江汉油田分层注水工艺技术

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同心双管分层注水工艺推荐度：
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分层注水在油田现场应用

江汉油田分层注水工艺技术

姚永柏徐兴权石玉民

（江汉油田分公司采油工艺研究院）

目前江汉油田共有方案分层注水井１５９口，占注水井总数的２６．７７％，实际分注井１５０口。常用分层注水管柱主要由Ｙ３４１注水封隔器、偏心配水器、底部循环凡尔及筛管丝堵等组成。

随着油田开发时间的延长；“十五”期间，江汉油田套管变形井、斜井越来越多；同时随着开发的深入，开发重点转为深层低渗透油藏和储量动用程度差的薄夹层，因此对注水工艺提出了新的要求。为了满足油藏开发新的需求，研制了一系列新型分层注水工艺技术，形成了适应不同应用条件的分层注水新工艺及其配套的投捞测配技术，这些分层注水工艺技术基本能够满足斜井、套管变形井、细分层注水井、深井超深井、高压井等分层注水的需要，为油田注好水、注够水，实现注水开发的良性循环做出了卓有成效的工作，取得了较好的效果。

１油藏开发对分层注水工艺的要求

江汉油田注水井分层管柱多采用：由Ｙ３４ｌ注水封隔器、偏心配水器、９５２—１底部循环凡尔及筛管丝堵等组成，此常规分层注水管柱对江汉油田前期的注水开发发挥了积极和重要的作用，但随着油田进入开发中后期，含水不断上升，油田开发重点转移、开发难度增加、开发效益降低，油田开发对注水管柱又提出了新的要求：

①分层注水管柱能够适应变形井的需要。由于井下腐蚀、地层应力等因素的影响，随着开发时间的延长，注水井套管损坏问题越来越突出，主要集中在江汉油区王场油田西区、中北、北区、钟市和陵７６井区，八面河面４区、面１２区、面１４区等，主要的损坏形式是套管变形。由于常规分层注水管柱无法通过变形点，在开发过程中，部分重点注水井因此改为笼统注水或停注，导致对应油井含水上升、产量卞降。因此要求分注管柱及配套工具小外径、高强度，实现套管变形井的分层注水。：

：

②分层注水管柱能够应用于斜井注水。“十五”期间，新沟嘴组储层成为油田开发的主要对象。由于新沟嘴组大多数油藏为低渗透、低饱和敏感性储层，孔隙度、渗透率普遍较低，非均质严重，自然产量低，投入注水开发后，普遍出现注水压力高的现象；另外由于这些注水井紧邻长江和汉江，地下情况复杂，因而大多为斜井，这就使得分层注水管柱在井下受力发生变化，封隔器胶筒单边承压受力不均。因此为了适应注水需要，分层注水管柱须具有扶正功能，同时能耐高温高压，这样才能延长工作寿命，提高注水开发效益。

③能够应用于深井的高压、超高压注水管柱。随着地质认识不断深人，滚动开发成果扩大，“十五”期间王广、黄场等区块相继扩边。由于这些区块均为深层低、特低渗透油藏，地层物性较差，，注水难度大，部分井由于注水压力过高被迫停注，造成有效补充地层压力与】３９

分层注水在油田现场应用

注水量的矛盾较为突出。因此要求开发耐高温高压的超高压注水管柱及井下工具，以适应江汉油区低渗透油藏的开发需求。

④能够实现细分层注水。油田进入高含水期后，层间、层内矛盾激化，高渗透层单层突进现象严重，对应油井出现过早水淹，而中低渗透层出现欠注，注水开发储量动用不均衡。因此需进一步细分层系注水，以提高注水开发效果，加大中低渗透薄夹层的储量动用程度。

