分层注水管柱技术分析及现场应用
油田分层注水的应用
试论油田分层注水的应用摘要：油田分层注水能够解决层间矛盾，保证注水均匀，提高产量，实现油田稳定、可持续地发展。
基于其重要性，本文首先概述了分层注水工艺技术的基本原理实现过程；其次介绍了分注各阶段的重点技术，并简述了其工作流程及取得的进展；最后根据发展情况，提出了分注工艺的规模化应用。
可为油藏开发实践提供宝贵经验。
关键词：分层注水工艺技术分注管柱注水井应用一、分层注水工艺技术概述近些年来，随着油田开发力度的加大，混合注水工艺变得难以满足油藏精细注水的要求，这是因为混合注水在同一压力系统下进行时，出现各层段进水分布不均匀现象，即一些层段大量进水，而另一些层段进水很少，甚而不进水。
结果导致不进水的油层段的原油难以得到躯替，这些现象都严重影响了油田的开发效果，无法适应油田调整的需要。
因此，分层注水工艺的研究开发变得至关重要，它能够保证各油层注水量合理与均匀，从而增加各油层的水油驱替速率，提高采收率。
分层注水遵循各层相互邻接的原则，将各层按不同的标准和一定的开发方案进行划分，合理地对各层段进行均匀注水，保证注水层段与采油井开采层段相对应，然后运用合适的井下工艺方法，实施分层注水，从而实现高产目标。
分层注水工艺在油田开发进入高含水中后期阶段应用较多，它可以解决层间矛盾，保证各层注水均匀，保持地层压力，对油田长期稳定高产有重要作用。
二、分层注水工艺技术的类别和发展近些年来，随着油藏开发进入非均质高含水中后期，很多分注工艺已经无法满足开发的需要，出现了许多问题，主要包括：分注卡距大（d≥8米）；适用井斜较小（a<30）；投捞受井斜影响大。
针对以上问题，我国对分层注水工艺的研究力度在不断加大，以提高产量。
通常我们按照注水工艺各阶段工作不同，将其分为分层注水管柱工艺、测试工艺和配水工艺。
而各项技术又是由其他多项技术协同完成的，以下对这三种工作技术的工作原理进行介绍。
1.分层注水管柱工艺技术通过分层注水管柱来实现分层注水，包括：1.同心式注水管柱技术，它是在同一井筒内下入两根油管，一根外管，一根内管，用封隔器将需要隔开的上下层封隔。
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。
高压分层注水配套技术及应用
高压分层注水配套技术及应用提要：胜利油田河67区块砂二稳属低渗透油藏，油层非均质严重，分层注水层间差异大，且油层埋藏深，温度高，管柱蠕动严重，封隔器易失效，分层注水存在”分不开，测不出，调不动”的问题。
针对上述问题开展了高压分层注水配套技术研究和应用，实践证明，该技术有效地解决了高压注水井的分层问题，实现了不需投捞死芯子而保证分隔器可靠的座封及直接检查管柱密封的需要，不需要辅助直接注水，实现了座封、注水、分层改造一次性管柱，独特的液力投捞装置，投捞成功率高，计算机回放打印，录取数据准确，减少了人为因素的影响。
关键词：注水井;高压分层注水配套技术;应用。
1、概述胜利油田河67断块位于现河庄构造的结合部，属河50构造的一部分，该块是管理局未动用储量开发招标块，未动用储量层为砂二稳矿，含油面积2.6平方千米，地质储量116万吨。
该区块1964年投入开发，共钻井27口，钻遇油层764米/295层，油水同层414.3米/105层，投产22口井，共射开油层558米/260层，油水同层161.6米/33层，已累计采油59.5万吨，累计采气21.5百万立方米，累计采水104.55万立方米。
历史上，该断块H51井、H57-5井等注水井分层注水管柱采用K344或Y341封隔器及偏心配水器，测试用106、107流量计，压力等级低，不耐高压，地面配套的防喷器与注水压力不配套，由于无法分层测试、投捞测试、投捞和调配，使分层注水有名无实。
