国内分层注水技术新进展及发展趋势

第33卷 第2期石 油 钻 采 工 艺

Vol. 33 No. 2国内分层注水技术新进展及发展趋势

张玉荣1　闫建文2，3　杨海英1　王海军4　马献斌4　檀为建4

（1.东北石油大学，黑龙江大庆　163318；2.北京交通大学，北京　100044；

3. 中国石油勘探开发研究院，北京　100083；4.华北油田公司，河北任丘　062552）

摘要：注水是实现油田开发长期高产和稳产的重要技术手段。论述了注水技术的发展历程，总结了国内注水技术现状及最新进展，分析了目前注水工程存在的问题及面临的技术挑战，提出注水技术发展对策和管理措施，对未来注水技术进行了展望，对注水技术应用、油田现场注水技术管理和科技攻关具有一定的指导意义。

关键词：注水工艺；分层注水；油田开发；新技术；现状；进展；发展趋势中图分类号：TE357.6　　　文献标识码：A

Technologies of separated layer water flooding: an overviewZHANG Yurong1, YAN Jianwen2,3, YANG Haiying1, WANG Haijun4, MA Xianbin4, TAN Weijian4

（1. Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China; 2 Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China;

3. Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing 100083, China; 4. Huabei Oil eld Company, Renqiu 062552, China）

Abstract: Water flooding is one of crucial measures for long-term high and stable productions of oilfield development. The histori-cal course of water flooding technology is described, and then brief review of the present status and development of the research are summarized in this paper. Based on that, the exist problems and the technical challenges for present water flooding operation is analyzed and then give birth to the development and management of water flooding technology. The overview of flooding future affords benefit for application of water flooding, on site operation management and science and technology development.

Key words: water flooding technology; separate layer water flooding; oilfield development; new technology; progress; tendency

为满足不同油田开发阶段的技术需要、解决油田

开发层间矛盾、实现有效高效注水，经过不断研究和技术创新，不同注水开发阶段出现的技术难题［1］得到解决，油田注水由早期的笼统注水逐步发展为分层注水、细分层系注水和精细注水，注水工艺经历了笼统注水、同心注水、偏心注水、集成式注水、智能注水五个主要发展阶段［2-8］，分层注水工艺管柱及井下工具、配套的测调工艺不断发展完善，形成了以桥式偏心分层注水工艺为代表的分层注水技术系列［9-11］，注水井细分程度、测调效率、测试精度、注水合格率等指标

大幅度提高［12-17］，分层注水技术对均衡动用各油层

及提高差油层的动用程度发挥了重要作用，实现了多油层油藏的分层开采，为保证国内水驱开发原油产量保持在总产量的80%以上提供了技术支撑，新型注水工艺的不断发展使得国内分层注水技术始终处于世界领先地位。

1 注水技术现状及最新进展

1.1 注水技术发展历程

国内注水开发油田开发层系多且油层非均质性

基金项目： 中国石油天然气股份有限公司“十一五”重大科技攻关项目“高含水油田提高采收率关键共性技术研究”（2008B-0801）、中国

石油天然气股份有限公司勘探与生产公司攻关项目“分层注水工艺及高效测调配套技术开发与应用”（2009B-1202-02）资助。

作者简介：张 玉荣，1968年生。1991年毕业于大庆石油学院采油工程专业，在读博士研究生，现从事石油钻采装备与技术研究、油气田

开发技术研究工作。电话：010-83597422，E-mail：zhangyurong@。

层数量和性质不同、开发调整的对象和要求不同，对［18-21］。为注好水，注展到偏心式，再发展到与封隔器一体化；配注水嘴由固定式发展到活动式，再发展到电动可调式；水嘴投捞方式由起下注水管柱投捞发展到液力投捞和钢丝投捞［9-11］。分层注水工具从简单到复杂、品种从单一到系列应用，实现了4级以上多级分注，分层卡距从8 m以上逐步缩小，最小分层卡距可缩至1.2 m左右。配套的分层测试工艺，先后发展应用了投球测试、浮子流量计测试、电磁流量计测试、超声波流量计测试、涡街流量计测试和测调一体化集成测试，测试方法从递减法发展为直接测量，大幅度提高了测调效率和测试精度，测调工艺智能化、集成化程度不断提高［12-17］。

1.2 分层注水主体技术及研究新进展

国外油田在注水尤其是分层注水技术方面研究较早，已形成了一整套适合不同油田特点的系列分层注水工艺，分层注水封隔器、配水器等配套工具都已经标准化、规格化、系列化。总体上已经由初期的定压注水向定量注水转化，同时由于国外十分注重水质，没有不动管柱洗井的要求，对地层进行定量注水，测试调配工艺相对简单。

