各种分层注水管柱的作用和特点
液控封隔器同心双管分层注水工艺管柱的研究及应用
液控封隔器同心双管分层注水工艺管柱的研究及应用X周洪军1,李积祥1,杨海龙2(1.中石化胜利油田有限公司桩西采油厂;2.延长油田股份有限公司甘谷驿采油厂原油集输站) 摘 要:胜利油田桩西采油厂老河口油田桩106块油藏为中高渗疏松砂岩油藏,该油藏由于各层系间压力系统和渗透率间的差异很大,层间矛盾突出,井深结构(井斜和方位角)的影响,目前的分注管柱难以满足该油藏分层注水的要求。
因此,开发研制了新型液控封隔器同心双管分注管柱,解决了水井分注难题。
该管柱施工成功率高100%、层段注水有合格率高、分层可靠性高、洗井方便,控制操作简便的优点。
关键词:液控封隔器;分层注水;同心双管1 前言胜利油田桩西采油厂老河口油田桩106块油藏为中高渗疏松砂岩油藏,该油藏有Ng1、Ng2、N g3、Ng4等多套开发层系,由于各层系间压力系统和渗透率间的差异很大,层间矛盾突出,难以用一套井网注水开发,因此对该类油藏的开发必须分层注水开采。
目前在该区块的分注管柱主要有:空心分层注水管柱、偏心分层注水管柱、斜井集成分层注水管柱。
但是由于井斜和方位角的影响,使得斜井集成分注管柱在投捞和测试、测调带来了很大的难度,甚至无法投捞、测试和测调,同时由于水质等因素的容易堵塞水嘴,无法保证该区块正常注水。
因此我们研究了液控封隔器同心双管分层注水管柱,该管柱可以使各层的实际注入量由地面控制和计量、配注精确、后期管理简单,同时实现了地面验封,对水质的适应性也比较好,不存在堵塞水嘴现象,有效的解决了该区块油藏大斜度分层注水的难题。
2 管柱工作原理、结构、技术指标2.1 管柱结构液控封隔器同心双管分层注水工艺采用液控封隔器(保护套管封隔器和分层封隔器)、外管、内管三大部分组成(见图1),无配水器,其中液控封隔器是用一根1/4寸控制管线来坐封和解封,只要控制压力保持稳定,井下无液压泄漏,在地面即可观察到井下封隔器的密封情况;278寸油管和1.9寸油管分别由两套套管四通悬挂,使每个油层均有单独的注水通道,互不影响。
分层注水的作用
分层注水是指在注水井中下入封隔器，把差异较大的油层分隔开，再用配水器进行分层配水，使高渗层注水量得到控制，中低渗透率油层注水得到加强，使各类油层都能发挥作用的一种注水方式。
在进行非均质多油层开采中，为加强中、低渗透层，并控制高渗透层注水,按配注要求,在注水井中实现分层控制注入的注水方式，现已成为解决油田开发过程中层间矛盾，维持油田长期稳产、高产，提高采收率的重要手段。
油田开发初期的注水工作，由于基本上是按不同性质油层的自然吸水能力进行笼统合注，致使不同渗透率的油层吸水量相差几倍到几十倍，造成注入水单层突进和平面指进。
针对这种情况，应用了分层注水工艺技术，通过对高渗透层控制注水，对低渗透层加强注水，有效的控制了油层压力，并在一定程度上控制了油田含水上升过快的局面。
随着油田进入中高含水期开发，通过不断加强分层注水，把地层压力始终控制在原始地层压力附近，保证了油井有足够的生产压差和旺盛的产液能力。
关于油田细分层注水的研究与探讨
关于油田细分层注水的研究与探讨摘要：随着科技的发展，油田开发技术的不断深入,许多新的技术应用于油田的开采开发中。
油田细分层注水作为油田开发技术之一，它有助于解决油田的开采工作的部分难题，保障其开采开发的效率与效益。
本文将从细分层注水的现状与问题、细分层注水的作用和效果、主要方式、细分层注水在实际中的应用做以分析，旨在提高油田的开发水平，挖掘油田细分注水的潜力,改善油田开采效果，为油田高产、稳产和提高采收率服务。
关键词：细分层注水注水工艺配水管柱水嘴封隔器一、简析油田细分层注水的现状与问题油田注水，即把水通过注水井注入油层，以补充和保持油层压力的手段或方法。
