油田分层注水新技术进展.ppt

油田分层注水新技术进展,汇报人：巨亚锋长庆油田油气工艺研究院二一五年七月,注水开发是国内油田的主体开发方式，是有效保持地层能量的主要手段，也是二次采油的主体技术，是油田实现稳产和高效开发的保障。注水开发是目前油田开发最成熟、最经济、最有效，也是最具潜力的开发方式。中国石油注水开发储量占已开发总储量的82%，水驱产量占总产量的80%，注水开发举足轻重。,引言,分层注水是中国石油始终坚持的特色技术，是一次井网条件下提高水驱开发效果的关键技术之一。继续发展分层注水技术，实现精细注水、有效注水，是油田进入稳产阶段改善开发效果的必然选择。国内各油田根据自身不同油藏类型和注水环境的实际情况，建立了相应的分层注水工艺管柱配套模式，完善了注水工艺技术系列，为新、老油田稳产和经济有效开发提供了有力的技术支撑。,一、分层注水技术现状二、面临的问题与挑战三、数字式智能分注新技术研究进展四、下步发展方向,汇报提纲,笼统注水时，注入水沿相对高渗层、高渗带或微裂缝孔道突进，造成吸水剖面不均匀，水驱动用程度降低。,笼统注水,关井吸水剖面,陈井吸水剖面,关井吸水剖面,尖峰吸水,上部不吸水,下部不吸水,首先宏观上分井网控制层系然后细分层系和分层注水相结合，提高水驱动用程度,为提高精细水驱开发效果？,油田主力开发油藏非均质性强、渗透率级差大、水驱动用程度低，需要精细分层注水提高开发效果。,注水开发油藏278个，年产油量2398万吨，占总产量98.6%开发层系多层叠合，隔夹层发育，非均质性强渗透率级差大(14.5-134.5)，水驱动用程度低(70%),高渗透层,低渗透层,配水器,封隔器,配水器,底筛堵,注水P、Q,|Q2实际-Q2配注|Q2配注10%Q2实际：下层实际注入量Q2配注：下层地质配注量,分层注水：封隔器实现，配水器加强低渗油层注水，控制高渗油层注水，以此调节不同渗透率油层吸水量的差异，满足分层地质配注需要，实现精细分层注水的目的。,如何有效的实现精细分层注水？一是必须考虑分注管柱长期密封有效洗井、井况、检串验封工艺二是采用便捷高效的测调工艺是关键分层流量测调效率分层测调精度高三是便于其它动态监测工艺现场实施吸水剖面测试分层井下关井压降恢复试井,下封隔器验封,上封隔器验封,“开关开”改变井口注水压力压力计采集油套两路压力观察压力曲线判断验封判断封隔器密封性良好,桥式偏心验封示意图,刘50-4井验封曲线（层间及层内分注井）,验封测试：封隔器是否密封,分层注水,关井吸水剖面对比图,分注前,分注后,分层注水作用：有效动用纵向多个小层水驱动用程度，充分发挥各个小层生产潜力，改善剖面矛盾，减缓自然递减，提高了精细分层水驱开发效果。,井分注前后剖面,分注前,分注后,关井吸水剖面对比图,分注前,分注后,历年分注井与分注率柱状图,规模应用分层注水工艺后，油藏开发效果明显改善。分注井由1507口6285口，分注率由20%39.3%，较2009年19.3%，水驱储量控制程度由92%93.8%，水驱储量动用程度由70.3%73%。规模分注区自然递减由14.2%10.3%，含水上升率由3.81.8%。,开发对分层注水工艺的技术要求？,适应多层段测试简便，效率高工况适应性强,2000年以后，各大油田主要应用桥式偏心分注工艺，配套应用电缆高效测调工艺，近三年各油田也应用桥式同心分注工艺，分注工艺技术水平不断提升。