渤海油田水平注水井两层分注工艺研究及应用

刘常清，王现锋，张　磊，王　柳，张　宁

(1.中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津300452；2.中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司，天津 300452)①



渤海油田水平注水井两层分注工艺研究及应用

刘常清1，王现锋2，张磊2，王柳2，张宁1

(1.中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津300452；2.中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司，天津 300452)①

根据海上油田完善注采井网需要，超大斜度井、水平井转注后需上返射孔防砂完井，实现2个层段分层注水。目前常用的钢丝投捞式注水工艺受井斜影响大，无法实现水平井的有效配注，需要开发一种能够实现超大井斜注水井分层注水的工艺。对水平注水井2层分注工艺管柱进行了研究，设计了配水工作筒和配水器芯子，明确了水平注水井两层分注工艺施工步骤。以渤海中部某油田AXX水平注水井为例，介绍了工艺的应用情况。结果表明，水平注水井2层分注工艺可以实现超大井斜注水井分层注水，提高了水平井注水驱油效能，为渤海油田注水开发提供了有效手段。

水平井；分层注水；工艺

分层注水是保持、提高地层压力，实现渤海油田高产、稳产的重要方式和主要手段[1-3]。截至2015-11，渤海油田拥有注水井500余口，其中井斜大于60°的大斜度井、水平井有80余口，此类注水井由于井斜较大，常规分层注水工艺无法实现分层配注要求[4-6]，因此主要采用笼统注水方式。渤海油田开发进入中后期，因改善油田开发注采关系、完善注采井网的需要，出现了约10口上返井，且成逐年增多趋势。这些井一般为水平井或井斜较大，要求此类井转注后，上返射孔防砂完井，并实现两个层段的分层注水[7]。

当前海上常用注水工艺主要包括两种，一种是投捞式改变水嘴开度的分层注水方式，另一种是多层同心油管组合、地面直接调配方式。前者由于采用钢丝/电缆投捞作业测调方式，工艺适用范围受井斜限制[8](井斜小于60°才能实施)；后者采用多层油管分注方式，需下入两层油管，并更改地面流程和井口装置，成本大。因此，根据前述问题，进行水平井两段分注工艺技术研究，实现超大斜度井、水平注水井两层精确配水。新开发的水平井两段分注工艺技术，能解决钢丝/电缆作业因井斜较大不能分注的难题，同时避免采用多管分注工艺带来的物料成本和相对繁琐的施工程序，减少施工作业量，其研究具有较好的应用前景[9-10]。

1　管柱组成

水平注水井两层分注工艺管柱，主要包括配水工作筒总成、定位密封、顶部封隔器(上返)、原井顶部封隔器、原井密封筒、插入密封、带孔管、死堵等[5]，结构如图1所示。其中，配水工作筒总成内安装有配水器芯子，配水器芯子上分别装有上下水嘴，将总来水一分为二，分别经过上、下水嘴进入不同的流道，注入到相应的注水层；定位密封、插入密封主要起定位、层间分隔作用，实现不同注水层的层间封隔。

图1　工艺管柱示意

2　工艺原理

1)分层注水。正常分层注水时，配水器芯子从井口投入，自由下落坐落于顶部封隔器中与密封筒相配合的配水器工作筒总成内。配水器芯子上出水通道与配水器工作筒总成出水孔配合，通过配水器芯子上水嘴进入插入密封工作筒本体与配水工作筒总成形成的环形空间，经定位密封内部注入上层；配水器芯子下出水通道与配水器工作筒总成桥式通道配合，另一部分水通过配水器芯子下水嘴经桥式通道和最内层管柱注入下层，从而实现两层分注目的。

2)分层。下入封隔器、配水工作筒和插入密封等的注水管柱，配水工作筒井斜约为55°，插入密封定位于原井密封筒内，来液一部分经配水芯子上水嘴组注上层，其余经配水芯子下水嘴组、配水工作筒和密封筒环空、油管注下层。

3)测试。钢丝作业下入仪器串定位在配水工作筒内，进行管柱验封，测试注入层吸水能力。

4)调配。根据测试结果，钢丝作业投捞配水芯子，更换水嘴，完成配注量调节。

3　工艺技术特点

1)通过配水器芯子、配水工作筒总成和外层盲管组合结构，在井斜小于60°、可钢丝/电缆投捞作业的井深位置实现2个独立通道，完成2层分注。

2)通过上述结构，避免了以前从井口到注水工作筒必须采用双层组合油管的形式，只需单层油管，减少了物料成本和相对繁琐的施工程序，从而减少了施工成本及作业量。

3)配水工作筒带桥式通道，使配水器芯子上、下压力平衡，方便钢丝打捞。

4)配水器水嘴径向安装，可装多级控制水嘴，流量调节范围大。

4　关键工具

配水器工作筒总成是实现水平注水井两层分注工艺的关键工具，是保证精细化分层注水的基础，主要由配水工作筒和配水器芯子组成。

4．1配水工作筒

4.1.1工作原理

在防砂封隔器内起层间分隔及密封作用，同时作为配水器芯子的密封工作筒。工作筒中心孔上部设有空心配水器止落定位台阶及空心配水器锁定槽，满足相应规格的配水器芯子能在工作筒上部定位并实现芯子上的密封组件与工作筒内部的密封面配合。空心集成配水工作筒中有桥式通道，保证空心配水器上、下压力平衡，方便钢丝作业打捞出空心配水器。配水工作筒结构如图2所示。