因此，H67断块基本采用地层能量采油，某些井油层严重水侵，每年含水平均上升7.8%左右。
为了使该区块分层注水方案有效实施，进行了高压分层注水配套技术的研究。
2、高压分层注水配套技术的内容及特点2.1、工艺技术简介该配套技术主要包括深井高压空心液力投捞管柱和高压分层测试调配技术两部分，作业下入高压分层注水管柱，利用ZJK空心配水器完成座封及试压，洗井后下入存储式涡轮流量计测试吸水量，地面回放打印出所需要的时间、水量等测试资料数据，而后再据此资料进行水嘴调配工作，直至满足地层配水要求。
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。
分层注水
分层注水井
分层注水是对不同性质的油层 别对待，应用以封隔器、配水器为主 组成的配产管柱，用不同压力分层注水。
七厂有1086口。
分 层 注 水 井 井 下 工 艺 管 柱
封隔器 油层
偏心配水器
封隔器
油层
油层
偏心配水器
尾管 球座 筛管 死堵
人工井底
偏心配水器
与封隔器等工具共同组成分层
注水管柱，内设偏心堵塞器，通过测试
Y341-114 封隔器 流量测控器
调节控制器
万向联轴器 可调堵塞器
配水器
导向定位机构 Y341-114 封隔器
成
封隔器
油层
集成配水器I型
油层
偏 心 集
封隔器 油层
集成配水器II型
油层
球座 筛管 死堵 人工井底
偏封一
体
偏心配水器和封隔
器集成一体，减少下井工具
数量，降低成本。
恒流量配
水
恒流偏心配水堵塞器主要是将水嘴与 一个同样可以调节水量的柱塞连为一体， 柱塞带动水嘴随注水压力和弹簧力的变化 做往复运动，进而平衡水嘴前后的压力， 使水嘴前后的压差保持恒定。
ZPS-I电控配注系统 总体组成示意图
地面控制部分
绞车
便携式计算机
地面控制板
深度滑轮
双参数测调仪部分
单芯电缆 井下仪器 配注层4
配注层3
配注层2
配注层1
井下管柱部分
双参数测调仪
测调流程介绍
下入第三层进行首次检配 根据检配水量上提至第二层 根据检配水量下至第三层 上提至第一层进行首次检配 上提至第二层进行首次检配 根据检配水量上提至第一层 参照配注水量进行调配 参照配注水量进行调配 参照配注水量进行调配
液控式同心双管分层注水技术
万方数据
一６０一
石
油机械
２００９年第３７卷第５期
管锚的侧面有１道轴向沟槽，液压控制管线从巾穿 过，不会被油管锚的锚牙损坏。油管锚是水力压差 式，注水时油管内压力大于管外压力，油管锚锚 定，停注后管内外压力平衡时，油管锚解锚。 地面叠装２套油管头，注水管汇在地面分２ 路，一路自采油树翼阀注入，从内油管注入到油层 ２（图Ｉ中虚线箭头所示）；另一路自上边的油管 头翼阀注入，从内外油管的环空下行，注入到油层 １（图１中实线箭头所示）。图１所示是油层ｌ注入 压力高于油层２的情况。当情况相反时，要对分层 注水管柱进行调整，去掉油层１所对的带孑Ｌ管，把 密封插入改为一个带“１卜”字交叉孔的密封插入， 这样内油管的水就进入油层１，而内外油管环空的 水进入油层２，如图２所示。
密封插入
管柱内外压差来实现注水时封隔器的ｆ：下密封，当 洗井阀在生产过程中出现结垢、水嘴刺大、节流阀 刺坏等现象时，都能使封隔器的洗井阀失去注水时 的密封作用，而这种变化在地面不能及时得到判 断，只有通过验封才能确认，而现场分层注水井的 验封工作很难保证，冈此其有效分注率也就无法得 到保证。采用该技术无需验封，在地面就能直接观 察井下封隔器的密封情况，相比之下能够较好地保 证分注合格率。 （４）停注时层间不窜流。注水井在计划停注 或其它原冈停注时，控制液控封隔器的压力并不卸 去，封隔器在井下仍保持密封状态，层Ｉ刈注入水不 会发牛窜流现象。这与使用带洗井阀结构的封隔器 分注管柱相比，具有明显的优势。使用带洗井阀结 构的封隔器分层注水管柱在停注时，管内外压差消 失，洗井阀便失去密封作Ｈｊ，注入的层间水由于压 差的作用极易发生窜流。 （５）具有油层上部套管保护功能。该技术在 油层以Ｊ？安装了液控封隔器，无论是存注水过程巾 还是在停注时，都能保证其以上部位套管小受注水 压力的破坏。 ２