,桥式偏心配水器,可调式堵塞器,1、固定式分层注水技术,上世纪六十年代，研究了以水力压差式封隔器（糖葫芦派克）、固定式配水器为核心的固定式分层注水技术，有效控制了油井含水上升。,可多级使用投球测分层注入量可实现不放喷井下作业更换水嘴需要起出管柱、测试工作量大,可多级使用堵塞器工作筒和中心筒不同轴，可对任意层投捞作业不动管柱，钢丝投捞堵塞器，调整水量分层酸化、调堵相邻两级配水器之间距离不小于10米,七、八十年代，注水井数增加，井下作业施工不能满足配注调整的需要，研究了活动式偏心分层注水技术。,该技术达到了配水活动化，应用井数最多。,2、活动式偏心分层注水技术,桥式偏心钢丝测调,管柱下井前配水器中安装死水嘴,管柱下到井中预定位置,封隔器加压坐封,捞出死水嘴,流量测试,调整水嘴,流量测试，更换水嘴，直到满足地质配注量,采用配水器、封隔器一体化设计单级配水封隔器能够满足两个层段注水最小卡距1.2m各层段同步测试可采用钢丝或液力透捞方式进行测调,九十年代，为实现小卡距层段细分，研究了以集成式配水封隔器为核心的同心集成分层注水技术。,在国内10多个油田试验，受专用配套投捞测试工艺和测试队伍熟练程度，后期没有大面积应用。,3、同心集成分层注水技术,配水器上布有桥式通道，层间干扰影响小分层测压不用投捞堵塞器，效率高,油田开发后期，层间矛盾加剧导致偏心注水测调效率低，研究了桥式偏心分层注水技术，在各油田应用较多。,4、桥式偏心分层注水技术,特点1：桥式偏心分注工艺实现了流量单层直接测试，避免了常规测试采用递减法带来的迭加误差，提高了测试精度和效率。,对于三层以内，两种测试方法误差相当，但由于递减法不用坐封密封段，在定向井中风险小，效率提高。即使采用非集流递减法也是具有优势，降低测试仪器周围流态变化，提高测试精度和效率。,特点2：测压效率相对常规偏心提高2倍,该技术最大优势体现在分层压降测试方面，为油田方案制定提供依据。测试精度高。瞬时实现井下关井，井筒续流时间短，测试资料误差小。测试效率高。单层测试需要投捞作业2次。,由于储层改造、压力诱张隐裂缝等影响，内区有效渗透率远高于外区，外区渗透率代表投产前油藏渗流能力水井井储系数远远大于理论值，表皮因子为负值，主要是因为近井地带裂缝发育造成的,桥式偏心的最大优点是双卡测单层流量，不再用递减法是因为其误差大？【正确观点】：由于具有桥式通道，桥式偏心既可以测单层流量，又可以用非集流电磁流量计进行递减法测试，误差相当，但由于递减法不用坐封密封段，效率大大提高目前80%以上的井都采用递减法测试而桥式偏心最大优点是分层测压不投捞堵塞器，效率高，应加大分层压力监测力度（适应大庆油田提出六分四清）,关于桥式偏心测试的一个认识误区（下面是一个判断题）,桥式偏心分注工艺在各油田共推广20000多口井口，占股份公司总分注井数45%。以大庆油田为代表的细分精细注水技术水平不断攀升，最高分注级数提高到7级，最小卡距缩短到3米，最小隔层厚度减小到0.8米。目前大庆油田桥式偏心近10000口，细分注水1000口，平均分注级数5.2级。该技术前期主要在直井、浅井（小于1600m）、配注量大（大于60m3）的注水井上大面积应用，目前应用井况范围已经拓展，工艺配套比较成熟。