阻力力越越来来越越大大，造造成成曲曲线上翘。线上翘。3) 折折线线式式指指示示曲曲线线如如图图12-8中中所所示示。压压力力较较低低时时随随压压力力增增加加注注入入量量增增加加，而而压压力力较较高高时时，随随压压力力增增加加曲曲线线偏偏向向注注入入量量轴轴，说说明明低低渗渗油油层层部部位位随随压压力力增增大大由由不不吸吸水水转转为为吸吸水水；或或有有新新的的油油层层在在较较高高压压力力下下开开始始吸吸水水；或因较高压力下地层产生微小裂
13、缝使吸水量突然增大。或因较高压力下地层产生微小裂缝使吸水量突然增大。19(2) 不正常指示曲线不正常指示曲线 不正常指示曲线有下述几种情况：不正常指示曲线有下述几种情况：1) 垂垂直直式式指指示示曲曲线线如如图图12-8中中的的曲曲线线所所示示，注注水水压压力力增增加加，注注水水量量不不增增。产产生生此此种种指指示示曲曲线线可可能能是是设设备备发发生生故故障障(如如井井下下水水嘴嘴堵堵塞塞、流流量量计计失失灵灵)或或是是油油层层渗渗透透性极差所造成的。性极差所造成的。2) 直直线线递递减减式式指指示示曲曲线线如如图图12-8中中的的曲曲线线，说说明明设设备备或仪表有问题，曲线不能用。或仪表有问
14、题，曲线不能用。3) 曲曲拐拐式式指指示示曲曲线线如如图图12-8中中的的曲曲线线，主主要要反反映映设设备、仪表有问题，曲线不能用。备、仪表有问题，曲线不能用。4) 嘴嘴后后有有汽汽穴穴。图图12-8中中的的曲曲线线是是注注水水量量很很大大时时，通通过过水水嘴嘴的的液液流流速速度度过过高高，水水嘴嘴喉喉部部可可能能产产生生汽汽穴穴现现象，这一特性可运用到液流的流量自动控制上。象，这一特性可运用到液流的流量自动控制上。20 4. 分层指示曲线的应用分层指示曲线的应用 因因正正确确的的指指示示曲曲线线变变化化反反映映了了地地层层吸吸水水能能力力或或井井下下工工具具工工作作状状态态的的变变化化，因因
15、此此可可用用来来判判断断地地层层吸吸水水能能力力的变化与井下工具的工作状况。的变化与井下工具的工作状况。（1）指示曲线右移，）指示曲线右移，斜率变小斜率变小在相同注入压力下，在相同注入压力下，注入量增加。注入量增加。主要原因有：主要原因有：211) 地层吸水能力增强。地层吸水能力增强。如实施洗井或酸化、压裂等作业。如实施洗井或酸化、压裂等作业。2) 井井下下配配水水嘴嘴脱脱落落。分分层层(段段)注注水水失失去去控控制制，指指示示曲曲线线明明显显偏偏向向注注水水量量轴轴，至至使使全全井井指指示示曲曲线线突突然然向向右右偏偏移移，且且斜斜率率变变小小。通通常常可可根根据据井井下下水水嘴嘴性性能能(
16、是是否否易易脱脱落落)及及分分层层测测试资料验证，即可发现。试资料验证，即可发现。3) 水水嘴嘴刺刺大大。由由于于长长期期注注水水或或水水中中可可能能含含有有砂砂及及其其它它固固体体微微粒粒，将将水水嘴嘴刺刺大大，某某分分层层配配水水失失控控，亦亦可可出出现现指指示示曲曲线线向向右右偏偏移移，且且斜斜率率变变小小。每每测测一一次次曲曲线线逐逐渐渐向向注注水水量量轴轴偏偏移移，与与水水嘴嘴脱脱落落不不同同之之处处在在于于其其变变化化不不是是突突然然的的，实实际际中中可通过分层测试曲线对比分析。可通过分层测试曲线对比分析。4) 底底部部阀阀不不密密封封。造造成成注注入入水水自自油油管管末末端端进进
17、入入油油套套环环形形空空间间，使使油油套套压压基基本本平平衡衡(或或相相等等)，封封隔隔器器不不密密封封，控控制制注注水水量量段段失失控控，分分层层注注水水量量大大大大小小于于全全井井注注水水量量，可可用用分分层层测试或洗井后测试来确定。测试或洗井后测试来确定。22(2) 指示曲线左移，斜率变大指示曲线左移，斜率变大 图图12-9中中虚虚线线，在在相相同同注注入入压压力力下下，注注入入量量下下降降，其其原因可能为：原因可能为：1) 井井下下有有污污染染，地地层层有有堵堵塞塞。因因注注入入水水不不合合格格或或滤滤器器失失效效使使井井底底污污染染，地地层层堵堵塞塞，地地层层吸吸水水能能力力下下降降