２新型分层注水管柱及配套工艺

２．１套管变形井分层注水管柱

江汉油田已进人开发中后期：注水井套管由于使用年限长、井下腐蚀等原因损坏严重，套损套变井增多，套管缩径现象普遍，目前井下技术状况不良井达１０７口，其中套管变形、漏失和错断的注水井分别为４２口、１９口和８口，占不良井总数的６４．５％。常规分层注水管柱因套管内径缩小而难以通过套管变形点，因此不能应用于套管变形的分层注水井中。导致部分重点注水井因井况不良而欠注严重，甚至停注，影响对应油井产量。为了满足生产需要，研究了适应５％ｉｎ套管变形井的分层注水管柱及其配套工具，让部分套管变形井恢复正常分层注水。

２．１．１施工工艺

变形井偏心注水管柱由Ｙ３４ｌ一１０５或Ｙ３４１—１１０注水封隔器、ｌ（Ｉ）Ｘ一１０５偏心配水器、９５２—１底部循环凡尔及筛管丝堵等组成两级两层分层注水管柱，如图１。

将管柱下完以后，油管内憋压坐封封隔器密封油套环空，使得各油层分隔开来，同时将套管变形、穿孔部位的套管环空与下部注水部位的油套环空分隔开来，最后按要求投捞、注水和测配。

２．１．２管柱特点

管柱有两种规格：外径分别为１０５ｍｍ和１１０ｍｍ：分别

适用于工作压差分别为２５ＭＰａ和３０ＭＰａ、工作温度１３５℃、

套管内径１１０～１２４ｍｍ的注水井，使用时变形点最小内径应

大于分注管柱外径４ｍｍ以上。注水层上部增加一级封隔器，

避免套管变形、穿孔部位对注水的不利影响；在注水压力

波动大、温度变化大的分注井中，可在管柱顶端封隔器的

上部装配水井油管锚，以防止压力及温度变化引起的管柱

蠕动，保持封隔器有效密封，延长分层注水井的换封周期；

偏心配水器偏孔直径和主通道内径与常规配水器相同，因

而可以应用常规井的投捞测试工艺；封隔器优化了结构设

计，使其在内径不变而外径缩小的情况下，耐温１３５℃、耐

压２５ＭＰａ，反洗排量３０ｍ３／ｈ。

２．１．３应用情况

５％ｉｎ套管变形井分层注水管柱及工具在江汉、中原、图１

１４０套管变形井分注管柱冀东和丘陵油田进行了现场试验，工艺成功率１００％。最高

分层注水在油田现场应用

分注层数４级４层，最长工作寿命６５５天，分注井注水最高压力３６ＭＰａ，最小变形井段１０８ｍｍ，封隔器最大下人深度达２８３０ｍ。

典型井分析：

Ｌ１５—２６井：套管内径为１２４ｍｍ，在１８０５～１８１３．８ｍ处套管变形，最小变形为儿２ｍｍ，要求分注两层，层位分别为２８１５～２８２３．８ｍ和２８７９～２９１３．‘５ｍ。于２００３年５月６日下人了ＫＳＱ。１０５水井双向锚、Ｙ３４１—１０５注水封隔器、ＫＰｘ—１０５偏心配水器等工具组成的５％ｉｎ变形井分层注水管柱，最下级封隔器下深２８３０．１４ｍ，整个下井过程顺利，工具过变形点时无遇阻现象，施工一次成功。投人注水后，日注水量１２０ｍ３，注水压力达２９ＭＰａ，套压为０，取得了较好的分层注水效果。．

２．２斜井分层注水管柱

江汉油田进入开发中后期，斜井越来越多，江汉洫区斜井分注井主要集中在马王庙油田，井斜度一般在３００左右，且注水压力波动大，引起封隔器失效频繁，分注成功率低，有效期短，平均换封周期仅１４３天，分层配注合格率最低时仅为５７．９％，已严重影响油田注水开发效果。结合江汉油田的具体情况，研究了一套适合于

斜井的分注工艺技术。乒

’２．２．．１施工工艺背油管液力扶正器斜井分层注水管柱由油管液力扶正器、Ｙ３４１注水封隔《：》‘Ｙ３４１注水封隔器器、ＫＰＸ一１１４偏心配水器、９５２—１ｃ底部循环凡尔及筛管丝．。