而细分注水则是控制无效注水、提高储层动用程度的一项有效措施。
近几年由于实施细分注水注水技术，在完井前，根据测得的井口注水压力与流量数据即可设计水嘴尺寸。
完井时，在地面组装好带相应尺寸水嘴的配水器，直接完井注水。
如大庆油田、青海油田的开发效率和油田的开发质量因使用了细分层注水均有所提高。
面临的潜在的问题：1.受纵向非均质性的影响,各小层吸水状况存在较大差异,层间矛盾和平面矛盾不断加大,油田总体上厚层动用好,薄层动用差等问题。
2.由于各油田的储层特征不同，薄隔层、薄夹层的现象普遍存在。
由于埋藏深层段长,,低孔、低渗等造成了含水量和注水压力上升，层间差异和套管变形井递增等一系列问题影响常规分层注水工艺的实施。
3.高含水期后,层间干扰加剧,动用程度变差,高含水井层逐年增多,层间矛盾和平面矛盾突出，形成注采低效循环问题。
4.油田在开发过程中随时间增长油层能量不断消耗，有层压力递减，虽油层粘度的出现产量减少、死油采不出甚至造成停喷停产等问题。
二、简析油田细分层注水的特点和效果1.油田细分层注水在检查管柱和封隔器的密封性的过程中，具有作业管柱的自检功能特点。
在检查管柱的密封性时，正常注水情况下，只需将配水芯子两层都装上死嘴从井口投入，观察配水间套管不返水时流量变化，无流量说明管柱密封。
分层注水技术
4.掉、卡堵塞器事故少，同心集成式管柱 由于使用的是大堵塞器，投捞比较容易， 而且不容易发生掉、卡事故，减少了作业 井的井数。 5.能减缓测试工人的劳动强度，同心集成 式管柱由一个堵塞器配2个层段的注水量， 这样每投捞一个堵塞器解决2个层段的注 水，而偏心是一个层段一个偏心堵塞器， 这样调配起来，偏心工作量比集成式管柱 多1倍。
时活塞套上行被锁簧卡住，使封隔
器始终处于工作状态，上提管柱即
解封。
配
水
器
配水器与配水封隔器内工作筒 配合 ，分为Φ52、Φ55两种，配 水封隔器由内捞式打捞头、堵头、 调节环、压环、压杆、配水体、压 帽、定位体组成。配水器上两个配 水通道相距243mm与配水封隔器的 两个注水通道相对应。
当注水井注水时，注入水一部 分通过配水体上的孔道向上通过水 嘴，压杆流入地层，另一部分通过 下水嘴压帽及水嘴流入地层。每个 注水孔两边各有四通道T型密封圈将 两注水孔隔开，具体性能指标见下 表：
同心集成式细分注水
工艺技术原理
（一）工艺原理 同心集成式细分注水管柱主要由内 径为Φ60的Y341-114可洗井封隔器、内 径为Φ55和Φ52可洗井配水封隔器，内 捞式带锁紧机构的Φ55、Φ52配水器、 球座等组成。
层位深度（m）
名称
深度（m）
Y341-114 封隔器Φ60 射孔顶界 注水层 夹 层 Y341-114 封隔器Φ60
桥式偏心分层注水技术
技术原理： 管柱主要由封隔器和桥式偏心配水器组成。桥 式偏心配水器可以多级使用，每个桥式偏心配水器 对应一个注水层段。通过偏心主体的桥式结构设计 和测试主通道过孔结构设计，实现了实际工况下的 单层流量和压力直接测试。测压力时既可以使用一 支压力计逐级上提测得所有目的层压力，也可以每 级投入压力计，测完再逐级捞出。测分层流量时可 实现单层流量直接测试。流量、压力测试仪器及注 水堵塞器投捞装置用钢丝起下。
优选注水管柱和注水指示曲线分析
即可控制分层注水量，达到地质配
注方案要求。
Y341-114封隔器
KPX-115偏心配 水器
减震筒
洗井凡尔 筛管
油套分注（注聚）管柱
在井口使用流量控制器来
实现油管和套管不同注入压力
注水层
和不同注入量，实现两个层段
注水，上层和下层分别由套管
和油管注入。
注水层
二、分层注水常用管柱结构
这类管柱已经被空心配水管柱和偏心 配水管柱所代替，不作详述。
注水 层 注水层
注水层
节流器 测试球座 封隔器 节流器
测试球座 封隔器 节流器
球座
1. 固定配水管柱