1—定位筒总成；2—上工作筒；3—连接筒；4—下工作筒。图2　配水工作筒结构示意

4.1.2技术参数

最大外径

139.7 mm

总长

1 982 mm

密封面尺寸

68 mm

注水分段数

≤2

适用范围

水平井及大斜度井

单层最大注水量

≤700 m3/d(3 MPa嘴损)

层间承压

不低于20 MPa

4．2配水器芯子

4.2.1工作原理

配水器芯子本体上有定位台阶、密封件，上、下两组多级水嘴和弹性爪。配水器芯子插入空心集成配水工作筒后建立两个注水通道。配水器芯子水嘴侧壁径向安装，避免有机杂质沉淀堵塞配水器芯子出水孔。每级配水器芯子可装多级控制水嘴，流量调节范围大。配水器芯子结构如图3所示。

1—打捞头；2—上连接筒；3—上出水嘴； 4—下连接筒；5—下出水嘴。图3　配水器芯子结构示意

4.2.2技术参数

最大外径

67 mm

总长

1 838 mm

最小內通径

44 mm

4.2.3技术特点

1)弹性锚定结构，易坐落于配水工作筒中。

2)定位、锚定可靠，测试过程中不会发生位移。

3)侧壁径向安装多个控制水嘴，流量调节范围大。

4)中心内通径大，可满足钢丝作业工具串的下入。

5　施工步骤

1)刮管、洗井、通井。

2)下入注水管柱。配管、连接注水管柱、下入目标井深。

3)下压注水管柱。确认管柱到位后，下压力50～70 kN。

4)坐封顶部封隔器。井口逐级加压5、10、15、20 MPa，各级稳压5 min。

5)环空验封。环空验封6.9 MPa(1 000 psi)，确认顶部封隔器坐封合格。

6)打捞坐封芯子，下入配水芯子。

7)层间验封。下入空心集成验封仪器串，上、下层间验封。

8)测试调配。下入流量测试仪器串，进行吸水能力测试，根据计算结果，选择合适水嘴，调配注水流量。

6　注意事项

1)工具上井前，需检验配水工作筒和配水芯子之间的密封性。

2)下注水管柱前，应刮管、洗井、通井，保证封隔器能顺利下入。

3)若无原井顶部封隔器的密封可靠性资料，下注入管柱前应单独下入验封管柱，验证顶部封隔器密封完好性。

4)为保证下注水口不被杂质、污物填埋，配水工作筒下面应连接一定长度油管，预备沉砂口袋。

7　应用情况

水平注水井2层分注工艺技术首次应用于渤海中部某油田AXX井。因AXX井为水平注水井，原井完井管柱顶部封隔器接近水平段(井斜80°)，上返1256砂体油层，射孔防砂完井后顶部防砂封隔器井斜在约60°，井斜较大(AXX井射孔和井斜基础数据如表1～2所示)。由于不采用多管分注工艺，同时不允许套管带压注水，给该井分层注水实施带来困难。

该井分上、下两层注水，防砂段顶部封隔器(上返)至原顶部封隔器为一层(1 700～1 800 m层段)，上层注水，原顶部封隔器以下(井深1 800 m以下)为下层注水。该井投产后达到了配注要求，经过一段时间作业，其相关受益采油井产量明显提高，达到了分层配注的目的。

表1　AXX井射孔数据

表2　AXX井井斜数据(部分，实际主井眼)

8　结论

1)水平井2段分注工艺技术实现了超大井斜注水井分层注水，解决了钢丝/电缆作业因井斜较大不能分注的难题，提高了水平井注水驱油效能，最终增加油井采收率及产油量，更大限度提高油田生产的经济价值。

2)研制的超大井斜注水井分注方法，完善了分层注水技术体系，为今后油田注水方式的选择提供了更多的技术。从施工方面，改变了超大井斜注水井一贯采用多管分注工艺的应用模式，避免多管工艺施工的复杂程序和较高物料成本，为渤海油田注水开发起到降本增效的作用。

[1]程心平，刘敏，罗昌华，等.海上油田同井注采技术开发与应用[J].石油矿场机械，2010， 39(10)：82-87.

[2]吴奇.海上油田防砂完井注水井插入式多水嘴集成分层注入工艺技术[C]//注水技术研讨会论文集.北京：中国石化出版社，2005.

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Research and Application of Two Separated Layers Injection Technology in Horizontal Wells in Bohai Oilfield

LIU Changqing1，WANG Xianfeng2，ZHANG Lei2，WANG Liu2，ZHANG Ning1

(1.TianjinBranchofCNOOCLtd.，Tianjin300452，China；2.Drilling&ProductionCompany，CNOOCEnergyTechnology&ServicesLtd.，Tianjin300452，China)

In terms of offshore oilfield well pattern optimization need，some production wells are changed into injection wells，including some very large deviated wells and horizontal wells.For the very large deviated wells and horizontal wells，new sand control layer needs to be built to realize two separated layers injection.At present，the traditional injection technology which needs slick line operation is not appropriate for the injection of large deviated well.So a new injection technology needs to be developed.The injection pipe for large deviated well is studied，the injection mandrel as well as the injection barrel is designed，and the field operation procedures are determined.The technology was successfully applied in one injection well in Bohai oilfield.The results show that the two separated layers injection technology is applicable for large deviated wells and horizontal wells.The technology can improve the enhanced oil production and provides an efficient method for injection wells in Bohai Oilfield.

horizontal well；separate layer water Injection；technology

1001-3482(2016)09-0083-04

2016-03-25

刘常清(1984-)，男，甘肃白银人，工程师，2007年毕业于中国石油大学(华东)，现从事油气田增产、增注技术的研究与管理工作，E-mail：andycoman13142000@163.com。

TE934.103

Bdoi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.09.019