桥式同心分层注水技术在ZD油田的应用效果分析

张伟杰，雷宏，关竹林，张杰，邹家乐，姜鹏飞

1.延长油田股份有限公司志丹采油厂（陕西 延安 717500）

2.陕西延长石油（集团）有限责任公司（陕西 西安 710065）

ZD油田位于鄂尔多斯盆地西南部，是较为典型的低孔低渗油气聚集地区，其地质结构相对较为复杂，开发层系较多较细。由于各层段渗透率不同等地质因素，ZD油田注水开发初期采用全井笼统方式注水开采，出现了高渗透率储层大量吸水，低渗透储层吸水量较小，甚至不吸水的状况，导致注入水波及效率低、水驱开发效果差、含水上升快等问题。随着油田注水开发调整，部分注水井采用桥式偏心分层注水工艺，一定程度缓解了层间矛盾，但该工艺测调工具机械结构复杂，测调需要反复操作，仪器遇阻、遇卡率高，使得作业周期长、风险大、效率低。针对上述问题，提出在ZD 油田采用桥式同心分层注水技术来改善注水开发效果。

1 ZD油田分层注水开发现状

随着油田开发进入中后期阶段，ZD 油田层间矛盾不断暴露，储层平面上和剖面上吸水存在差异，油井注水见效程度差异较大，部分油井在较短生产时间内发生水淹，水驱油效果变差。根据近两年吸水剖面测试情况，ZD 油田层间矛盾突出，主力层长61声波时差在240 μs 以上，渗透率在2.5×10-3μm2以上；其他层段声波时差一般在220 μs 左右，渗透率在0.6×10-3μm2左右。

截至目前，ZD油田水驱控制面积1 001.79 km2，水驱控制储量4.33×108t，水驱控制程度87.68%，主要注水开发层位为长6 油层。建成注水站223 座，日注水能力4.48×104m3，注水井数4 222 口，开井数3 381 口，其中分层注水井727 口，分层注水井占比17.21%，采用桥式偏心分层注水工艺技术，分层数为2～3级。桥式偏心分层注水工艺技术测调需要精确的机械导向完成测调工具的定位及配水器、堵塞器调节头的对接，测调工具机械结构复杂，测调需要反复操作，以致作业周期长、风险大、效率低，给注水开发带来很大困扰。

2 桥式同心分层注水技术研究

2.1 分层注水技术分析

20 世纪60 年代初期，研究出的固定式分层注水配套技术，较好地缓解了层间矛盾。而在实际应用过程中调配注水量与测试工艺比较复杂，该分层配水器用投捞的方法，调节和更换水嘴来调整各层段注水量[1]。各油田逐步进入中高含水期，特别是一些低渗透油田相继采用注水开发，其注水井分注层数增加、注入压力不断升高，为此研制出偏心分层注水技术，该分层注水技术不仅可以用投捞调配各层段注水量，而且有效地解决了封隔器验封和分层测试等难题[2]。同时封隔器类型由水力扩张式进一步发展到水力压缩式，显著增加了配水管柱的使用期限[3]。但其测调工具机械结构复杂，测调需要反复操作，为了简化测试工艺，提高测试效率和资料的准确性，提出了桥式同心分层注水技术，其不受分层层数的限制[4]，测试时能够避免层间干扰。

现将各分注技术优缺点进行对比，见表1。结合ZD 油田目前分层注水实际现状及后期精细注水开发具体要求，优选出桥式同心分层注水技术，该技术将分注工艺与测调技术创新配套，形成机电一体化为核心的单纯电缆高效测调技术，缩短分层注水测调周期，提高测调准确率，进一步满足了精细注水开发的需求。

2.2 桥式同心分层注水技术

桥式同心分层注水技术采用斜井封隔器将各注水层位分隔开，使用桥式同心配水器为各注水层位注水，地面控制器通过电缆与同心电动井下测调仪连接，控制井下仪器，同心电动井下测调仪与配水器同心对接调节注水量，数据采集控制系统实时在线监测井下流量、温度和压力，实现流量调配和测试同步进行[5]，如图1所示。

图1 桥式同心分注技术示意图

桥式同心测调系统主要由同心测调仪、桥式同心配水器、电动验封仪、地面控制器、辅助设备、电缆测井车等组成[6]。其中桥式同心配水器与分注管柱一起下入，内部装有可调水嘴；由电缆将同心测调仪器下入分注管柱中，与井下测调工作筒对接，地面直读调节流量；地面控制器，在地面通过电缆读取流量压力温度参数，并控制测调仪器调节井下可调水嘴。

桥式同心配水器是该分层工艺技术的核心部分[7]，主要由上接头、主体筒、定位机构、同心活动筒、外筒、可调水嘴、固定座以及下接头组成（图2）。同心配水器技术参数：最大外径为Ф114 mm；总长度为640 mm；内孔最小通径为46 mm；工作温度为-30～150 ℃；压力≤60 MPa；流量为0～1 000 m3/d。