节流器： 固定式配水器， 无法调配
优点： 结构简单，维护简便
缺点： 分层水量难调整， 测试工艺复杂， 无法细分注水。
注水 层 注水层
注水层
小直径 配水器
980 95 46 20 15，35 22 1265 45
常规 配水器
790 114 46 20 25 22 1700 44
3.偏心配水管柱
优点：
1、分注层数不限， 可单独调配任意层；
2、内通径一致，便于 测试、验封；
3、堵塞器投捞测试成 功率高；
4、内通径大、大小一致， 有利于吸水剖面测试 仪器通过。
水力压缩、压差式封隔、底球及撞击
筒组成。
注入层
偏心配水器结构：
注入层
由工作筒和堵塞器两部分组成，堵塞
器坐在工作筒内，水嘴安装在堵塞器上。 注入层
Y341-114封隔器
KPX-115偏心配 水器
减震筒
偏心配水器优点：结构紧凑，调整水 嘴方便，用钢丝投捞，可以投捞其中 任意一级，适用于深井多油层。
采油工程(分层注水)
用吸水指数进行动态分析时，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
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
力。
I wa
q iw q iwh
在笼统注水情况下，若用油管注水， 则式中 piwh取
套管压力；若采用套管环空注水，则 力，以消除管柱摩阻影响。
1）直线递增式指示曲线如图12-8中Ⅰ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 。
线上任取两点可求出吸水指数。当用指示曲线求 吸水指数时，应当用有效注入压力绘制的曲线。 Iw=(Q2-Q1)/(P2-P1)
---
2) 上翘式曲线如图12-8中Ⅱ所示。这种上翘式曲线除 与设备仪表有关外，还与油层性质有关。如在断层蔽 挡或连通较差的“死胡同”油层中，注入水不易扩散， 油层压力升高，注入水受到的阻力越来越大，造成曲 线上翘。
piw取h 油管压
---
(5)
相对吸水量是指在同一注入压力下，某分层吸 水量占全井吸水量的百分数，是用来衡量各分层相 对吸水能力的指标。
用途：有了各分层的相对吸水量，就可由全井指示 曲线绘制出各分层指示曲线，不必分层测试。
---
相对吸水 子 全量 层 井吸 吸水 水 10% 量 量 0
分层吸水能力法 的研究方 测注水井的吸 相 水对 剖吸 面 水大 量，则好；小
3) 折线式指示曲线如图12-8中Ⅲ所示。压力较低时随 压力增加注入量增加，而压力较高时，随压力增加曲 线偏向注入量轴，说明低渗油层部位随压力增大由不 吸水转为吸水；或有新的油层在较高压力下开始吸水； 或因较高压力下地层产生微小裂缝使吸水量突然增大。
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海上注水管柱组合及主要工具介绍
三、分层配注管柱
（3）验封仪器串： 技术参数： 压力测量范围： 0～70MPa； 压力测量精度： 0.1％； 压力通道： 2； 温度范围： -40℃～155℃ ； 最大外径： φ46mm 特点： 双通道压力计，一支压力计 记录油管内压力，一支压力 计记录验封地层的压力，两 条曲线对比就可以知道验封 层的密封情况。
二、多管分注管柱
小油管注下层 大、小油管环空注中层 新增油管四通 新增油管挂 原有油管四通 原有油管挂 大油管1 套管 小油管1 定位旁通 顶部封隔器
套管注上层
工 艺 管 柱 图
大油管2 上 层 小油管2 筛管 插入密封 隔离封隔器 中 层 隔离封隔器 下 层 带孔管 φ60mm插入密封 插入密封 带孔管
三、分层配注管柱
（六）技术参数
型号 最大外径 in 3.25 3.88 4 长度 mm 1517 1512 1512 顶部扣型 底部扣型 中心管扣型 备注