注水井分层启动压力测试管柱的应用
注水井分层启动压力测试管柱的应用【摘要】本文旨在叙述注水井分层启动压力测试的常见问题以及一般常用方法，介绍分层启动压力注水工艺的原理以及算法，用以增强注水井分层治理的针对性。
【关键词】注水井分层启动压力测试管柱分层注水开发是世界上大部分油田所采用的开发方式，因为它能增大水驱波及体积，能够提高水驱波效率。
然而，分层启动压力值的确定仍然没能得到很好解决。
开展注水井分层启动压力测试工艺的应用工作，能够为分层治理提高参数依据，实行测试管柱具有较高的科学性，并能够为测试、井下作业提供较为精确的理论指导。
1 注水井分层启动压力常用的测试技术在目前注水井分层启动压力常用的测试方法中，现场应用最主要的方式是氧活化测井技术和多级分层管柱测试两种测试方法。
本文将集中探讨多级分层管柱测试方法。
多层分级管柱测试方法有如下优点：首先表现在测试范围较广，多级分层无论高低、中渗还是低渗油藏都能满足，并且不受流量的大小和油层厚薄等条件的限制以及能够满足高压设计，这测试得出的数据直观真实，但唯一的缺陷就是无法测试到层段内的小城启动压力。
2 管柱结构管柱的结构主要包括封隔器、定压阀、阀座、筛管、丝堵等组成。
y341-114fw型无洗井通道封隔器主要由三部分组成。
第一部分是上体结构，它包括上接头和中心管；第二部分是下体结构，包括外中心管、连接体和下接头等不分；第三部分是锁紧、密封结构，包括密封胶筒、锁套、锁环、锁环座及活塞等部件。
封隔器的单向耐压差是35mpa以及130℃的耐温。
这种封隔器以耐压能力高著称，而且在多级使用时解封力度较小。
定压阀主要由阀套、阀芯、阀座、剪钉组成。
通过测试可以发现，定压阀内最低的抗拉强度是45t，而最低密封压力是40mpa。
工作原理：当管柱到达指定位置后，用油管将其打压到18mpa，坐封封隔器，同时打压到21mpa，然后将最底下一级的注水井的定压阀通过油管将其打掉，使其剩下的定压阀处于安全、密封、完整的状态，实现最底层段的注水以及吸水指数曲线资料的搜集。
分层注水管柱技术分析
分层注水管柱技术分析崔江花【摘要】目前,江汉油田使用过的分层注水工艺管柱主要有油套保护分层注水管柱、锚定式分层注水管柱、高压注水管柱一和高压注水管柱二.这四种注水管柱在现场使用中常常会出现套管压力上升、油压波动大而套压波动小、油压套压同时波动大、起管柱困难和注入压力长期上升等问题.通过分析,注水压力、压力波动、层间压差、温度变化这4个因素是对注水管柱造成不利影响的主要因素.经研究,在注水层上部使用顶级封隔器的分层注水管柱,大多数情况下,压力变化所产生的总体作用力是向上的,即对管柱是上项力;分层注水管柱的受力是不平衡的,而且在各种效应的共同作用下,管柱一定会发生蠕动和变形,所以需要对管柱进行锚定,以保持管柱的总体受力平衡.【期刊名称】《江汉石油职工大学学报》【年(卷),期】2014(027)004【总页数】3页(P62-64)【关键词】分层注水管柱;注水压力;压力波动;层间压差;温度变化【作者】崔江花【作者单位】中国石化江汉油田分公司江汉采油厂,湖北潜江433123【正文语种】中文【中图分类】TE934+.1江汉油田自进入注水开发以来，其注水管柱主要使用的是偏心式井下分层注水工艺管柱。
