分层注水技术讲座

分层注水技术 主 要 内 容 一、分注的目的与意义 二、分注原理 1、基本原理 2、配套工具原理 三、高压分注技术 四、特殊井分注技术 五、影响分注效果的主要因素 六、配套技术 一、分注的目的与意义 我国大部分油田都是非均质多油层砂岩油藏，各类油层在层间、平面和层内有很大差异性，通过分不同的开发层系，每口井仍有几十或十几个小层进行开采。各层之间的渗透率存在较大异，这些差异对注水开发效果有很大影响。 分层注水就是在同一口注水井中，利用封隔器将多油层分隔为若干层段，通过调整井下配水嘴的节流损失，以 此调节不同渗透率油层吸水量的差异。 中原油田分层注水历程： 85年 发展阶段 92年 停滞、下降阶段 2000年后 技术提高、恢复分注阶段 当时的条件较好： 套管完好 低压 (18 生产层浅 分注率达 井况恶化（腐蚀、套变、套损）日趋严重； 低渗层开发和污染注水压力明显升高； 分注工具研究跟不上，不能适应现场要求； 化学的堵水、调剖技术的逐渐成熟应用等； 以上原因致使分注井几乎消失。 二、分注原理 （一）分注基本原理 根据地质需要进行层系划分后，利用封隔器将各层分隔开，并在相同的井口压力的情况下，利用配水嘴节流损失的大小对各个层段的注水量进行控制，达到分层定量配水的目的。 (二）配套工具原理 1、封隔器 套 管 封隔器 是在井筒中把不同的油层 、 水层分隔开并承受一定压差的井下工具 。 其满足采油工艺要求 。 既能下到井筒预定位置 ， 封隔严 ， 又能在井下具有耐久性 。 需要时可顺利起出 。 封隔器的 坐封 ：每一种封隔器在给定的方法和载荷作用下产生动作 ， 使封隔件始终处于工作状态 。 封隔器的 解封 ：需要起出封隔器时 ， 按给定的方法和载荷解除封隔件的工作状态 。 封隔器分类 分类方法： 执行中华人民共和国石油天然气行业标准 油气田用封隔器分类及型号编制方法 5105 1997 按封隔器封隔件实现 密封的方式 分类。 分类： 自 封式 缩式 张式 入式 作温度 /压力 钢体最大外径 解封方式代号 坐封方式代号 支撑方式代号 分类方式代号 X K Y Z 代号 楔入式 扩张式 压缩式 自封式 分类名称 封隔器型号编制方法 封隔器型号编制方法 工作温度 /压力 钢体最大外径 解封方式代号 坐封方式代号 支撑方式代号 分类方式代号 4 双向卡瓦 5 3 2 1 代号 锚瓦 悬挂 单向卡瓦 尾管支撑 固定方式名称 封隔器型号编制方法 工作温度 /压力 钢体最大外径 解封方式代号 坐封方式代号 支撑方式代号 分类方式代号 5 下工具 4 液压 6 3 2 1 代号 热力 自封 转动管柱 提放管柱 座封方式名称 封隔器型号编制方法 工作温度 /压力 钢体最大外径 解封方式代号 坐封方式代号 支撑方式代号 分类方式代号 5 下工具 4 液压 6 3 2 1 代号 热力 自封 转动管柱 提放管柱 解封方式名称 代号意义 分类方式 固定方式名称 尾管支撑 单向卡瓦 悬挂 双向卡瓦 锚瓦 代号 1 2 3 4 5 分类名称 自封式 压缩式 扩张式 组合式 代号 Z Y K 各代号组合 固定方式 座封方式 解封方式 座封方式名称 提放管柱 转动管柱 自封 液压 下工具 热力 代号 1 2 3 4 5 6 钢体最大外径： 阿拉伯数字表示，单位 工作温度： 阿拉伯数字表示，单位摄氏度 ( ) 工作压力： 阿拉伯数字表示，修约到各位数 ,单位 (座封方式名称 提放管柱 转动管柱 自封 液压 下工具 热力 代号 1 2 3 4 5 6 举例 工作温度 /压力 钢体最大外径 解封方式代号 坐封方式代号 支撑方式代号 分类方式代号 Y 2 2 1 1155 工作温度 /压力 钢体最大外径 解封方式代号 坐封方式代号 支撑方式代号 分类方式代号 Y 3 4 1 1145 工作温度 /压力 钢体最大外径 解封方式代号 坐封方式代号 支撑方式代号 分类方式代号 K 3 4 4 114 90/25 . 