堵等组成，如图２。Ｌ厂ｈＪ偏心配水器

当管柱下完以后，油管内憋压坐封封隔器及液力扶正注水层！ｊ／油管液力扶正器器。由于液力扶正器的支撑作用，使得管柱始终处于套管中Ｔ－ｒ

心，改善了封隔器的工作条件，使密封件受力均匀，达到延０》Ｙ３４ｌ注水封蕊器长斜井分注管柱寿命的目的。对于需进行套管保护的井，可Ｈ偏心配水器由套管泵人套管保护液，至灌满油套环空为止，然后按要求注水层！

注水、投捞和测配。≥９５２—１循环凡尔

２．２．２管柱特点。唰卜－ｌ一筛管

，该管柱可应用于工作压差小于３５ＭＰａ、温度低于１５０℃、求丝堵

臣图

井斜小于４５０的注水井，分注层段数不受限制，理论上可无限人工井底制分层注水。在注水压力波动大、温度变化大的分注井中，图２套管变形井分注管柱可将管柱上部的油管液力扶正器更换为水井油管锚，同时在

管柱中配置伸缩补偿器。分注管柱上下增加的油管液力扶正器具有扶正、支撑斜井管柱的功能，采用刚性扶正，使得管柱始终处于套管中心，改善了封隔器的工作条件；该支撑器由于无卡瓦结构，因此具有不伤害套管、起下方便等优点。同时配有水井油管锚的分注管柱具有扶正和锚定功能，扶正的同时消除了各种管柱效应造成的管柱蠕动现象，达到延长斜井分注管柱寿命的目的。

２．２．３应用情况

斜井分注管柱通过在江汉油区马王庙、洪湖和江陵等油田的现场应用，成功率达１００％，最大井斜度３８。，最多层数三级三层，最高注水压力３６ＭＰａ，最大井深３１４５ｍ。斜井在采用常规注水分注管柱时平均寿命只有２个月左右，而采用现有的斜井分注管柱后平均寿

、●】４】

分层注水在油田现场应用

命达到２００天以上。

典型井分析：

马５６斜１井：该井原为笼统注水井，井深１６８０．４１ｍ，井斜度为２８０，下两级两层斜井分注管柱分注新下３１层和新下３２层，施工后根据测试资料进行配注。日注水量３２ｍ３，注水压力１２．３ＭＰａ，有效期长达５３０天。

２．３高压分层注水管柱

随着开发的深入，新沟嘴组储层成为油田开发的主要对象，该储层孔隙度、渗透率普遍较低，层间非均质严重，因此注水压力较高（＞３５ＭＰａ）；同时在高压分注过程中，由于压力波动所产生的管柱效应使管柱产生蠕动，使封隔器密封胶筒被损坏，‘封隔器失效或解封，管

柱失效。为此研制了一种可应用于深井的高温高压分层注

牛ｆ

ｒ

串

Ｉ，一、管柱伸缩补偿器水管柱。ｉ２．３．１施工工艺安全接头水井油管锚。高压分层注水管柱由管柱伸缩补偿器、ＳＹＭ水井油管锚、Ｙ３４１高温高压注水封隔器、高强度偏心配水器、９５２—１循环凡尔以及筛管丝堵等工具组成，如图３。｛ｌＹ３４ｌ注水封隔器将带死嘴的堵塞器装入高强度偏心配水器的偏孔内，