325 388 400
2-7/8NUP 2-7/8NUP 2-7/8NUP
2-7/8NUP 2-7/8NUP 2-7/8NUP
1.9NUP 1.9NUP 1.9NUP 475左端为31/2NUB母扣 X接 2-7/8薄型 接箍
水嘴 测第一层注水段 地层压力
配水器 工作筒
（中） 水嘴
压力计 （下）
水嘴
测第三层注水段 地层压力
三、分层配注管柱
（三） 调配步骤
步骤： 1、将流量计装在配水器芯子中，钢丝作业将配 水器芯子座在工作筒内。工具到位后进行分层测 试，录取相应测试资料；完成分层测试后，起出 测试工具，对数据进行分析； 2、根据地质配注要求和实测的吸水指示曲线， 求得满足地质要求时各层所需注入压力，在水嘴 嘴损曲线版上选出满足单层配注量的合适水嘴； 3、安装所选水嘴，再次下入测试用配水工具， 进行分层测试；测试完成后，起出井下工具，对 测试数据进行分析，如不满足调配要求，则继续 测试调配直至下入调配好的分层配注工具； 4、倒好流程，进行正常注水。
井下作业施工管柱介绍
管柱补偿器
连通阀
Y241封隔器 注水层 坐封球座
三、堵水泵 采油层 丢手接头 Y341堵水封隔器
用途及范围：主要用于油井进行 机械卡堵水。
工作原理：用油管带管柱下井， 油管内投球蹩压坐封封隔器，打 开坐封球座，将封堵层封隔，之 后投球蹩压启动丢手接头，上提 油管丢手，丢手管柱留在井下， 起出油管，下泵生产。 特点：该管柱采用丢手管柱结构， 可卡堵任意层，进行分层采油； 支撑器防止管柱上窜下滑，实现 大跨距封堵。
伸 缩 管 连 通 阀
替酸器 Y241封隔器 措施层 坐封滑套
3)、分层酸化压裂管柱。
措施层
措施层
工作原理：替液后先投ф35球至坐封球 座处，油管内蹩压坐封封隔器并将坐 Y341可洗井封隔器 封滑套芯子打至割缝喷砂器底部，然 后进行下层压裂施工；然后再投ф38球 分层滑套 分 坐 至滑套喷砂器处，油管内蹩压将滑套 层 Y341可洗井封隔器 喷砂器的芯管和球打到座封滑套球座 封 滑 滑 处，密封下层，再进行上压裂施工； 水力锚 套 套 施工完成以后，反洗井洗出两级封隔 坐封滑套 器之间环空内沉积的砂子（或快速反 洗排酸），然后上提管柱解封封隔器 割缝管 ，起出施工管柱。 水力锚
特点：该管柱注水层数与封隔 器级数相同，套管保护液保护 上部油套管。
2)、高压注水管柱。
用途：主要用于超高压注水。 工作原理：从油管内投球,打压至 设计压力,打开球座,同时坐封封隔 器,封隔下部注水层与上部油套环 行空间,在高压注水时,对套管实现 保护。连通阀在必要时可实现环空 与油管内外的连通。 特点：该管柱由Y241型封隔器等工 具组成，可有效锚定和扶正管柱并 实现管柱伸缩补偿，满足40MPa以 上超高压注水的需要。
封堵层
Y341堵水封隔器 采油层
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第二节分层注水管柱
分层配水管柱是实现同井分层注水的重要技术手段。
分层注水的实质是在注水井中下入封隔器，将各油层分隔，在井口保持同一压力的情况下，加强对中低渗透层的注入量，而对高渗透层的注入量进行控制，防止注入水单层突进，实现均匀推进，提高油田的采收率。
我国油田大规模应用的分层配水管柱有同心式和偏心式两种。
前者可用于注水层段划分较少较粗的油田开发初期，后者适用于注水层段划分较多较细的中、高含水期。
此外，还有用于套管变形井的小直径分层配水管柱。
一、固定配水管柱
（1）结构
由扩张型封隔器及配水器等构成。
（2）技术要求
各级配水器（节流器）的起开压力必需大于 0.7Mpa，以保证封隔器的坐封。
（3）存在的问题
更换水嘴时必须起管柱。
二、活动配水管柱
（1）结构
由扩张式封隔器及空心配水器等构成。
