国内油田分层注水技术新进展及发展趋势

张 勇

（中国石油大学（华东）石油工程学院，山东 青岛 266580）

国内分层注水技术经过多年的研究，其管柱已经从开始的单一固定式管柱发展为现在多元的能够适应不同油藏、不同井况，并能解决油层之间夹层较小等问题的工艺管住，测调技术从开始的投球法测试、投捞芯子发到到了现在的测调一体化，分层注水技术不断优化发展[1]。

1 国内分层注水技术新进展

国内油田水驱动用储量占油田总储量的 80%以上，年产油占总产量的76%以上，是油田开发的主阵地，目前水驱油藏已进入高含水、特高含水期，进一步提高水驱开发质量是关系到油田持续发展的关键[2]。近年来，各个油田强化分层、测调关键技术创新，注重技术优化和集成配套,推进了水驱开发质量的提升。

1.1 创新优化分层技术[3-5]

提高水驱开发质量最关键是提高“三率”，即提高分注率、层段合格率和注采对应率，只有提高了分注率和层段合格率，才能提高注采对应率。

1.1.1 提高分注率关键技术

影响水驱油藏提高分注率的主要因素：在低渗透高温高压油藏中，压力和温度效应影响有效分注；多薄层油藏中，夹层1 m以下影响卡封准确性，5层以上影响测调效率；套损井况影响分注。针对上述制约因素，国内油田开展了高温高压密封技术、封隔器精确定位技术、锚定补偿技术、小直径大膨胀比密封技术攻关研究并取得突破。

（1）高温高压密封技术。首先是密封新材料研发，它的原理是以氢化丁腈橡胶为基础密封材料，采用丙烯酸盐和炭黑复合增强体系，在硫化反应过程中，发生均聚、接枝共聚以及脱羟基反应，提高橡胶分子主链的饱和度，增强抗老化和耐温性能，其力学性能得到改善和增强。改性氢化丁腈橡胶材料提高了橡胶分子主链饱和度，增强了抗老化和耐温性能，耐温可达到 150 ℃ 。其次是密封件结构优化，它是采用有限元对胶筒本体及辅助部分进行了非线性数值分析，优化胶筒高度、厚度、倒角、护罩几何尺寸，提高和保持接触应力，实现长期有效密封。高压密封件新结构提高了密封压力，可达到35 MPa 。

（2）封隔器精确定位技术。针对薄油层油藏层间卡距小，管柱深，自重伸长影响定位误差大造成的封隔器定位困难问题，研制出了封隔器精确定位技术，并形成了分注管柱。它是通过管柱中的机械定位器监测特殊套管短节的原理，再结合地面拉力测试和激光测距装置，共同确定封隔器的位置(图1)。

图1 薄油层分注管注Fig.1 The pipe string of thin reservoir

性能特点：

①配水器和封隔器一体化设计，减少了配水间距，最小配水间距可以达到2 m。

②提高了封隔器定位精度和效率，2 000 m井深条件下误差小于等于0.12 m，适应最小夹层厚度大于等于1 m。

③注水工具采用了单向阀结构，可以有效防止层间串通和反吐出砂。

④对于深井采用了锚定补偿结构，能克服管柱蠕动。

通过封隔器、配水器一体化设计解决了多薄油层间距小、分层测调困难的问题，通过机械卡封定位器实现了封隔器在薄隔层中的精确定位，通过流量计双环境测调技术配套，解决了集成配水测试问题。

（3）管柱锚定补偿技术。在温度，压力高的低渗透油藏中，为克服封隔在器高温下胶筒蠕变严重，密封承压降低等问题，攻关研制了管柱锚定补偿技术，并形成了标准化分注管柱。锚定补偿分层注水管柱采用了锚定和补偿相结合的方式，水力锚与支撑卡瓦用来锚定和支撑管柱，避免管柱的蠕动，保证封隔器的密封性能，从而延长封隔器的使用寿命，补偿器用来补偿油管因温度、压力等因素引起的伸缩，改善管柱的受力状况(图2)。

性能特点：

①采用锚定补偿方式克服了管柱蠕动；

②采用肩部保护和优化胶筒结构，提高了密封承压能力;

③采用轨道换向配水器，坐封后直接转入注水，提高了作业完井效率。

④可在温度小于160 ℃，注水压差小于35 MPa的条件下使用。

此技术解决了高温高压深井分注有效期短的问题。

图2 锚定补偿管注Fig.2The pipe string of anchor and compensation

（4）小直径大膨胀比密封技术。随着油田注水时间的延长，有套损状况的注水井日趋增加。注水井套管损坏后，常规的分注管柱不能使用，这会造成区块的注采系统失去平衡，波及系数得不到提高，为此研制出了小直径分层工艺技术，并形成了标准化分注管柱(图3)。

图3 套损套变小直径管柱Fig.1 The pipe string of casing damage

性能特点：

①大膨胀比胶筒增加了复合内衬高弹性、高强度金属骨架，膨胀比达到了1.4。

②配套了31/2、4、41/2、5 in小直径套管井小直径封隔器。

③套损套变小直径管柱耐压可达到35 MPa。

此技术解决了套损、套变修复井的分注问题。

1.1.2 提高层段合格率关键技术

针对层间大压差造成的调配难度大、精度低、有效期短以及低渗、堵塞造成欠注层多等问题。国内油田开展了降压增注技术、防反吐技术以及分级节流控制配水技术攻关研究，以提高分层注水层段合格率[4]。