国内注水始于20世纪50年代，1954年玉门老君庙油田在L层边部MN27井开始注水，标志着国内油田注水技术进入实施阶段［1］。20世纪60年代研发成功固定式分层配水技术和活动式分层配水技术，20世纪70年代研制成功665-2偏心配水器，20世纪90年代研制成功同心集成式注水技术，进入21世纪，研发成功桥式偏心分层注水和高效测调联动分层注水配套技术，同时发展了防砂、分层注水一体化注水技术，研究应用了斜井等特殊结构井分层注水技术，分层注水工艺满足了不同开发阶段、不同类型油藏油田开发的注水需要，目前分层注水技术已经具备了分层、测试、调配、洗井、作业的特点和功能，为油田实现分层开采奠定了坚实的技术基础。1.2.1　同心集成式细分注水工艺　油田高含水开发后期，由于水井井数递增，测调工作量不断增加，研究应用了同心集成式分层注水工艺，单井测试调配周期由初期的5~7 d减少到2~3 d，分层卡距缩小到

对2个层段进行分层注水，投捞一次可调两层水嘴，两级配水器可完成4个层段的分注，管柱结构更有利于细分注水。井下注水管柱主要由内径为60 mm的Y341-114可洗井封隔器、内径为55 mm和52 mm不可洗井配水封隔器、内捞式Ø55 mm、Ø52 mm配水器等组成。能够在实际工况下同步测试分层流量、分层压力、注入剖面等资料，避免了递减法测试带来的误差，提高了测试精度。该套工艺适合注入水水质较好的地区推广应用［22-26］。

1.2.2　桥式偏心细分注水工艺　油层压力的监测和控制在实施有效油藏管理过程中始终占有重要的地位，全井压力无法反映不同性质油层的压力及其开采动态变化特点，新型测压工艺满足了高含水后期的注水需求。桥式偏心注水及测试技术通过桥式偏心主体与测试密封段的发明和创新设计，实现了多级双封单卡分层流量测试，调配简单、效率高、功能强，实现了井下瞬间关、测、调、堵功能［27-29］。桥式偏心分层注水工艺主要由偏心配水工作筒、偏心配水堵塞器、测试密封段组成。工作筒主体上有Ø20 mm的偏孔，用以坐入堵塞器。堵塞器在进、出液孔之间装有水嘴。偏孔内壁出液孔与工作筒中心Ø46 mm主通道相通，当测试密封段坐到位后，恰好对准测试密封段两组皮碗之间的中心管进液孔，因此可以测得本层的单层段参数。同时，由于Ø46 mm主通道周围布有桥式通道，使在本层段测试时，其他层的工作状况基本保持不变，减少了层间干扰，将层间干扰影响降到了最低。

采用双卡测单层技术和小量程流量计，减少了递减法测试误差和仪器误差，提高了测试准确度，对单层注入量低的注水井具有明显优势，实现了高效、准确的分层压力测试，测试工艺可同时满足磁性定位、验封、测压、分层流量、同位素吸水剖面等多项测试要求，获取25项分层动静态资料，有效提高多层且单层注入量小的水井注水合格率，监测套损区压力预防套损，判断并控制超破裂压力注水，搞好注水井方案调整，提高对储层的认识和数值模拟精度，在油田应用中见到了很好的效果。

1.2.3　高效测调联动分层注水工艺　为了进一步提高测调效率，满足加密测调的需要，在桥式偏心注水工艺基础上，发展了高效测调联动分层注水工艺，保持原测试配套工艺不变，采用电缆施工，测试调配一次下井完成，实现了不反复投捞水嘴、在井下自动调

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节水量大小的目的，大幅度缩短了测试调配时间，减轻测试工人的劳动强度，提高了测调效率［30-32］。

测调联动分层配水工艺主要包括地面控制调节系统、井下综合测调仪、流量可调式堵塞器3部分。地面控制调节系统主要完成对井下仪器的供电控制、通讯以及上传信号的处理与采集，可实现井下各层水量实时检测、调节过程检测、成果曲线绘制及吸水指示曲线绘制。井下综合测调仪可完成与偏心配水器中堵塞器的对接，对堵塞器进行调节，同时对井内流量、压力、温度等信号进行采集传输。流量可调式堵塞器可实现在井内控制调整目的层的水量。该技术在缩短测试周期的同时可提高注水井分注合格率，减少无效注水，有效提高老油田高含水后期的驱油效率。