当管柱下完以后，从油管内憋压，水井双向锚坐卡与套管偏心配水器

狂水层ｌｌＬ广ｐ１）咬合，封隔器坐封，同时管柱伸缩补偿器剪钉剪断，进人

Ｙ３４１注水封隔器

偏心配水器工作状态。通过钢丝将投捞器下入井内逐级投捞各级堵塞器后，进行分层注水。在注水过程当中如果需要洗井，液

体可由套管泵入，经底尾部循环凡尔，从油管返出，实现ＩＬｌ注水层：ｊ

ｏｏ

Ｉｌ９５２—１循环凡尔筛管丝堵反洗井。换封时，上提管柱即可解卡水井双向锚、解封封隔器。２．３．２良刘ｏＯ技术特点

隆ｇ

人工井底该管柱可应用于５％ｉｎ、７ｉｎ套管，工作压差小于

５０ＭＰａ、温度低于１５０℃的注水井。分注层段数不受限制，

图３高压分层注水管柱

，管柱具有锚定和补偿的功能，可以使封隔器长期处于静止和扶正状态，有效地延长了注水封隔器的工作寿命。通过

优化设计，提高了井下工具的耐压指标，高压偏心配水器结构与常规偏心配水器相同，因而在小于３０００ｍ的井中可以应用常规井的投捞测试工艺；该管柱还可应用于高温高压的深井分层注水，此时需采用液压减载投捞工艺进行调配，以弥补常规投捞工艺在深井投捞中的不足。

２．３．３现场’应用

高温高压分层注水管柱在江汉、中原、吐哈、青海、江苏等油田进行了现场应用，成功率９８％，最高工作压力４０ＭＰａ，最高工作温度１４０℃，最多分注层数４级４层，最长工作寿命７８２天，工作井深达３８２０ｍ。

２．４超高压注水管柱

由于深层低渗透油藏地层物性较差，注水压力高（部分超过５０ＭＰａ），且增注措施效果差，常规分注工艺难以满足要求，以至于这些区块的欠注井层较多，使得注采矛盾更加突１４２