18、，使使指指示示曲曲线线左左移移，斜斜率率变变大大；相相同同注注水水压压力力下下注注水水量量由由下下降降到到，而而要要达达到到原原注注水水量量需需提提高高注注水水压压力力到到。处处理理方方法法：洗洗井井或酸化解堵。或酸化解堵。2) 水水嘴嘴堵堵塞塞。因因注注入入水水不不合合格格或或井井下下结结垢垢、腐腐蚀蚀等等产产物物堵堵塞塞水水嘴嘴，使使有有效效注注入入压压力力降降低低，没没达达到到设设计计注注水水量量，有有与与图图12-9虚虚线线相相似似的的曲曲线线。水水嘴嘴堵堵塞塞的的层层位位可可从从分分层层测测试试资资料料看看出出。从从经经验验上上看看水水嘴嘴堵堵塞塞比比油油层层污污染染要要快快些些(从
19、两次测试曲线的时间上看从两次测试曲线的时间上看)，有时二者兼有。，有时二者兼有。23(3) 指示曲线平行上移或下移指示曲线平行上移或下移上移：地层压力上升上移：地层压力上升下移：地层压力下降下移：地层压力下降（4）判断封隔器的密封性）判断封隔器的密封性可用指示曲线的变化来判可用指示曲线的变化来判断其密封性。封隔器失效断其密封性。封隔器失效主要是因主要是因胶筒变形或破裂胶筒变形或破裂无法密封，或由于配水器无法密封，或由于配水器弹簧失灵及管柱底部阀不弹簧失灵及管柱底部阀不严造成封隔胶筒密封失效。严造成封隔胶筒密封失效。 24封隔器失效的主要表现：油套压平衡，分层配注失效，注封隔器失效的主要表现：油
20、套压平衡，分层配注失效，注水量上升；注水压力不变水量上升；注水压力不变(或下降或下降)，而注入量上升，而注入量上升(封隔器封隔器失效后上下层串通，使吸水量高的控制层段注水量增加失效后上下层串通，使吸水量高的控制层段注水量增加)。例如：例如：第一级封隔器失效时，正注井中油、套压平衡，第一级封隔器失效时，正注井中油、套压平衡，或注水量突然增加，油压相应下降，套压上升；合注井油、或注水量突然增加，油压相应下降，套压上升；合注井油、套压平衡，改正注后，套压随油压变化而变化。套压平衡，改正注后，套压随油压变化而变化。 三、三、 分层配水嘴的选择与调配分层配水嘴的选择与调配 水嘴直径、通过水嘴的配水量及水
21、嘴直径、通过水嘴的配水量及节流压力损失三者之间的关系曲节流压力损失三者之间的关系曲线，称为线，称为嘴损曲线嘴损曲线，如图，如图12-11所所示。嘴损曲线常通过室内模拟试示。嘴损曲线常通过室内模拟试验确定。验确定。25分分层层配配水水的的实实质质是是在在井井口口压压力力相相同同的的情情况况下下，利利用用不不同同水水嘴嘴的的过过流流能能力力及及产产生生的的压压力力损损失失的的大大小小，对对各各层层段段注注水水量量进进行行控控制制，达达到到分分层层段段定定量量配配水水的的目目的的，因因此此通通过过水嘴需要降低的压力值，可求得配水嘴尺寸。水嘴需要降低的压力值，可求得配水嘴尺寸。1. 确定层段注水量确定
22、层段注水量当油层不装水咀注水时，注水量和注入压力之间的关系：（无控制注水）当油层装水咀时（控制注水）262. 水嘴选择水嘴选择(1) 新投注井水嘴选择新投注井水嘴选择 新投注井进行水嘴选择步骤如下：新投注井进行水嘴选择步骤如下：1) 下下入入分分层层测测试试管管柱柱，并并进进行行分分层层测测试试。根根据据分分层层测测试试资资料料整整理理出出分分层层与与全全井井指指示示曲曲线线(按按实实测测井井口口注注入入压压力力绘绘制制)，如图，如图12-12所示。所示。2) 用用各各分分层层段段配配注注量量 在在分分层层指指示示曲曲线线上上查查得得各各层层的的配注压力配注压力 ，见图，见图12-12。3)
