分层注水工艺现状及发展趋势-采油院

分层注水工艺现状及发展趋势注水工艺研究所：李世文（胜利油田）一、国外分层注水工艺现状二、国内分层注水工艺现状三、胜利油田分层注水工艺现状及技术进展四、分层注水工艺技术下步攻关方向注水作为油田稳产增产的重要措施之一，在油田开发中的地位越来越重要。

胜利油田分公司目前投入开发油田59个，其中注水开发油田54个（657个开发单元），水驱动用地质储量27.93×108吨，占分公司动用储量的84.4%，胜利油田总注水井数6528口，配注水量67.34×104m3/d，开井4923口，配注水量58.68×104m3/d，开井率75.4%，日注水量55×104m3/d，。

方案分注井2743口（其中792口井因套管原因不能分注），配注32.93×104m3/d，在油田注水开发的过程中，为了缓解层间、层内和平面矛盾，提高注水效率和波及体积，提高原油采收率和采出程度，国内外许多油田采用了分层注水的开发方式，分层注水技术的研究开发和应用越来越受到重视。

一、国外分层注水工艺现状国外的注入水水质处理工艺较为先进，注入水基本上不堵塞地层，洗井解堵周期比较长，注水过程中没有不动管柱洗井的要求，因此注水封隔器没有洗井通道，结构简单，减少了烦琐的定期洗井工序，大大延长了管柱的使用寿命。

分层注水工艺相对简单，主要是分层注水完井工艺，配水主要采用井口流量调节器和井下流量调节器进行定量配水，一般不需要进行井下流量测试，不配套专门的井下流量测试技术，管柱寿命可达3年以上。

1、分层注水管柱按照井下管柱数量与，国外分层注水工艺管柱可分为单管注水工艺管柱和多管注水工艺管柱。

1)单管注水工艺管柱单管注水工艺管柱多为支撑式结构，管柱主要由卡瓦式封隔器、流量调节器和伸缩短节组成。

封隔器用于分层和锚定管柱，能有效克服管柱的蠕动对封隔器密封性能的影响，密封压力较高，工作寿命较长。

伸缩短节一般装在第一级封隔器的上方，用于补偿注水过程中温度和压力效应引起的管柱长度变化，改善封隔器的受力条件，因而管柱的寿命较长。

2)多管注水工艺管柱多管注水工艺管柱按其相对位置来分，又分为同心管注水完井工艺管柱、平行管注水完井工艺管柱和混合分注完井工艺管柱。

其优点是测试及调配简单，可以在地面控制各层的注入水量及注入压力，且易实现分质分压注水。

但其管柱结构复杂，完井成本高，施工操作难度大，因而很少应用。

2、分层注水工具1）分层封隔器国外的可取式注水封隔器耐温可达150℃，耐压50MPa，工作寿命达3年以上。

由于没有不动管柱洗井的要求，封隔器上没有设计洗井通道，结构比较简单，管柱能有效防止地层反吐，因而其寿命较长，可适用于深井和高压注水井，基本上能够满足各类油藏分层注水开发的需要。

国外分层注水封隔器大致可分为以下几类。

（1）卡瓦式张力封隔器；国外因为注水水质较好，注入水对管柱的腐蚀较小，一般多采用卡瓦封隔器，它既可以实现分层，又能起到锚定注水管柱，消除管柱的蠕动，延长管柱的工作寿命，既可以单独使用，也可与串联封隔器配套应用，因而，应用较广。

(2)串联张力封隔器；该封隔器用于单管注水，作为上封隔器使用，但不能单独使用，需要于其它封隔器（如卡瓦式张力封隔器等）串联使用。

（3）双管张力封隔器；它是双管可回收的张力封隔器，一般用于多管注水的分层注水封隔器。

能控制大量的注入液。

2）配水工具国外的分层注水大都采用井下流量调节器来完成配注，井下流量调节器采用调速阀原理，利用注水时孔板节流压差的变化调节注入孔的大小，在孔板一定的条件下，流量基本恒定，不随压力的变化而变化。