分层注水在油田现场应用

出。针对这些问题，研制了超高压注水管柱。

苛中

Ｌｒ］Ｊ管柱伸缩补偿器

｜连通阀２．４．１施工工艺主要由管柱伸缩补偿器、连通阀、安全接头、水力锚、

Ｙ２４１注水封隔器、坐封球座和筛管、丝堵等组成，如图４。半叫

Ｌ√，、安全接头

水力锚根据施工设计配管柱下井，当管柱下完以后，从油管内加液压，水力锚锚爪伸出并与套管咬合；封隔器坐封。继续升高液压，管柱伸缩补偿器进入工作状态，继续加液压直至

球座打开，建立注水通道。换封时，打开连通阀，使油套连

通，在油套压力平衡后，水力锚锚爪收回，上提管柱，解除

封隔器锁紧状态，实现封隔器的解封。

２．４．２■辛Ｙ２４ｌ注水封隔器耳辛、ｉ．。０７

注水层坐封球座技术特点弋筛管

丝堵该管柱适用于工作压差小于６０ＭＰａ、工作温度低于１５０℃、井深小于４５００ｍ的注水井。也可直接用于井斜小于

３０。的注水井中。管柱具有反洗功能；在封隔器上部安装有水睫仑ｇ

人工井底力锚，解决了管柱蠕动，保护了封隔器胶筒，同时卡瓦还具

有扶正功能。管柱伸缩补偿器补偿管柱的伸长和缩短，消除

管柱的轴向应力，防止管柱弯曲变形或损坏。图４超高压注水管柱

２．４．３现场应用

该管柱在江汉油田应用的最高注水油压为５１ＭＰａ，封隔件承受最大压差４４ＭＰａ，封隔器下入最大井深３８４２ｍ，最大井斜２２。。

典型井分析：

马５０斜１—５井：注水层位下３１—２（１６７７．０～１６９６．８ｍ）和下２３—５（１６１９．６～１６５８．６ｍ），分析认为下３１—２层吸水压力应在３０ＭＰａ左

右，２００３年５月２７日一５月２９日，采用可洗井超高压分

层注水管柱实施超高压增注。施工前日注水仅２２ｍ３，施工

后日注水量４０ｍ３，注入压力３１．５ＭＰａ，套压５．６ＭＰａ，注

水效果良好。

注水层本些．１管柱伸缩补偿器ｓＹＭ水井油管锚Ｙ３４１注水封隔器串碎偏心配水封隔器２．５细分层注水工艺技术

油田进入高含水期后，开发的重点转向储量动用程度

差的薄夹层，为提高注水开发效果，需要细分层注水，以

加大薄夹层储量的动用程度。为了满足生产需求，研制了

一种可应用于深井、超深井的细分层注水管柱及其配套的

投捞测配工艺技术。：仁，，：｜｜｜｜Ｉ注水层‘！Ｙ３４１注水封隔器｜ｌ｜Ｉ偏心配水封隔器注水层：｝．Ｌ一

｜｜

ｌＩ２．５．１施工工艺该管柱由Ｙ３４１注水封隔器、桥式偏心配水封隔器、

９５２一ｌ循环凡尔、筛管丝堵等工具组成，应用于深井、超

深井或高压注水井时，还需配置管柱伸缩补偿器、ＳＹＭ水

井油管锚。如图５。

将带死嘴的堵塞器装入桥式偏心配水封隔器的偏孔，爿９５２—１循环凡尔筛管丝堵人工井底注水层．：巴司一：ｌ臣ｇ图５细分层注水管柱１４３

分层注水在油田现场应用

内，根据施工设计将管柱下井，利用Ｙ３４１封隔器和桥式偏心配水封隔器将各层段卡开，一个桥式偏心配水封隔器的堵塞器内装有两只水嘴，可分别配注两个注水层段，当管柱下完以后，从油管内憋压坐卡水井油管锚，坐封封隔器和桥式偏心配水封隔器，各注水层段被分隔开，继续提升液压至管柱伸缩补偿器的剪钉剪断；使其进人工作状态；’然后由套管泵人配制好的套管保护液直到充满整个油套环空。然后按要求进行投捞、分层注水、测配。换封时，上提管柱即可解卡水井双向锚、解封封隔器。

２．５．２技术特点‘

该管柱可应用于工作压差小于３５ＭＰａ、工作温度低于１５０℃的细分层注水需要，同时分注层段数不受限制，理论上可无根制分层注水，偏心配水器堵塞器内设计有两个水嘴，投捞一次可调配两个水嘴，降低了投捞工作强度，提高了投捞效率。管柱可准确卡位，实现细分层注水厚度最小达２ｍ。配套的测试仪一次测试可以伺时直接测得两个单层的压力、流量、温度共六个参数。

２．５．３现场应用

细分层注水管柱分别在吐哈、青海、长庆油田进行了现场应用，管柱下人深度为２７２３．８～３９５２．１６ｍ，井温９２．１～１２８℃，最高注水压力３６ＭＰａ，管柱在井内最长时问５１２ｄ，钢丝投捞下井最深３９０７：７ｍ，最多投捞层数４层；快速分层测试３井次，测得最小流量为２．５ｍ３／ｄｊ单井次最多测试层数４层；封卡层间隔层最小厚度２．２ｍ，油层最小厚度２．９ｍ的两级四层细分层注水。根据现场应用，细分层注水管柱解决了常规分层注水管柱偏心配水器间距及深度限制的问题。

２．６配套工艺技术

２．６．１液压减载投捞技术

在深井超深井投捞调配时，由于钢丝自重增加，其有效载荷减少，投捞成功率低；同时由于腐蚀结垢等原因，使打捞堵塞器的拉拔力较大，致使采用常规投捞器打捞时，出现捞不出甚至拉断钢丝的现象。为此研究了液力减载投捞工艺技术、研制了液力减载投捞器。

