大排量分层注水工艺技术研究

大排量分层注水工艺技术研究

汪丽丽 1 王金峰2 李宏柏1 高 哲1

（1.大庆油田有限责任公司采油工艺研究所 ； 2.大庆油田有限责任公司油田建设设计院 ）

摘 要:本文概要分析了渤海油田的开发特点，重点介绍了一种适应该油田大排量注水要 求的注水及调配工艺。该工艺采用双水嘴结构有效地解决了单层注入量大的问题，采用液 力投捞方式简化了分层水量的调配过程，通过在渤海油田2口注水井的应用，见到了较好 的效果，满足了渤海油田的分注要求。

主题词:渤海油田 ；大排量注水；液力投捞；双水嘴结构

1 前 言

渤海油田是国内最早投入工业性开采的海上油田，由于长期以来一直采用电泵强采，导致该油田地层能量亏空较大，采油效率逐渐下降，直接影响到油田开采的整体经济效益。为了保证持续开采，提高开发的整体经济效益，该油田已在一些老的区块进行油井转注，并计划对一些即将投产的新油田进行分层注水。目前，国内外没有适应该油田采用预置式工作筒、井斜大、注水量大、平台工作周期短、施工作业面小等特点的分层注水技术，海洋油田的注水管柱及工具，不具备液力投捞等功能，没有可供借鉴的分层注水工艺及相应的测试技术。因此急需发展一套适应于该油田的大排量分层注水工艺及相应的测试技术。

2 工具结构及工艺原理

2.1 工具结构

渤海油田大排量分层注水管柱主要由油管定位器、插入密封器、配水堵塞器等井下工具组成（图1）。

注水层I 油管 防砂套管 油管定位器 插入密封段 堵塞器 φ70

注水层V 注水层II 注水层III 堵塞器 φ67 注水层IV 筛 管死 堵 图1插入密封分层注水管

作者简介：汪丽丽（1974-），女，工程师，从事采油工艺技术研究工作、

1

2.1.1 插入密封器和配水堵塞器

插入密封器由密封总成、洗井机构、配注工作筒及辅助机构组成。配水堵塞器有 Φ67mm、Φ70mm两种 规格，它由打捞头、配注本体、定位限位部件及双水嘴注入机构组成。插入密封器可与井120.7mm预置工作筒配合密封，具有分隔地层、插入密封和洗井功能。其中心管又具备配水堵塞器的密封工作筒功能和堵塞器定位功能，与配水堵塞器配合，可控制各层的注入量。

插入密封器和配水堵塞器采用的是插入式密封形式，工具及管柱结构设计合理，避免了常规封隔器上提解封出现的问题，不仅寿命长可靠性高，更便于现场组织施工。由于采用双水嘴注水方式，使插入密封器和配水堵塞器具有较大的注水通道和洗井通道面积，流体通过工具时的阻力较小，能够在较小的压差条件下，满足大排量注水和洗井时要求工具的主通径较大，也能够满足测试方面的要求。 2.1.2 辅助工具

辅助工具主要由配水器专用的钢丝打捞器、配水器的节流器、井口防撞缓冲器等和配水器的剪刀防退机构及限位机构等组成。这些机构的作用是保证节流器能够定位在相应的配水堵塞器上，封堵配水器中心孔，增加洗井时的动力，减小洗井排量，提高液力投捞配水堵塞器的成功率。在洗井排量达不到要求时，也可使用钢丝携带专用钢丝打捞器打捞配水堵塞器。 2.2 工艺原理

管柱施工时，根据井下套管定位器的位置，将插入密封器下至预定深度与相应的井下密封工作筒配合，达到密封油套环形空间、分隔地层的目的。管柱施工完成后，由井口投入配水堵塞器，进行分层注水。注入水通过两只配水堵塞器的配水通道进行分流，最多可同时注入五个层段，从而实现分层注水。

洗井时，洗井液从油套环空进入，经过插入密封器洗井通道至井底，从管柱尾部筛管进入油管 后返回，实现反循环洗井。

分层水量的调配，通过投捞配水堵塞器更换合适的水嘴实现，配水堵塞器的打捞有两种方式，即钢丝打捞和液力投捞。液力投捞时，先投入配水器定位器，封堵配水堵塞器的注水主通道，再进行大排量洗井，配水堵塞器被冲出后，在井口防喷管中进行直接捕捉或缓冲后取出。 2.3 管柱的工艺特点

（1）该管柱既起到分隔地层的作用又能实现多层分注，能够更有效的保持地层压力。 （2）该管柱可以采用钢丝投捞和液力投捞两种方式，使施工既简便又可靠。 （3）该管柱能够满足单层最大注入量350 m3/d的注入要求。

3 室内及现场试验

3.1 室内模拟试验 3.1.1 工具性能试验

地面试验，所有工具各密封部位都能双向承受压差25MPa，稳压30min，无渗漏，一次密封合

格率100％，所有工具均可耐温90℃。插入密封器洗井凡尔等部件开关灵活，开启力为60－70N。打捞器打捞配水堵塞器，打捞负荷小于100N，打捞成功率100％。以上说明工具性能是可靠的。