为了满足测试调配的需要，大部分井下流量调节器都是可取式的，须进行调配时，利用钢丝投捞将流量调节器取出，根据配注需要在地面更换孔板后再将流量调节器投送至目的层，即可达到调配的目的。

由于国外的配水工具控制的流量恒定，不随注水压力变化，不需进行井下流量测试，因此没有专门的注水井井下流量测试工艺，国外的注水井测试主要是指吸水剖面的测试。

当需要掌握各层吸水状况时，利用同位素示踪剂的方法测出各层的相对吸水量。

二、国内分层注水工艺现状国内的分层注水工艺主要由分层注水工艺管柱及分层测试、调配工艺1、分层注水工艺管柱国内的注水管柱主要由封隔器、配水器和其它配套工具组成。

按照受力状态，可分为悬挂式分层注水管柱和锚定支撑式分层注水管柱。

国内的注水管柱大多数采用了悬挂式结构，根据配水器的不同，主要可分为空心注水管柱和偏心注水管柱，一般分注2－3层。

其中，空心注水管柱最多可分注5层，偏心注水管柱理论上讲最多可分注8层。

近几年，随着对管柱蠕动危害认识的提高，为适应油田开发状况发展的需要，提高注水效果，降低生产成本和延长管柱的工作寿命，各油田都开展了对管柱结构、锚定支撑技术和补偿技术的研究。

研制出了具有锚定补偿功能的可适应不同类型油藏注水需要的多种注水管柱。

其中较典型的有胜利的锚定补偿式长寿命分层注水管柱，机械分层防砂分层注水一体化管柱，中原的自调配水管柱；江苏的斜井分层注水管柱和江汉的锚定式注水管柱等。

国内的注水封隔器主要有Y341和K344两种类型。

其中K344型封隔器是油田分层注水应用最早的注水井封隔器，它具有结构简单，使用方便之优点而应用较广。

但它由于耐温低（90℃）、承压能力低（15MPa）、工作寿命短而被Y341型封隔器逐步替代。

Y341型封隔器采用水利压缩封隔件坐封，坐封后锁紧使封隔件处于永久密封状态，即使在停住时封隔器仍处于密封状态。

为方便于洗井工艺，封隔器上设计有洗井通道，可进行不动管柱反洗井，一般采用上提管柱的方式进行解封。

近几年为改善注水封隔器的工作性能，适应深井高温高压注水的需要，国内各油田都在封隔器改进方面做了许多工作。

其中胜利油田根据深井注水时注水管柱的工作特点，研制成功了下放管柱解封和旋转管柱解封的注水封隔器。

另外还研制了带有密闭装置的新型扩张式封隔器。

另外还根据高温高压注水的要求，对注水封隔器的胶筒结构和配方进行了优化设计，研制成功了耐温160℃，耐压35MPa，带有肩部保护的高温高压胶筒，研制成功了钢骨架扩张胶筒，从根本上提高了封隔器的工作性能。

国内的配水工具主要有空心配水器和偏心配水器两种类型。

它们都是采用孔板（水嘴）节流的原理，利用水嘴控制各层的注水量，测试和调配要逐层进行，当与高压坐封的封隔器配套使用时，作业时要投捞死嘴子使封隔器坐封，工作量大。

近几年为简化作业，降低生产成本，胜利油田研制成功了轨道式空心配水器和免投死嘴的偏心配水堵塞器，工具下井后不用投捞就能保证封隔器坐封，并在坐封后顺利注水，从而简化了作业工艺。