（1）双子表面活性剂增注工艺技术。中高渗油藏注水过程中，外来悬浮物、含油以及沿程污染在近井地带会使渗透率下降，对于低渗透油藏粘土膨胀也会导致近井地带渗透率下降。渗透率的下降以及贾敏效应的产生会使注水压力升高，这会导致很多层出现欠注现象。 室内实验表明：在排除机械杂质堵塞的条件下，回注污水含油量从5 mg/L增加到30 mg/L，渗透率保留率会从76%降低到47%。针对注入水中含油堵塞导致的欠注问题，胜利油田研发了双子表面活性剂增注工艺技术。

它的机理是通过降低界面（油、水、岩石）之间作用力，来解除近井地带有机堵塞（分散含油、悬浮物、铁离子、粘土等聚合），降低堵塞概率，延长增注有效期。双子表面活性剂增注技术有效地解决了因注水压力升高而导致的欠注问题。

（2）防反吐技术。国内东部渤海湾地区砂体以细砂岩、粉砂岩为主，地层胶结疏松。针对中高渗油藏，在停注或反洗井作业时，由于油套间压力的减小，吐聚井会出现出砂和吐聚问题，为此研制出了防返吐技术，并形成了标准化分注管柱(图4)。

图4 吐聚防反吐管柱Fig.4 The pipe string of preventing the spitting

技术原理是通过防逆堵塞器、防返配水器、密闭扩张封隔器、定压沉砂洗井阀及井口单流阀等注水工具的共同作用，从油套环空、两配水器间通过油管的窜流均得到抑制，减少了层间窜通机会，避免了地层堵塞，延长了分注有效期。

此技术解决了吐聚、出砂对管柱的堵塞问题。

（3）大压差分级节流控制配水技术。当层数大于2且层间注水压差大于5 MPa时，调配难度加大，管注有效期变短。为此研制出了大压差分级节流控制配水技术，并形成了标准化分注管住(图5)。

技术原理：大压差分级节流配水技术是采用两级水嘴和一级节流管相结合的原理，配注量范围可达到20~150 m3/d，可实现层间压差12 MPa的精确分层配注。

分级节流配水技术解决了层间大压差分注问题。

图5 大压差分级节流配水管柱Fig.5 The pipe string of large pressure difference and Classification of throttling

1.2 测调一体化技术[6]

常规测调工艺技术效率低、精度低，而且注井要求每季度测一次，测调工作量大，测调不及时造成很多分注层段达不到配注要求，为此胜利油田攻关了测调一体化技术。其技术原理是采用电缆携带测调仪与井下可调配水器对接，通过地面仪器监测流量、压力，并发出指令调整水嘴开度，实现边测边调。

针对不同油藏需求，形成了空心和偏心两个技术系列。它的优势是测调效率提高，水嘴可实现无级连续调节，流量控制精度高（误差≤5%）；优选了高温高压元器件，仪器耐温由 120 ℃ 提高到140 ℃；空心测调一体化技术，是带有滚轮式扶正装置的测试仪器，适用井斜达到60°。

2 国内分层注水技术发展趋势

随着油田开发程度的深入和各种复杂井况的出现，为了进一步调高水驱开发质量，分层注水工艺技术还需要继续发展提高，发展趋势主要围绕以下几个方面。

智能化分层注采技术研究。研究井下智能测控装置等关键技术，实现在线实时测调各层注水量，保证各层注水量实时达到配注，改变目前注水量受固定时间监测，固定水嘴注水，受工况影响大的现状。

韵律层细分注水技术研究。针对韵律层开发分注层数越来越多的现状，研究集成测调一体化和精确卡封定位技术，实现8层以上的细分注水。

海上长效注水技术研究。围绕 5年长效注水目标，综合开展水质、管柱、防砂、调配、安全控制等技术的适应性评价研究，进一步优化集成，形成适合海上油田的长效安全注水技术。

水平井分注技术研究。水平井注水技术是一项暂新而有潜力的技术，与直井相比，水平井注水可形成线性驱动，推迟注入水突破时间，提高波及效率、改善油藏开发效果。目前国内油田水平井注水主要采用常规笼统合注，以后要攻关解决水平井分注测调仪器的投捞问题，并推广水平井分层注水技术在国内油田的应用。

［1］王群星,等.分层注水技术发展过程[J].化工原理，2015(5):161-162.

［2］张玉荣,等.国内分层注水技术新进展及发展趋势[J].石油钻采工艺，2011,33(2):102-103.

［3］刘合，罗凯,等.中国油气田开发分层注水工艺技术现状与发展趋势[J].石油勘探与开发，2013,40(6):733-734.

［4］李常友,等.液控式分层注水工艺技术[J].石油机械，2008(9):102-104.

［5］李涛,等.后续水驱油藏分层注水技术[J].中国化工贸易，2015(2):134-139.

［6］李敏,等.智能注水井一体化测调技术改进及配套技术[J].石油机械2 014,42(10):108-110.