1.2.4　分层防砂一体化注水工艺　国内东部渤海湾地区油藏储油层主要为东营组和馆陶组，砂体以细砂岩、粉细砂岩为主，地层为孔隙式泥质胶结，胶结疏松，在注水过程中由于注入水的溶解、冲刷作用，导致泥质分解破坏了地层的骨架结构，出砂状况较严重。注水井在作业、洗井和关井停注等情况下，由于井筒降压、层间窜通等造成地层激动，引起注入水反吐并大量出砂。出砂将严重影响注水井的工作状况，主要危害有：砂埋注水管柱；堵塞洗井通道造成注水井洗井不通，无法进行井下测试、调配；注水压力升高，吸水能力下降，不能完成方案设计的配注量；缩短注水管柱的工作寿命。为防止注水井出砂，研究应用了防砂分层注水工艺管柱，利用防砂管和配套工具进行挡砂，防止地层出砂进入注水井筒［33-35］。

可洗井分级测调分层防砂分层注水一体化管柱主要由补偿器、液压扶正器、丢手插封、挡砂皮碗、防砂管、配水器、可洗井封隔器、水力卡瓦和底筛堵等工具组成。管柱下井后从油管内打压使封隔器坐封，并启动水力支撑卡瓦、液控安全接头、补偿器、挡砂皮碗和液压扶正器；同时启动配水器控制机构，泄压后自动开启注水通道。注入水通过防砂管直接进入油层，可减少注水压力损失。各层注水量由注水芯子上的水嘴控制。洗井时，洗井液从油套环空进入，经过防砂管夹层和封隔器洗井通道从油管返出，可以清除因水质不合格引起的滤砂管堵塞。利用油层两端的挡砂皮碗和滤砂管把地层出砂挡在油层部位，防止砂子进入井筒，堵塞洗井通道。该工艺测试利用钢丝投捞，采用外流式电磁流量计进行测试，仪器一次下井可测调各层注水量，也可以采用聚流式

石油钻采工艺　2011年3月（第33卷）第2期电磁流量计进行分级测试。调配时必须先捞出上层

芯子，再捞出下层芯子，调配好水嘴后，先投入下层芯子再投入上层芯子。可洗井分级测调分层防砂分层注水一体化管柱可满足注水、洗井、防砂和测试调配等工艺要求，有效解决了分注、防砂问题。

1.2.5　套损井小直径分层注水工艺　随着油田投入开发时间的延长，注水井套损状况日趋严重，套损井数逐年增多。注水井套管损坏后，由于常规的分注工艺管柱外径较大，在套管变形井中无法下井使用，不但影响注水井的利用率，而且还严重破坏了注采系统，造成区块注采不平衡，导致低压区块的出现，给油田的稳油控水带来一定威胁。

为解决套损井修复后井筒尺寸变小、分层注水、测试调配实施难度大等一系列问题，研制了小直径分注管柱，管柱主要由KSQ小直径水力锚、Y341小直径注水封隔器（或K344小直径封隔器）、KPX小直径偏心配水器、球座等工具组成。小直径分注工艺工具尺寸小、胶筒膨胀率大，封隔器外径95 mm、100 mm，分注层数2~3层，使部分套损井能够进行分层注水，提高了区块整体注水开发效果。1.2.6　深井、超深井分层注水工艺　塔里木等油田具有油藏埋深大（＞4000 m），温度高（100~140 ℃）、压力高（＞45 MPa）、矿化度高（＞12×104 mg/L）、单井配注量大（＞168 m3/d）等特点，深井、超深井分层注水在分注管柱、配水器结构和寿命，投捞测试工艺等方面面临诸多挑战。深井分层注水管柱应满足如下条件：管柱强度要保证有足够的安全系数；管柱具有补偿和锚定功能，使管柱安全可靠；管柱及井下工具能安全起下；分注管柱与投捞测试技术配

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套；可实现不动管柱酸化解堵。通过工艺优选，确定偏心分注工艺为首选，采用双水力管柱锚定技术、伸缩管补偿技术、MCHR液压可取式封隔器、钢丝投捞工艺、井下电磁流量计测试工艺实现深井分层注水。Ø177.8 mm MCHR封隔器耐温135 ℃、耐压50 MPa，带水力锚；KPX偏心配水器由工作筒和堵塞器组成，最大外径114 mm；投捞工具包括单作用和双作用投捞器、井下振击器和打捞工具。该技术在塔里木LN2-A、LN2-B、LN2-C等注水井上分注试验成功，为实现深井分层注水及推广应用提供了有益的探索和经验。1.2.7　斜井、定向井分层注水工艺　在斜井、定向井分注中，由于井斜的影响，在重力作用下，管柱受到径向分力的作用，一方面使胶筒受力不均导致封隔