图2 桥式同心配水器

2.3 桥式同心分层注水技术配套改进

2.3.1 配水器定位方式设计改进

将配水器“滑梯式”旋转导向变为“平台式”定位对接[8]，测调仪不需要侧向调节臂，无需快速下放测调仪俯冲对接，简化了测调仪器结构，提升了定向井对接成功率（图3）。

图3 配水器定位对接方式对比

大斜度井测调成功率由72%提高到90%，配水器跨距由10 m 降至2 m，20 m 层段可由2 层细分到4～5层。

2.3.2 桥式同心水嘴与配水器一体化集成设计改进

相比桥式偏心，桥式同心水嘴与配水器一体化集成设计，无需投捞，水嘴不易堵塞，在采出水回注井具有较好适应性[9]。桥式同心分注，可调式水嘴外径Φ52 mm，出水口Φ9 mm，优选氧化锆陶瓷材料，完全关闭状态下水嘴密封性好。

2.3.3 机电一体化测调设计改进

将分注技术与测调技术创新配套，形成机电一体化为核心的单纯电缆高效测调技术，转变调配模式（图4），提高测调效率和精度。同心电动井下测调仪，动力传递设计为同心连杆机构，仪器下井后可对任意层进行调节[10]，一次下井可完成全井测调任务，两层分注井平均测调时间由1 d 缩短到3～5 h，3～5层分注井测调时间由2～3 d 缩短到6～8 h。

图4 测调模式对比

3 应用分析

3.1 现场应用

桥式同心分层注水技术在ZD 油田推广应用了82口井，现场施工成功率100%，层段调配效果合格，水井调配、水量验证等技术质量合格，达到预期指标。第一批实验井实施情况见表2。

表2 桥式同心分注试验井调配效果统计

以X2井应用为例，X2井2014年12月转注，注水层位为长6，目前日注水10 m3,累计注水20 820 m3，该井生产数据见表3。

表3 X2井生产数据及地质配注要求

该井于2019 年10 月进行桥式同心分层注水施工，测试前和测试后流量数据情况如图5所示。

图5 X2井测试前和测试后流量数据

该井经过同心测调仪调配水嘴开度大小，待注水稳定后，经测调仪测试，仪器回放数据显示：上层长61层注入量为6.11 m3/d，下层长62层注入量为3.97 m3/d，达到地层配注要求。

3.2 应用效果分析

3.2.1 小水量井测调精度高

ZD油田目前日注水量2.73×104m3，平均单井日注水量8.08 m3，单井日注水量较小，常规分层注水调整注水量需要更换不同直径的水嘴，测调时需要多次投捞堵塞器，工作量大，调配效率低，而且水嘴大小间隔为0.2 mm，水嘴大小变化不连续，使得常规分层注水量调节也不连续，最终调配精度比较差，无法真正实现精细化注水[11]。桥式同心电缆测调和桥式偏心相比，水量调节精度提高近2.5倍，测调仪器转速由2.5 r/min调整到1 r/min，活动水嘴轴向移动距离由5 mm/min调整到2 mm/min，对于同一出水面积64 mm2，分辨率由0.33 mm2/s 提高到0.13 mm2/s，大幅提高测调精度，应用效果见表2中上、下层配注调整前后数据对比。

3.2.2 降低大斜度井测调难度

ZD 油田采用丛式井组开发，注水井井斜较大（井斜角大于55°），导致注水井管柱发生蠕动，缩短了管柱的使用寿命。桥式偏心注水工艺，由于使用的固定水嘴，为了使各层配水量达到地质要求，需要反复投捞水嘴。然而投捞水嘴具有一定难度，特别是大斜度井投劳水嘴时的对接成功率非常低，调配效率较低，调配一口合格的注水井需要2～3 d，甚至更高[12]。桥式同心配水器采用可调水嘴和配水工作筒为一体化结构，不需要投捞水嘴，使用电缆作业方式，流量调节与测试同步进行，一次下井可完成全井各层流量调配任务，地面可视化操作，测调结果直接读取，大幅度提高测调效率[13]。

3.2.3 减少作业量，提高经济效益

桥式偏心分层注水与桥式同心分层注水施工作业流程对比，如图6所示。

图6 桥式偏心分注与桥式同心分注测调作业流程对比

若按一次投、捞作业价格1 200元估算，桥式偏心分注调配需作业7 趟，桥式同心分注调配作业2趟，较桥式偏心分注减少了5 趟作业，节约了6 000元，3年有效期内需调配6次（每半年调配1次）共计节约了3.6万元。而桥式同心分注每口井作业指导价为5.95 万元，桥式偏心分注作业指导价4.6 万元。综合比较后，采用桥式同心分注每口井节约了2.25万元（表4），达到了降本增效的目的。

表4 桥式偏心分注与桥式同心分注作业费用对比

4 结论与建议

1）ZD 油田采用桥式同心分层注水技术施工的82 口井均正常运行，注水井调配、水量验证等技术质量均合格，达到预期指标。

2）桥式同心分层注水技术通过配套改进并实施，现场试验表明，较原有桥式偏心分层注水而言，桥式同心分层注水技术在注水井水量调节精度方面提高了2.5 倍；一次测调工作量减少到2 趟，同时每口井节约了2.25万元，大幅度提高了生产效率及经济效益，达到降本增效的目的。

3）为确保井下注水正常，达到地质配注要求，必须保证注水压力正常，波动范围不超过1 MPa。建议定期实施反洗井措施，确保地层注水正常，建议每个季度进行一次调配作业。