,桥式偏心电缆测调,桥式偏心钢丝测调,地面微机控制井下测调仪流量数据地面直读改变可调水嘴的过流面积，实现水量调整,5、自动测调技术,井下连续可调式堵塞器，实现了无级调节，提高了配水精度,固定嘴径，投捞试凑调节水量嘴径级差为0.2mm，相邻嘴径配水量最大相差21.7%,阀门式调节结构，直接调节嘴径无级差限制，实现高精度测调,地面控制器,单流量测调仪,双流量测调仪,流量测调仪,偏心分注和桥式偏心分注技术评价：大斜度井投捞测试、采出水回注井适应性差不能满足多层小卡距分注小水量测调误差大,桥式同心分注工艺原理：,桥式同心配水器,桥式同心流量调配,电缆携带测调仪下井,3、技术指标持续提升，实现了规模推广应用,截至2015年6月，桥式同心分注技术在长庆油田累计推广应用1680口井，技术优势显著。,通过集团公司鉴定2013年集团公司自主创新重要产品,授权国家专利13件，软件著作权2件牵头编制集团公司技术标准2件,桥式同心是继桥式偏心之后新一代分层注水工艺技术，实现分注技术升级换代，为定向井小水量精细注水提供了有效技术手段。攻克了定向井分注技术瓶颈，提升了测调成功率实现了小水量精细高效测调，提高了测调精度和效率拓宽了小跨距分注技术界限，提升了多级细分能力,配水工艺从笼统注水到分层注水从起下管柱调整到投捞水嘴调整资料录取从单参数到多参数从卡片划线到电子存储,认识之一：注水和测调工艺水平不断发展、不断提高,认识之二：桥式同心分层注水技术的成功研发，实现技术升级换代，拓宽分注技术在大斜度井、深井、多层小卡距井、采出水回注等复杂井况上应用范围，大幅提高分注适应性和测调效率，对提高分层注水效果、测调成功率和效率、配注合格率、降低生产成本起到极大的推动作用。,一、分层注水技术现状二、面临的问题与挑战三、数字式智能分注新技术研究进展四、下步发展方向,汇报提纲,一是分注技术政策（分层潜力、合理分层分级标准、分注配注量、分层压力、分层动用程度、分注效果等）二是分注技术问题重点讨论三是注水管理问题（水质、管网、井筒、监测等）,三方面的问题,1、分注井逐年增多，测调工作量大，测调配套费用高,20102014年长庆油田测调工作量变化,分注井每年以近千口井递增，测调工作量万余井次，年配套测调费用近2亿元以上。,2、现有分层注水工艺需要定期下钢丝或电缆人工测调来保证分层配注合格率,桥式偏心电缆测调,下井前配水器中安装死水嘴,电缆作业进行测调,钢丝投入可调式水嘴,测调工序,坐封,钢丝打捞死水嘴,桥式同心电缆测调,下井前一体化水嘴关死状态,电缆作业进行测调,测调工序,坐封,彻底免除人工投捞,3.分层注水基础较好的油田，面临分层注水量变化快的问题，测调效率亟待提高,分注合格率变化情况,长庆油田单井配注量小（23m3/d），单层配注量5-15m3/d占65%大庆油田：注水合格率4个月下降到60%-70%吉林扶余油田：测试周期超过3个月时，检配合格率只有30,4、目前分注工艺采用定时定点测调方式，每年仅监测几个瞬时注入量，无法掌握分层累积注入量，不能长期连续反映各小层吸水变化，分层注采分析难度大,井流量测调曲线半年测一次，每次只有10分钟,井吸水剖面测试情况,部分井测试吸水剖面资料、测试调配资料差异大，给油藏注水方案调整、措施优化带来难度,六分：分层注水分层采油分层测试分层研究分层管理分层改造,四清：分层采油量清分层注水量清分层压力清分层出水量清,直到现在来看，早期“六分四清”分层开采思想仍然值得回味学习。,但是，由于受到相关技术等条件的制约，我们对储层的控制和认识还是有限的，很难做到“四清”，如分层产量和含水率。