（2）技术要求
各级空心配水器的芯子直径是由上而下从大到小，故应从下而上逐级投送，由上而下逐级打捞。
（3）存在问题
受内通径的限制。
一般三级，最多五级。
三、偏心配水管柱
这套管柱的主要特点是，应用偏心配水器能实现多级细分配水，一般可分 4～6 个层段，最高可分 11 个层段；可实现不动管柱任意调换井下配水嘴和进行分层测试，能大幅度降低注水井调整和测试作业工作量。
而且测任意层段注水量时，
不影响其它层段注水。
1、偏心配水管柱（I）
（1）结构
由偏心配水器、压缩式封隔器、球座和油管组成。
（2）技术要求
①筛管应下在油层以下 10m 左右。
②封隔器（压缩式）应按编号顺序下井。
③各级偏心配水器的堵塞器编号不能搞错，以免数据混乱，资料不清。
2、偏心配水管柱（II）
（1）结构
主要由扩张式封隔器和偏心配水器等构成。
（2）技术要求
①各级配水器的水嘴压力损失必须大于 0.7Mpa，以保证封隔器坐封。
②各级配水器的堵塞器编号不能搞错。
（3）存在问题：
扩张式封隔器的胶筒不能适应深井高温要求。
四、桥式偏心注水管柱
（1）结构
由桥式偏心配水器、压缩式封隔器、球座和油管组成。
（2）特点
该管柱继承了常规偏心式分层配水管柱的优点，同时通过桥式偏心主体与测试密封段的创新设计，解决了注水井测试时测试密封段过孔“刮皮碗”和“憋压”问题，实现了双卡测单层，不用递减法测得实际工况下的分层注入量，消除了递减法测试的层间干扰和系统误差，提高了流量测试调配效率和资料准确程度。
测压功能完善，不用投捞堵塞器，不改变正常的注入状态，直接测得分层压力，使测试资料更准确、测试更快捷。
五、同心集成式注水管柱
（1）结构
同心集成式注水管柱主要由内径为Φ60mm 的 Y341-114 不可洗井封隔器、内径为Φ55mm 和Φ52mm 不可洗井配水封隔器，射流洗井器，Φ55mm、Φ52mm 配水器等组成。
（2）工作原理
其原理是封隔器将全井分成若干层段，配水封隔器的中心管作为配水器的工作筒，配水器位于相应的配水封隔器中，一级配水器可同时对 2 个层段进行分层注水，并能实现投捞一次同时更换 2 个层段的水嘴。
采用小直径电子存储浮子流量计进行分层流量测试，测试时只需将配水器捞出，投入配套的分层流量测试仪，待流量稳定后，在地面控制注入压力，就可获得实际工况下不同压力点的分层流量。
采用分层测压验封仪，下井一次即可验证全井封隔器的密封性，也可以进行分层静压测试，同时还可获得井温资料，与同位素吸水剖面测试工艺配套。
（3）特点
①可使封隔器卡距由 8m 降至 2m，并且工艺上最适合于四个层段的分层注水，满足细分注水要求。
②分层注入量实现了同步测试，避免了递减法误差，资料准确，并且可同时测得分层段静压，为储层分析提供可靠的资料。
③测试工艺简单、效率高。
六、压缩式静液压免释放分层注水管柱
为简化分层注水管柱释放工序，减少投捞工作量，提高管柱密封率，大庆油田研制了压缩式静液压分层注水管柱。
（1）结构
该管柱由 Y341-114 静液压封隔器和偏心配水器等组成。
（2）工作原理
Y341-114 静液压封隔器设计了内部自压差式释放结构，避免了套管压力对释放封隔器的影响。
当注水压力达到 10.0Mpa 时，封隔器即可释放。
（3）特点
①投捞测试与常规偏心分层注水管柱通用。
②注水干线来水即可释放封隔器。
③管柱下井前地面直接配好水嘴。
七、小直径分层注水管柱
针对油田套变整形后内通径在φ102mm 以上和套损打通道加固的分注井采用由
Y341-95 封隔器、φ90 小直径偏心配水器及底部球座组成的小直径分层注水管柱进行注水。
小直径封隔器使用一个中胶筒、两个斜胶筒加两个锥环的结构组合，改变了胶筒的受力状况，使胶筒的承压能力成大大提高，承压差达到 15Mpa，基本满足了现场使用要求。