2

3.1.2 配水堵塞器液力投捞试验

试验管柱如图1，试验油管为Ф76mm油管，试验数据见表1。

表1 Ф67mm配水堵塞器液力投捞与洗井排量的关系

洗井排量（m3/h） ＜23 23－25 25(－35) ＞35 不带节流器堵塞器 洗不出 洗不出 洗不出 可洗出 带节流器堵塞器 洗不出 可洗出,速度慢 洗出速度1.3m/s 洗出速度较快 备 注 只能采用打捞器打捞 液力投捞临界状态 推荐使用带节流器堵塞器 有洗井条件时可使用

从上述数据可以看出,在洗井排量达到25 m3/h时，可以顺利洗出井下配水堵塞器。 3.1.3 嘴损试验

由于配水堵塞器中心孔主通道的节流损失较小，可以忽忽略不计，因此该试验主要考虑水嘴损

失。嘴损装置采用了Ф70mm配水堵塞器，水嘴损失试验流程图见图2。

压力表1

来水闸门

嘴损装置 流量计

压力表2

出口闸门

接水池

图2 嘴损试验流程

首先进行带回压时的嘴损试验，将来水闸门和出口闸门打开，控制并保持来水压力为12MPa

（压力表1），再调节出口水压为某一压力值（压力表2），待水流稳定后记录流量及出口压力。

其次进行出口无压力控制的嘴损试验，将出口闸门打开至最大，控制来水压力（压力表1）至某一压力值，待水流稳定后记录流量及出口压力，反复多次直至来水压力达到12MPa或流量达到300m3/d。

根据上述试验所记录数据，绘制出单、双水嘴损失曲线图3、图4 ，图中纵坐标是嘴前嘴后压

差的开平方值，横坐标为流量（m3/d）。

3

ΔP

2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0

4.0 5.0 6.0 7.0

ΔP

2.5

8.0 9.0

4.0 5.0 6.0 7.0

8.0

2.0

9.0

1.5 1.0 0.5 0

50

100

150

2000、

250

、(m3/d)

0

100

从图中可看出：

0

图3 Ф4.0-9.0 mm单水嘴嘴损曲线 图4 Ф4.0-9.0 mm双水嘴嘴损曲线

2000

300 400

500(m3/d) 、

通过试验可以得出：

（１） 在一定压差（流量）范围内，单个水嘴的压力损失与双水嘴压力损失数值的一半相当。 （２）Φ8.0mm左右的双水嘴在注水压差为1.8Mpa~2.1 MPa能满足单层300 m/d左右注水排量的要求。

（３）在试验所取数据的范围内，图中数据关系基本为线性关系，这也为插入曲线，加密嘴损曲线图板，提供了一定依据。 3.2 现场试验

3

在室内试验的基础上，在渤海W4-4和SZ36-1-a8 两口新开发的注水井中下入该工艺技术管柱

并进行了现场注水试验，均获得了合格资料。其中W4-4注水井在洗井排量达到35 m3/h时，洗出堵塞器需要时间35-38min，该井的建议配注与实际注入水量对比如表2。

表2 W4-4井的建议配注与实际注入水量

油 层 顶深（m） 底深（m） 建议配注 （m3/d） 实际配注 （m3/d） 误差（%） 313.3 105 66.5 61 0 535.8 297.8 98.3 63.8 65.1 I 2046.1 2058.2 II 2080.2 2089.5 III 2092.8 2108.1 IV 2137.2 2158.5 V 2218.4 2226.7 封堵 全井 525 5.2 6.82 4.2 -6.3 0 2.1

从表2可以看出，使用大排量分层注水管柱能够达到配注要求，误差可以控制在15%以内。说明该管柱能够实现单层最大注入量350 m3/d ，该工艺是可行的。

4 结论及认识

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（1） 通过试验及现场验证，该项技术能实现大排量分层注水,能够在海上油田注水的条件下实现液力投捞。注水管柱采用插入密封方式，易于施工和维护，管柱中的所有密封T型和O型胶圈具有承压高、耐温好、寿命长的优点。管柱的最小通道为Φ35mm，可适应测试配套措施。 （2） 嘴损试验得出的单双水嘴排量的关系，为减少水嘴规格、数量和以不同直径的2个水嘴组合成单一直径的当量水嘴提供了依据，使用一定数量的水嘴 ,可以覆盖比较广的排量范围。 （3）从现场方面看，单层注入量超过300m3/d。

（4）大排量分层注水工艺技术可解决渤海油田分层注水及测试的技术问题，具有易于使用、适应性强等特点，可用于所有具备Φ120mm密封工作筒的水井分注和测试。

（5）该技术的使用，能够满足渤海油田的注水要求，对该油田降低开发成本，获得较高的经济效益和社会效益具有非常重要的意义。

编辑: 汪玉华 王凤山(兼)

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