水力扩张式封隔器 (二）配套工具原理 2、配水器 属于控制类工具，按控制类工具进行编号 控制工具名称代号 序号 工具名称 代号 序号 工具名称 代号 序号 工具名称 代号 1 抽油杆防脱器 扶正器 5 伸缩管 充填工具 解堵器 6 双向油管锚 堵水器 0 配产器 7 脱接器 堵塞器 1 配水器 8 泄油器 定位器 2 喷砂器 9 油管锚 防脱器 3 气举阀 0 注酸器 防污器 4 水力锚 1 增注器 、固定式分层配水工具 写 于配水器也有几种， 单以 法区是什么样的配水器，因此具体命名做了更改。 2、空心配水器 写 、偏心配水器 写 心配水器 偏心配水器 三、高压分注工艺管柱 （一）分注受力分析管柱 四种效应分别为： 温度效应压力效应鼓胀效应螺旋弯曲效应活塞效应 前苏联科学家试验证明： 长期注水后，井底的管柱温度与井口注入水的温度基本一致。 因此，长期注水后的管柱跟初始坐封时存在温度差 T。 而停注或反洗井时，由于 水力锚不起作用 ，管柱将产生一定的向上收缩量 L。 中原油田的井温在 70之间， T=25 45 之间 对于一口 3000米深的井， L=L T=按配水器结构分为： 固定配水管柱 活动配水管柱 偏心配水管柱 同心集成配水管柱 1、分层注水管柱的分类 按管柱结构、性能分为： （二）高压分注管柱 管柱结构 ： 艺用途： 注下层。 保护层 注水层 水力锚 封隔器 导流器 球 座 （ 1）顶封保护套管注水管柱 2、高压分注管柱 保护层 注水层 上提解封 与其它工具管柱组合使用，形成顶封保护多级分注管柱。 液压坐封，打开导流器 上提解封 工作原理 ： 配套工具 水力锚 配套工具 泄油器 文东油田和文南油田属于特殊的深层低渗油藏，这两个油藏以前基本未开展分注，主要原因： （ 1）井深在 3000米以上，目前投捞工艺不能对偏心配水器或空心配水器进行投捞调配。 （ 2）封隔器要求耐温 140 、耐压差 35前的 本不能满足该种条件下的长期有效。 针对这两个难题，以 （ 2）油套分注管柱 管柱结构 注水层 注水层 水力锚 泄液器 注水层 注水层 喇叭口 工作原理 根据受力分析结果，采取相应措施，做到受力平衡。 目前现场应用的有三种管柱： 第一种： 第二种： 第三种： （ 3）支撑锚定补偿分注管柱 第一种： 支撑卡瓦 偏心配水器 水力锚 底部球座和筛管等 支撑锚定补偿管柱 注水层 注水层 注水层 偏 1 水力锚 封 1 偏 2 封 2 偏 3 支撑卡瓦 球座 支撑锚定补偿管柱 注水层 注水层 注水层 偏 1 水力锚 封 1 偏 2 封 2 偏 3 支撑卡瓦 球座 工艺原理 将井口“移动”到油层上界，变“深井”为“浅井” ： 管柱到位后，井口预留与温度效应引起的收缩量相当的长度，在卡瓦坐卡后，将井口预留量下入井内，加液压完成封隔器坐封。 第二种： 偏心配水器 水力锚 底部球座和筛管等 注水层 注水层 注水层 偏 1 水力锚 2 3 球座 第三种： 偏心配水器 水力锚 底部球座和筛管等 注水层 注水层 注水层 偏 1 水力锚 2 3 球座 四、特殊井分注技术 中原油田斜井的井身剖面由井身剖面由直井段 增斜段 稳斜段组成。 其特点是造斜位置相对较深，造斜点一般在 2000米以下，斜度大，最大井斜达到 70 。 增斜段 直井段 井身剖面图 稳斜段 （一）大斜度井分注管柱 这种斜井井身结构给分注工作造成很大困难： 管柱下入过程中，易发生遇阻现象，并且造成油管外壁与套管内表面严重摩擦；由摩擦力产生的摩擦功一部分转化为摩擦热消耗掉，另一部分表现为金属的磨损； （ 1）管柱下入困难，套管磨损严重 （ 2）井斜造成封隔器密封性能下降 在重力效应作用下，封隔管柱受到径向分力的作用，管柱严重偏向套管的一边，致使封隔器坐封时胶筒受力不均，承受压差时应力集中，导致胶筒密封性能下降，分注管柱的使用寿命缩短。 （ 3）井斜造成配水器投捞困难 井斜导致投捞工具很难到位，捕捉堵塞器困难，并且上提力增加，钢丝投捞困难 管柱组成 防磨扶正器 水力卡瓦 水力锚 斜井封隔器 斜井配水器 扶正居中器 球座等 油层 1 油层 2 油层 3 斜井配 1 封隔器 扶正器 水力卡瓦 扶正器 居中器 斜井配 3 底 +筛 +堵 水力锚 封隔器 斜井配 2 大斜度井分注管柱 采用 2种管柱斜井分注存在的问题 技术特点 防磨扶正器 扶正居中器 配置油管防磨扶正器，顺利起、下管柱，并减小套管和工具磨损。 配置 “ 液力扶正器 ” ，工具串强力居中，避免胶筒应力集中。 采用免投捞恒流配水器，解决打捞、调配的问题。 配水器导向体 斜井投捞 绳帽 加重杆 滚珠式扶正器 导向接头 液压投捞 推送装置 封隔配水器 液力投捞 小直径流量计 配水芯子 管柱自身定位 内外扶正机构 柱居中 注水层 注水层 注水层 注水层 注水层 缓冲器 封隔配水器 封隔器 配水器芯子 连通器 定位器 细分分注井注水管柱 一次调测 5层 具备验封功能 最小卡封距： 小坐封段： 大井斜 :60 定位准确 : 坐封：打压坐封 注水层 注水层 水力锚 封隔器 支撑卡瓦 球 座 配水芯子 解封：上提管柱。 封隔、配水一体化设计，配水芯体的上下水咀实现配水；反洗流道和注水流道合并设计，注水时依靠水嘴节流压差关闭洗井流道，反洗时注水通道关闭。 （二） 4套分注管柱 两级侧壁式水嘴设计在一个配水芯子上， 实现集中配水的方式。 设计了配水芯子专用捞矛、投放堵头和分层导流接头 图 9 ： 投 捞 测 试 接 头投捞测试接头 配水芯子 上水嘴 下水嘴 五、影响分注效果的主要因素 （一）工具质量 厂家多 ,质量参差不齐 集团公司近几年井下工具抽检结果 封隔器合格率 75 配水器合格率 80 % 左右 中原油田分注工具 (封隔器配水器水力锚 )合格率 80 % 左右 ,2006年物资质量大检查高性能封隔器合格率小于 50% （二）井况问题 由大型措施、固井质量差、盐膏地层等诸多因素造成套变、套损、管外窜漏的井况原因，导致分注失效。 文 33006年 2月 25日卡封转注，下封时井口遇阻，第一根套管短节有不规范锯口； 水压力突然大幅度下降，找漏作业确认井筒窜漏。 结垢、堵剂、腐蚀产物等影响套管内壁与胶筒间的密封性。 006年 10月 22日调剖后分注，冲洗井段 出黑色粒径为 116 井。正常注水压力 配注100际日注 502007年 3月因注不进重炮分注， 2007年 （ 3）油管破裂 分注井使用修复油管或直接使用油井油管进行分注，导致分注后验封不合格或有效期缩短。 5月 20日验封柱管柱失效，起出管柱检查发现油管第 272根有一条 30分析主要原因是偏磨所致。 （ 4）井口漏失 长期高压注水，注水井口更新不足，出现井口漏失，分注失效。 （三）作业质量 1)座封载荷不够造成分注失效 006年 10月 30日换封作业，管柱为 2007年 5月 23日，在停注上层时发现油套平衡，管柱失效。分析主要原因为座封载荷不够，仅为85额定载荷为 100 2) 封隔器位置不准确，造成分注失效 映封隔器卡在层内。丈量深度 深深度 层底界 在层内 根调整封隔器深度为 提油管 221封隔器，封隔器实际深度 在层内。与测井公司吸水剖面资料显示的位置 1850 3)操作不平稳 在工具下井作业过程中 ， 由于操作不平稳 ， 下封时速度过快或猛提猛放可导致中途座封或对封隔器胶筒造成损伤 ， 致使胶筒渗漏而失效 。 文东油田的 131313 坐封合格 ， 一个月失效 。 注水过程中 ,压力波动过大 ,也会造成封隔器解封 ,管柱失效 . 六、配套工艺技术 （一）新型材料水嘴 现场中普遍使用的是 嘴在高压下易出现刺大、破碎的情况，有效期较短，有的只有 2 为了解决水嘴刺大、破碎的问题，开发了以 采用等静压成型方法制作成氧化锆水嘴。其强度、断裂韧性和耐磨性为一般工程陶瓷的 8 氧化锆水嘴显微结构 氧化铝陶瓷显微结构 2、高性能胶筒 指标： 150 50响胶筒性能的主要是高温下的强伸性能，尤其是高温强度，高性能胶筒是以氢