张玉荣等：国内分层注水技术新进展及发展趋势器密封性能下降，一方面测试调配仪器下入困难，为此，试验应用了液力投捞分层注入工艺管柱，解决了调配困难和管柱寿命短的技术问题［40-44］。

液力投捞分层注水管柱主要由管柱伸缩补偿器、水力锚、Y341-114注水封隔器、油管扶正器、KPX-114偏心配水器、952-1底部循环阀及筛管丝堵等组成，适应井斜度≤45°、井深≤4500 m的水井分注。为保证施工安全可靠，采用油管内液压坐封封隔器和水力锚。上提管柱解卡水力锚、解封封隔器。根据施工设计配管柱下井，利用封隔器将各层段卡开，在相应层段管柱上带有偏心配水器，从油管内憋压，坐封水力锚、封隔器，同时剪断管柱伸缩补偿器剪钉，伸缩补偿器开始工作，封隔器密封油套环空，将各层分隔开来。装好井口，通过钢丝将投捞器下入井内逐级捞出各偏心配水器的堵塞器，将堵塞器的死嘴子更换为不同尺寸的水嘴，根据各层的吸水情况进行分层注水，在注水过程当中如果需要洗井，可由尾部循环阀进行反洗井。

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体上表现为分注及细分程度低、分层测试周期长，与油田开发需求尚有较大差距。

四是下井5年以上的注水管柱较多，最长的水井管柱下井时间超过10年，井下管柱腐蚀、破漏严重，安全隐患问题突出，分层注水效果难以保证，同时，水井作业比例小，油水井数比2.9，油水井井下作业数量比为6.5，需要增加水井作业工作量，改善水井井下管柱状况。

五是单向受效采油井比例占33%，与注水井不对应的采油井比例占9.3%，单井地质配注不合格井的比例占17%，以欠注为主。产吸剖面不均衡，吸水强度大于3 m3/（d·m）的厚度占56%，而产液强度小于3 t/（d·m）的厚度占75%以上。注水井套管损坏比例达到6.9%，将使9000口采油井受效差，剩余可采储量损失较多。

六是注入水水质问题较严重，地面注水管网老化严重，二次污染问题十分突出，水质达标率低，部分油田注水井没有洗井流程，洗井车数量少，洗井工作量和投入严重不足，平均水质达标率仅为83%。

2　注水工程面临的问题、挑战及对策

七是水平井、超深井等特殊条件下分层注水工

注水是油田开发的重要基础，是一项系统工程，艺实现面对诸多困难，分注工艺、配套测试调配工但近年来在油田开发管理和投入上对注水工作有弱艺、特殊材质封隔器和橡胶材料等急需研发成功。化的趋势，部分关键环节和技术措施投入欠账较多，针对上述问题和技术挑战，在注水技术研发和注水开发油田开发矛盾愈显突出，特别是最近一个注水技术管理方面，需要进一步加大分层注水新工阶段，在新储量大幅增加和油价长期处于高位的有艺的攻关力度，强化油田现场注水技术管理，坚持利时期，油田开发管理过程中出现了重新井轻老井、“注够水、注好水、精细注水、有效注水”，努力构建科重油井轻水井、重产油量轻注水量的现象［45-47］。目学合理的油田开发秩序，达到控制含水上升速度、控前油田开发在注水技术研发与应用和技术管理上存制产量递减、提高水驱采收率的目的。在的问题，主要表现在以下几个方面。“注够水”，注水总量控制合理，保持注采平衡，

一是随油田开采程度的不断提高和开采强度的要使油层压力保持较高水平、沉没度适中、注采平衡加大，部分油田综合含水和自然递减率均有上升趋或注略大于采，保持地层具有足够的能量。势，特别是近三年含水上升率和自然递减率增速加“注好水”，有三个含义：首先要把水注好，保证快，最大自然递减率达到28%，含水率上升幅度最大油田开发主力油层注好水，从配水方案、配水量、层3.3个百分点，甚至更高。段卡分、分层调配等方面整体考虑有利于主力油层