23、确定井口注入压力，确定井口注入压力， 。4) 求求层层段段井井口口嘴嘴损损。用用已已确确定定的的井井口口注注入入压压力力减减去去各各层层段段达达到到配配注注量量时时井井口口配配注注压压力力 ，得得各各层层段段的的井井口嘴损压力口嘴损压力 。275) 根据各层段所需的配注量根据各层段所需的配注量 与井口嘴损与井口嘴损 ，在相，在相应嘴损曲线版应嘴损曲线版(图图12-11)上查得应选水嘴的大小及个数。上查得应选水嘴的大小及个数。(2)水嘴调配水嘴调配指示曲线法：指示曲线法：图图12-13 水嘴调配水嘴调配1) 按按井井下下配配水水管管柱柱(常常用用偏偏心心管管柱柱)进进行行分分层层测测试试，并并整
24、整理理测测试试资资料料，实实测测井井口口压压力绘制各层段指示曲线；力绘制各层段指示曲线；2) 根根据据分分层层配配注注量量 要要求求，在在层层段段指指示示曲曲线线上上求求出出相应的井口分层配注压力相应的井口分层配注压力 ；3) 按实际情况确定井口注入压力按实际情况确定井口注入压力 ；284) 求出井口水嘴损失求出井口水嘴损失5) 由嘴损曲线求需新调配水嘴由嘴损曲线求需新调配水嘴直径与个数，方法如图直径与个数，方法如图12-13所示，在嘴损曲线上，先由目所示，在嘴损曲线上，先由目前注水量前注水量 作一垂线与目前作一垂线与目前已下水嘴直径已下水嘴直径线相交，由此线相交，由此交点作一水平线交嘴损压力
25、轴交点作一水平线交嘴损压力轴于于A点点；当当需需将将水水嘴嘴调调小小时时( )，向向上上量量取取 线线段段长长得得B点点，过过B点点作作一一水水平平线线与与过过 的的垂垂线线相相交交，交交点处的水嘴直径与个数，即为新调配的水嘴。点处的水嘴直径与个数，即为新调配的水嘴。 29当当需需将将水水嘴嘴调调大大时时( )，则则应应向向下下量量取取 线线段段长长。经验法调配水嘴用下式求水嘴直径经验法调配水嘴用下式求水嘴直径式中式中， 分别为目前注水量和新调配注水量，分别为目前注水量和新调配注水量， ，d分分别别为为目目前前水水嘴嘴直直径径与与新新调调配配水水嘴嘴直直径径，mm； b层段系数，一般加强层取层
26、段系数，一般加强层取1.1，控制层取，控制层取0.9。30四、四、 检查配注准确程度与分配层段注水量检查配注准确程度与分配层段注水量 注注水水井井投投注注后后，还还要要定定期期进进行行分分层层测测试试，用用所所得得资资料料检检查查配配注注的的准准确确程程度度，并并为为正正确确地地分分配配层层段段注注水水量量提提供依据。供依据。1. 检查配注准确程度检查配注准确程度 注注水水井井的的配配注注准准确确程程度度用用配配注注误误差差表表示示，配配注注误误差差等等于于实实际际注注水水量量与与设设计计配配注注量量之之差差同同设设计计配配注注量量比比值值的的百分数。百分数。误误差差为为正正说说明明未未达达到
27、到注注入入量量，称称欠欠注注；误误差差为为负负则则说说明注入量大于配注量，称超注。明注入量大于配注量，称超注。312. 分配层段注水量分配层段注水量 根根据据该该井井近近期期分分层层测测试试资资料料整整理理层层段段指指示示曲曲线线。在在曲曲线线上上求求出出目目前前正正常常注注水水压压力力下下各各层层注注水水量量及及全全井井注水量。注水量。然然后后再再算算出出注注入入压压力力下下某某层层段段的的相相对对注注水水量量(某某层层段段注水量与全井注水量之比注水量与全井注水量之比)。最最后后将将目目前前实实测测全全井井注注水水量量按按上上面面计计算算的的比比例例分分配配给各层段。给各层段。例12-1 某
28、注水井分三层注水，测得层段指示曲线如图12-14所示。正常注水井口压力为85Mpa，目前全井注水量为230 m3/d ，求三个层段目前的注水量。32解解：1)由由图图12-14的的层层段段指指示示曲曲线线上上查查出出85Mpa下下各各层层段段的的注注水水量量和和全全井井注注水水量量，并并计计算算出出各各层层段段相相对对吸水量，见下表。吸水量，见下表。层段 全井 注水量m3/d 885181.5220.5相对吸水量 39.9 23.137.0100 2) 计计算算各各层层段段目目前前注注水水量量各层段目前注水量等于全井目前注水量与各层段相对吸水量的乘积。第层注水量：=23039.9=91.7 33