（１）结构

液力减载投捞器主要由动力部分、液力助力放大部分、活动式投捞爪部分、导向支撑部分构成。

（２）工作原理

打捞堵塞器：在投捞器上安装上打捞头，收拢投捞爪和导向爪并锁定，用钢丝连接下入井内，将投捞器下过偏心配水封隔器工作筒，然后上提到其上部，投捞爪和导向爪向外张开。液力助力放大机构启动。再下放投捞器，在导向爪作用下，打捞头捞住堵塞器的打捞杆。再上提投捞器，堵塞器凸轮在扭簧的作用下向下转动内收，堵塞器被捞出工作筒，起到地面。如果当堵塞器被垢、锈或异物卡死，拔不动时，可在地面不断提放钢丝，将液体不断地泵人液力助力放大部分：通过液力助力放大部分的作用，将液压转化为对堵塞器较大的拉拔力，强行将堵塞器拔出偏心配水封隔器工作筒，起至地面。在此过程中，由于支撑部分的作用，堵塞器对投捞器的反作用力承载在偏心配水器上，而钢丝只承受自身重力和泵人液体的吸力。投送堵塞器与常规投捞器原理相同。１４４

分层注水在油田现场应用

（３）主要技术参数，见表１。

表１减载投捞器主要技术参数

规

总长／ｍｍ

最大外径／ｍｍ

适用的配水器类型格ＴＬ４４Ｊｚ—Ａ、１９５６４４ＴＬ４４ＪＺ—Ｂ２０３ｌ４４规格ＴＩ斛ＪＺ～Ａ≥４６３０ＴＬ４４．『ｚ—Ｂ≥４６３０适用内径／ｍｍ最大拉拔力／ｋＮ常规偏心配水器偏心配水封隔器

２．６．２桥式分层测试技术

为了克服递减法测试分层流量时无法直接测得单层流量，要通过递减法测试间接求得，存在的较大层间干扰误差，造成调配效率及资料合格率低；在测压时使用存储式小直径压力计，会产生流量、压力波动，降低了测得压力资料的准确性等问题。研制了一种桥式测试仪，该测试仪与桥式偏心配水封隔器配套使用时可直接同时测得两个单层的流量、压力、温度等参数√一次下井可以测得全井各注入层段的流量、压力、温度等参数。

（１）结构

（２）工作原理

当桥式测试密封段（带测试仪）在偏心配水封隔器内坐到位后，由于支撑爪的定位作用，测试密封段３组皮碗之间的上、下出液孔恰好分别对准偏心配水封隔器堵塞器的上下两个进水口，水流分别经过桥式测试密封段的两组测试仪进入堵塞器内后注入到地层，由此同时直桥式测试密封段主要由绳帽、上测试仪部分、密封段部分、下测试仪部分以及支撑部分组成。接测得上、下两层的单层段参数。同时由于桥式测试密封段内布有桥式通道，其他层位的水流由此经过而流人相应的进口，使测试时，对其他层的工作状况无影响。

（３）主要技术参数，见表２。

表２桥式测式密封段主要技术参数

规格总长／ｍｍ

１４６０钢体外径／ｍｍ４４。Ｉ工作压力／ＭＰａ８０。工作温度／℃１５０ＣＳＦ４４×１４６００Ｓ

３认识与建议

近年来，分层注水工艺的各种分层注水管柱及配套工具进行了研究；并通过在吐哈、冀东、华北、中原、江苏、江汉等油田进行了应用，满足了各油田在套管保护、变形井分注、斜井分注、高温高压、细分层以及深井注水等方面的生产需要，取得了较好的效果并得到了各油田的认可。

①通过现场应用，证明了套管变形井用分注管柱能够适应变形井分层注水的需要，分注工具达到小外径、高强度，能够代替常规的分注工具，使套管变形的分注井恢复注水。

②细分层注水管柱可实现层间夹层厚度最小达２ｍ的注水井细分层注水的需要。

③液力减载投捞器改善了投捞钢丝的受力状况，将钢丝较小的拉力转化为对堵塞器较大的拉拔力，消除了钢丝被提断或堵塞器打捞不出的可能性，较好地解决了深井超深井堵塞器投捞调配的难题。

④桥式分层测试技术实现一次测试可以同时直接测得上、下两个单层的压力、流量、温度共六个参数，一次下井可测得全井各单层的压力、流量、温度参数，测试时不停井、不停层，消除了层间干扰，测试资料更加准确。

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分层注水在油田现场应用