二是水驱开发油田采收率低于30%的储量规注好水，达到储层吸水相对均匀和井点注水相对均模较大，只有少部分油田采收率超过50%，包括大庆衡；第二要向油层注入符合油藏特征的水，注入水喇萨杏、辽河锦16、兴隆台、华北京11、新疆克七中水质达标，保证注水质量和注入水与油层的配伍性；东、塔中4等油田。另外，未注水开发油田采收率大第三要确保注水压力低于油层破裂压力，保护好注都低于20%，水驱提高采收率的空间较大。水井套管，减少或避免管外窜槽和套管损坏。

三是注水井分注比例平均为52%，最低分注井“精细注水”，要实施精细分层注水，层段水量比例仅为16.7%，分注井比例低、差别较大，三段以分配合理，保持合理的注采比，该加强的层段加强注下（含三段）分注井占60%，油套分注井不少于2000水，该减弱的层段减弱注水，加密水井测试调配，保

持较高的注水井分注率和分注合格率，完善推广桥口，高温深井分注工艺尚不过关且处于试验阶段，总

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式偏心分注工艺和配套测试工艺，加大周期注水、井间轮注等工艺的应用，对于部分4段以上吸水差异大的油层，实施层段重组和交替注水。

“有效注水”，有适应地下情况的完善的注采井网，依据注采动态分析结果，该加强的方向加强注水，该控制的方向控制注水，加大深部调剖应用力度，开展区块整体调剖，扩大深部液流转向深部调剖/调驱的实施，减少注水低效无效循环，提高差油层动用程度，保持产量递减稳定或减小、含水上升速度稳定或减小、采收率提高。

石油钻采工艺　2011年3月（第33卷）第2期五是注水作业向着不压井、不放喷技术方向发

展。注水井作业目前全国各油田基本采用压井或放喷方式，为提高油藏水驱开发效果，减少地层能量损耗，油田正在进行水井作业不压井、不放喷技术的研究试验，由放喷泄压向不压井作业方向发展。

六是分层注水配套防腐油管性能逐步改善和提高，涂层由敷涂树脂发展到喷涂环氧粉末、镍磷涂层、内衬塑料管和不锈钢管，防腐处理由化学处理发展到喷砂处理，质量和环保性能逐步提高，同时提高配套井下工具抗腐蚀性能。

3　注水技术发展趋势

随着油田开发程度的深入和复杂井况的出现，为进一步延长水井免修期，提高注水层段合格率，提高工艺实施效率，降低操作成本，分层注水还需要继续发展提高，总的发展趋势主要围绕提高细分程度和测调效率方向发展，向着精确、定量、智能化注水的方向发展，同时发展完善大斜度井、水平井等特殊结构井分层注水工艺。

一是注水配套工具上的发展：注水封隔器性能将向耐高温、耐高压差方向发展，开发新型高温高压密封新材料，逐步适应超深井和特殊高温油藏注水工艺的要求。

二是投捞方式、配水方式的发展：配水方式由目前的节流压差原理以水嘴大小控制水量，逐步发展为井下定量配水技术。配注全过程在井下自动进行，由程序控制，依据预设配注方案和实时监测的分层流量结果，通过微电机、按指定周期调节配注阀开度。井下智能配注器由内置可充电电池供电，通过无线传输方式，进行配注和测调周期的调整、读取井下监测数据。

三是管柱功能的发展：由单一的注入功能向着注入、信息采集、测试集成化方向发展，提高机电一体化程度，加速注水井智能化管理。工艺管柱不但可满足分层注水工艺的要求，而且还可满足吸水剖面改造工艺要求，如油层解堵和分层酸化等。

四是分层注水量测试技术向着测试简单、一次多层、准确、可靠方向发展，同时发展水平井、定向井等特殊结构井测试调配技术。井下测试可获取嘴前嘴后压力、注入量等连续监测数据，根据监测结果实时做出测调响应，在减少测试工作量的同时，将测调周期缩短至最小，并为地质精细研究提供全新分析依据。

4　结论

注水是油田开发的基础，目前已形成了一系列适应不同油藏地质条件、适应不同井型的分层注水工艺和配套测试工艺。随着老油田开发的不断深入和各种复杂类型油田投入开发，需要进一步提高分层注水工艺的适应性和配套程度，今后要大力推广桥式偏心分层注水工艺，发展新型高效的分层注水工艺和测试调配工艺，向智能化、自动化、一体化方向发展，同时，要强化注水技术管理，努力实现“注好水、注够水、精细注水、有效注水”，达到控制老油田含水上升速度、控制产量递减及提高水驱采收率的目的，满足不同阶段、不同油田地质条件下注水开发油田对分注工艺的需要，确保水驱开发油田高水平开发。

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（修改稿收到日期　2011-01-11）

〔编辑　景　暖〕

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ibu1.html