该种工艺管柱在国内各油田使用量最大，配套工具最全，配套工艺最系统全面。
偏心式分层注水管柱一般由可反洗井的Y341型等封隔器、偏心配水器、底部循环凡尔（或球座）等组成，再配以钢丝投捞及测试工艺。
对于普通注水井，由于注入压力通常不是很高，且压力波动也比较小，因此管柱因温度和压力的变化所产生的螺旋弯曲效应、活塞效应、鼓胀效应等也都比较小，一般不会使管柱产生大的变形，所以对管柱和井下工具的要求不高，管柱的结构比较简单可靠，使用中问题少。
对于高温、高压注水井，管柱因温度和压力的变化所产生的螺旋弯曲效应、活塞效应、鼓胀效应都会使管柱变形，从而使封隔器发生位移，导致封隔器封隔失效，所以，必须对管柱进行锚定。
为了消除锚定后的管柱因上述效应引起的内应力，有时还需在管柱锚定位置的上方使用管柱补偿装置。
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分层注水管柱技术分析及现场应用
摘要本文通过常规分注管柱技术现状调查与力学分析,针对分
注管柱寿命短的问题,研究制定了几种完善分注技术的方案。
通过试验取得了一定的效果及认识。
关键词分层注水;锚定;悬挂式;注水井
中图分类号 te353 文献标识码 a文章编号
1674-6708(2010)17-0137-02
0 引言
现河庄油田分层注水井多采用悬挂式管柱技术。
管柱主要由y341封隔器和空心配水器以及底筛堵组成。
因未采取有效的防蠕动措施,在注水过程中封隔器短期密封失效的情况十分普遍。
2006年常规
y341悬挂式分层注水技术使用45井次,针对上部停注层或套管漏失井实施卡封分层27井次,有效率仅48%。
1 常规分注管柱技术分析及管柱配套模式的确定
常规分注管柱力学分析:
理论研究表明,注水管柱的蠕动距离主要与油管长度、注水压力等因素相关。
分层注水井层位一般在1 800~3 300m,注水压力在
5~40mpa范围。
管柱结构以一级两段和两级三段为主。
结合现场分注井的具体情况进行了分类研究。
以一级两段分注井为例,就不同配注性质的注水管柱(封上注下、封下注上、两层均注)在座封过程、注水过程、测试过程中的受力状况及长度变化进行了计算。
计算的理论依据为:注水过程中温度、压力的变化会产生四种基本效应,即温度效应、活塞效应、螺旋弯曲效应及鼓胀效应。
对于封上注下的井,随着注水压力和管柱深度的增加,分注管柱
受到的上顶力由22 134n增加到221 340n,管柱纵向缩短距离由0.30m增加到5.41m。
对于两层均注井注水过程中管柱基本不发生蠕动,当投球测试(或在线验封)时,封隔器管柱出现受力不平衡情况,管柱将伸长0.29~1.62m。
温度变化主要表现为温度降低,当温度下降范围在20~50℃时,油管缩短0.768~1.92m。
2 分层注水管柱技术的试验应用
2.1 锚定补偿式管柱技术
2.1.1 管柱结构及工作原理
主要由补偿器、y341封隔器、水力锚、水力卡瓦等组成,工作压力≤35mpa。
y341高压注水封隔器为核心部件,其中补偿器、水力锚、支撑卡瓦3种工具组成了管柱的锚定补偿机构,可有效减少或消除温度、压力效应引起的管柱蠕动,改善封隔器的工作条件,延长分层卡封管柱的工作寿命。
常闭式补偿器,由上下接头、内外管、控制结构和密封件组成。
管柱下到设计位置后,从油管内打压,液压力作用于控制活塞上,启动控制活塞释放控制锁块,补偿器在管柱张力作用下内外管发生相对运动而工作,从而达到补偿作用,防止管柱张力断裂。
水力锚,由锚爪、主体、中心管组成。
设有挡垢衬套。
衬套和水力锚内壁采取间隙配合,仅仅起到传递液压的目的。
注水基本不流
经配合间隙,因此从根本上防止了锚孔内堆积脏物或结垢导致泄压后锚爪无法收回的现象。