,一、分层注水技术现状二、面临的问题与挑战三、数字式智能分注新技术研究进展四、下步发展方向,汇报提纲,针对以上问题，需要开拓思路，利用快速发展的电子、自动控制等新技术和新材料，攻关自动化、智能化的分层注采配套新技术，使我们对储层“分”得更科学，认识得更“清”楚。,智能完井系统组成,智能完井：井下动态参数实时监测生产状态实时调控,提高油气田采收率,(一)国外智能井技术,智能完井系统概述,井下动态参数实时监测,油藏精细描述与开发方案优化,井筒控制（注采井精细注采）,传感器：流量、压力、温度、分布式温度、微地震等数据传输通道：电缆、光缆及附件地面监测装置：电气数据采集器、光纤解调仪等,井下动态参数分析与处理油藏精细描述注采方案设计与优化,井下可控装备：智能配注器、智能配产器、油水分离等管缆穿越式封隔器：过电缆封隔器、过光缆封隔器地面控制装备控制信号传输通道：电缆、液控管线附件油气举升设备：电潜泵、抽油泵、气举阀等完井管柱与工艺,Baker公司的InCharge电子智能井系统,主要特点：InCharge系统是利用电力控制的IPR滑套(集成压力温度传感器)、MFT封隔器来实现远程控制的智能完井系统。系统中每一个IPR滑套都集成了一个电动机械式的可调节流阀和多个压力温度传感器，无级可调节流阀可以精确地控制流量或注入压力，主要特点有：电力驱动；能监控多达12个层段；电力、传输、控制线封装在一根1/4in电缆中；无级可调节流阀；可精确显示节流阀位置；直井、斜井、水平井都适用；可用于陆上或近海完井。,斯伦贝谢液压控制阀,哈里伯顿的IV-ICVValve,控制系统采用液压和电动、采用电缆和光纤传输数据，技术复杂、成本高，多应用于海上平台的高产油田。,穿越式封隔器,WellDynamics智能井系统,主要特点：1、采用液力控制方式，执行模块输出作用力大，可达45267kN，可用于稠油井、出砂井的开采，且能够克服井下结垢、腐蚀而造成的摩阻增加的问题。2、地面控制油藏分析与管理系统(SCRAMS)是一种高度集成的系统，通过它能够远程控制井筒并能实时采集每一个产层的数据(例如压力、温度)，操作者通过分析数据再将信息反馈给层段控制阀,调节各层段流量从而达到优化产能、提高油藏管理的目的。,（二）国内智能分层注水技术研究进展,1、中石油勘探院杠杆流量计+无线通讯+井下自动测调+电池供（充）电,投捞工具,杠杆流量计,技术原理和特点供电方式：电池供电水嘴可投捞井下自动测调杠杆流量计与可调水嘴集成安装在偏心孔上转移杆直径1mm，加工难度大还未开展现场试验,技术原理和特点：,中心通道集成电磁流量计，递减法计算各层流量，流量计稳定性好，流量计与配水器分体设计地面监测各层流量，手动控制水嘴调节采用单芯电缆通讯和供电配水器结构简单,2、哈工大电磁流量计+电缆通讯（供电）+井下自动测调目前开展现场试验14口，大庆11口用于分层注聚井，最长有效期18个月，长庆3口用于分层注水井，最长有效期6个月，实现配注量在线测量和地面手动调控。,电磁流量计,技术原理和特点：,中心通道集成电磁流量计，递减法计算各层流量，流量计量稳定性好地面监测各层流量，自动控制水嘴调节采用单芯电缆通讯和供电配水器和流量计集成设计,3、上海嘉地电磁流量计+电缆通讯（供电）+井下自动测调在大庆油田开展现场试验2口，初步实现智能分注系统的各项功能，管柱下井后，系统最长正常工作3个月出现电缆短路。,4、四川久利电子电磁流量计+无线通讯+井下自动测调+电池供电采用环空集成电磁流量计的技术思路，可实现单层直测,流量测量范围180m/d，满足小水量测试要求。