2、分层测试调配工艺注水井测试主要采用井下流量计测试法。

测试时要用录井钢丝将井下流量计下入井内逐层进行测试，仪器到位后利用降压法(或升压法)进行调点测试。

测完后通过地面数据处理系统，得出各层的吸水量和吸水能力。

井下流量计由原来的浮子流量计、涡轮流量计逐步发展到现在的电磁流量计、超声波流量计等。

其中电磁流量计、超声波流量计是最近几年研制成功的目前应用最广的注水井流量测试仪器，具有承压能力高、精度高、资料可靠、数据处理快捷、方便等特点而应用较广。

注水井调配主要采用录井钢丝或钢丝绳投捞的方式进行；一般偏心配水器调配采用钢丝投捞，空心配水器调配多采用钢丝绳投捞的方式进行。

调配时先用打捞工具将井内的配水芯子捞出，更换合适的水嘴后，再用投送工具将其投入井中相应的配水器内即可。

测试、调配时要逐层进行打捞、投送，有时还要重复多次，这样，工作量大，成本高。

为简化投捞工艺，最近几年研究成功了液力投捞工艺。

在测试和调配时，先将仪器或投捞工具投入油管内到达位置后进行流量测试或打捞，然后进行反洗井，利用液力，将仪器或打捞工具冲到井口，又井口捕捉器捕捉后并取出。

不动用地面绞车，工艺简单，方便易行，但在实施时，需解决好污水排放的问题，以防环境污染。

液力投捞工艺目前只能适用于空心注水管柱。

3、注水井防腐技术注水井防腐技术是提高注水管柱工作寿命的关键措施。

为适应高温、高压注水的需要，国内加强了对注水井防腐技术的研究，相继开发出了镍磷镀防腐油管、氮化防腐油管、纳米涂料油管、玻璃钢内衬油管、不锈钢内衬油管、环氧粉末涂料油管等等。

井下工具全部采用了镍磷镀防腐处理，在应用中取得了较好效果，有效延长了注水管柱的工作寿命。

三、胜利油田分层注水工艺现状及技术进展（一）胜利油田分层注水工艺现状1、分层注水工艺基本状况胜利油田目前总注水井数6528口，分注井总数为2433口，应用的分注工艺主要是空心配水工艺管柱、偏心配水工艺管柱以及少量固定式配水管柱。

其中空心活动式有1199口，占49.3%，偏心配水管柱结构有1037口，占的42.6%，固定式配水管柱结构197口，占8.1% 。

采用Y341型封隔器分层的1268口井，采用K344型封隔器分层的井1136口，其他29口。

分注井中一层井144口，两层井1290口，三层井764口，四层井82口，五层井10口。

分层注水配套技术应用情况见表1。

表1 分层注水配套技术应用情况表注水井在井油管总长度1335 ×104m，其中防腐油管2492口井，长度519 ×104m，占总井数的38.9%，普通油管井4036口，占总井数的61.1%。

90年代中期，胜利油田开始应用涂料防腐油管，后期主要应用新型玻璃钢内衬油管、镍磷镀油管、塞克54涂料油管、不锈钢内衬油管、环氧树脂粉末喷涂油管、氮化油管等多类型防腐油管。

见表2,表2 注水井在用油管分类统计表表3 在用防腐油管分类及使用年限统计表48.4％，这与近几年加大防腐油管的投用有关，详细情况见在用油管分类及使用年限统计，见表3、表4、表5。

表4 在用普通油管分类及使用年限统计表表5 在用油管使用年限统计表中大部分为修复普通油管，亟需更换。

3．测试工艺技术现状目前胜利油田应用的注水井分层流量测试工艺主要是井下流量计测试，特殊情况下辅助投球测试。

电磁流量计、超声波流量计是目前较为先进的测试工艺。

目前，胜利油田以电磁流量计测试和超声波流量计测试为主，全局共有138支电磁流量计。

投球测试法在胜采、孤东、孤岛、桩西和现河采油厂的水井测试中仍有少量的应用，主要应用于目前流量计还不能满足要求的高温、高压分层注水井的测试。

4、主要存在问题（1）管柱结构结构单一，针对性不强根据统计，目前上修的注水井中管柱结构主要采用悬挂式，结构单一，针对性不强，不能满足不同井况的分层注水的需求。

632口分层注水井中有548口井采用了常规的分层注水工艺管柱，占总分层注水井数的86.7%，而采用防蠕动管柱只有73口，管柱蠕动严重影响了有效使用寿命。

以胜采23247井为例，该井采用一级两段注水，完井后封隔器位置在2517.6米，现场通过磁定位测试发现：当下层注水、上层停注时管柱缩短1.1m；上层注水、下层停注时管柱伸长0.8m，注水井工作制度的频繁改变造成了管柱的频繁蠕动，致使封隔器密封分层过早失效。