水力卡瓦,由卡瓦片、活塞、卡瓦托、锥体等组成。
施工时,从油管打液压,活塞在高压水作用下,剪断安全剪钉,推动卡瓦托上行使卡瓦坐卡,在释放液压后,管柱重量作用在卡瓦上,保证处于支撑状态。
当需要解卡时,上提管柱,中心管带动上锥体向上移动,卡瓦失去内支撑解卡。
2.1.2 现场试验效果分析
锚定补偿管柱主要用于存在上部停注层或套管漏失情况的分层
注水井,该类井层间压差较大在5~32mpa范围,有效率达到81%。
梁11分层注水示范块整体配套了锚定补偿技术。
该断块井口注水压力在5~10mpa,井深2700~3100m。
通过计算,注水过程中管柱将缩短或伸长1.1m左右。
2.1.3 锚定补偿管柱技术评价
通过现场试验应用,该管柱具有以下特点,采用锚定技术及管柱
伸缩补偿技术有效克服了注水管柱的纵向蠕动,可靠性好。
不足之处在于,管柱结构较复杂,配套工具多,技术管理难度较大;锚爪对套管有一定的破坏作用,对于结垢严重的井锚爪不易复位,
易造成解封困难。
2.2 国外锚瓦(双卡瓦)管柱技术
2.2.1管柱结构及工作原理
国外锚瓦(双卡瓦)管柱技术应用中重点配套了补偿器和定压单
流阀技术。
pfh静液压封隔器,按照国内编号为y541型,该封隔器上端为水力锚,下端为支撑卡瓦。
国外hrp封隔器,国内编号 y441型。
采用双卡瓦结构,水力座封。
封隔器密封后,有机械锁定装置锁定。
耐压可达40mpa以上。
2.2.2现场试验效果分析
重点在低渗透高压注水井开展了现场试验工作,共实施4口井。
2.2.3国外锚瓦(双卡瓦)封隔器技术评价
该管柱具有以下特点:封隔器座封后能承受来自下方或上方的大压差(40~50mpa),可有效避免高压注水井甚至是超高压注水井管柱蠕动的发生。
但国外锚瓦(双卡瓦)封隔器技术具有以下不足之处。
一是封隔器缺少洗井结构,使用过程中不能洗井。
锚定属于死锚定,难以解除,卡瓦对套管破坏力大。
作业时解卡难度大,易造成大修。
2.3 新型悬挂式管柱技术
2.2.1管柱结构及工作原理
应用了y342、czk344-115ⅲ封隔器技术,分别与zjk轨道式配水器、普通空心配水器组配管柱。
y342封隔器结构原理基本与y341封隔器相同,不同的是采用了旋转解封的方式,其工作压力≤35mpa,耐温120~150℃。
czk344-115ⅲ封隔器具有双重密封功能,密封部件由膨胀密封元件和自密封元件构成。
能够承受较高压差15~30mpa。
2.2.2现场试验效果分析
悬挂式czk344-115ⅲ管柱技术、y342管柱技术主要用在现河庄油田河31、河68等断块的沙二段常压分层注水井。
实施20井次,增加有效注水31 474m3,平均生产时间164天。
悬挂式y342管柱技术应用2口井。
2.2.3 y342、czk344-115ⅲ封隔器管柱技术评价
k344型水力扩张封隔器优点在于,易于停注后充分反洗井,且不必人工座封封隔器。
不足之处在于自密封件在下井过程紧贴套管壁下行,同时承受液柱顶力在一定程度上会造成密封件损坏。
y342悬挂式管柱的最大优点是油管的纵向伸缩不会造成封隔器自动解封。
缺点是封隔器蠕动胶筒磨损的情况仍不可避免。
3 结论
通过近年来的各类分注管柱的现场应用效果及技术特点分析,对今后分注关注的发展方向得到以下认识:
1)锚定管柱技术、悬挂式y342、czk344-115ⅲ封隔器管柱技术对比常规悬挂式y341分注技术取得了较大程度的提高;
2)对于双卡瓦注水管柱,可引进试验可钻可取式y441高压注水封隔器,要求该封隔器具有反洗井功能。
在解封失效的情况下采用钻磨工具即可快速钻掉并起出封隔器;
3)通过油田外部的相关技术调研,认为悬挂式(无锚定)压力平衡管柱技术将是分注管柱技术的发展方向。