,技术原理和特点：供电方式：电池供电井下自动测调电磁流量计集成在环空，可实现单层流量直测流量测试范围180m/d，精度1%井下无线通讯，带机械定位机构大庆现场试验2口井、目前正常,“井下动态参数实时监测”方面：哈尔滨工业大学利用光纤传感器监测套损、多点压力、全分布式温度、动液面等；清华大学利用光纤传感器监测井下多点压力和温度；辽河油田利用光纤传感器监测稠油热采动态监测技术研究；胜利油田申请了“永置式井下智能监测装置”的专利，实时监测井下压力和温度；西南油气田开展了气井永置式井下压力温度监测技术研究，测压140MPa。“井筒控制及精细注采”方面：大多采用电控方式实现井下流体阀控制；较之于国外产品，起步较晚，但发展迅速，且成本远低于国外同类产品。,（三）长庆油田研究进展,针对以上问题，攻关试验数字式分注工艺技术，实现分层注入量的自动测调和分层参数的实时监测,集成化智能化自动化精细化,流量自动测试与调配实时与累积水量监测小层温度压力实时监测数据与指令无线传输,数字式配水器,技术思路,1.研究形成了无缆、有缆两套数字式分注技术方案,无缆,井下流量自动测调井下高温电池供电注水参数实时录取存储下电缆无线取数据地面回放,有缆,井下流量自动测调铠装电缆供电注水参数实时在线录取传输站控远程实时监控,4、现场试验32口井，初步实现了井下分层流量自动测调、分层注入参数连续监测等基本功能，通过自动测调使试验井的分层配注合格率始终保持在较高水平。,(该井8个月内自动测调32次，分层配注合格率始终保持在90%以上),某井井下自动测调监测曲线,6、通过前期研究与试验，主要取得以下几点认识：,数字式分注技术集成了机械、电子及自动化等学科，集成度高，对井下电子元器件长期耐温、耐压工作可靠性要求高，攻关难度大，多家单位均开展了此项研究，核心技术还处于攻关试验阶段。长庆油田通过大量室内研究，在井下无线通讯、自动测调、小体积集成流量计等关键技术方面取得初步进展，在国内首次进入矿场试验。数字式分注技术实现了井下自动测调，该技术主要优势能长期监测井下分层注入参数，有效掌握注水生产动态，为油藏动态分析和注水政策调整提供科学数据支撑。,一、分层注水技术现状二、面临的问题与挑战三、数字式智能分注新技术研究进展四、下步发展方向,汇报提纲,经过近年来攻关研究，在油田注水技术研究方面取得了一些重要认识和进展，但随着油田开发的深入，仍有许多工艺技术难题亟待解决。,1、开展井下无线通讯技术攻关，提高高矿化度狭窄密闭空间条件下通讯稳定性,使通讯仪和配水器天线处于水平极化位置,定位台阶,定位爪,天线,借鉴水井工况监测，增加辅助机械定位，实现无线通讯可靠性和稳定性,现场开展水井工况监测，采用机械定位无线通信，7口井14层实现数据录取,开展压力脉冲数据传输技术调研和论证，探索新型无线通讯技术,泥浆式正脉冲发生器MOP(MudOperatedPulser)是随钻钻井系统中井下组合仪器与地面设备之间的通讯工具。压力脉冲数据传输是MWD发展最早、应用最成熟的数据传输技术。,脉冲发生器系统原理图（1定子；2转自；3减速器；4电动机；5控制电路）,待攻关技术难题：井口、井下压力脉冲发生器的设计与研制井下压力脉冲供能系统的设计,2、针对差压传感器易损坏问题，优化完善孔板流量计，同时开展新型流量计试验，提升井下小流量测试稳定性,在现有孔板流量计研究基础上，增大差压传感器量程，优化保护装置缓冲介质