[钻井技术:499] 桥式同心分层注水工艺的研究与试验

[来源：石 油 钻 采 工 艺]作者：于九政1， 2 、巨亚锋 1， 2、郭方元 1， 2

（1. 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室， 陕西西安　710018；2. 中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院， 陕西西安　710018）

摘要：

由于常规偏心分注技术、 桥式偏心分注技术存在着测调成功率低、 效率低、 工作量大、 作业风险大等诸多问题， 提出了桥式同心分层注水工艺技术。该技术将可调式水嘴与配水器一体化集成， 实现配水器中心通道内免投捞配水作业模式， 通过地面可视化直读方式操作井下测调仪与配水器同心定位对接， 实现流量测试与调配同步进行， 具有较高的测调成功率和工艺效率。桥式同心分层注水工艺在长庆油田现场应用 1 664 口井， 施工成功率 100%， 分层测调合格率 96.8%， 平均单井测调时间4~6 h， 具有一定的推广价值。

正文:

国内分层注水井下工具、 工艺管柱及配套的测调工艺不断发展完善， 形成了以桥式偏心分层注水工艺为代表的分层注水技术， 满足了不同开发阶段、不同类型油藏注水开发的需要， 为油田实现分层开采奠定了坚实的技术基础 ［1-8］ 。为了提高低渗透油藏水驱动用程度， 长庆油田 2009 年引进桥式偏心分层注水技术， 并配套完善了钢丝和电缆测试调配技术， 实现了在井深 2 200 m、 井斜 30° 以内的两级分层注水 ［9-10］ 。然而， 随着油田开发的不断深入， 大斜度井、 深井及小卡距多级分注井逐年增多， 对分注工艺提出了更高要求。为了进一步满足精细注水开发的需求、 提高工艺适应性和技术指标， 创新提出了桥式同心分层注水技术， 实现封隔器电动直读验封和配水器中心通道机电一体化电缆高效测调， 提高了分注井测调成功率和工艺效率。

1　分层注水难点

长庆油田是典型的低渗透油藏， 多薄层发育， 区域内沟壑纵横， 主要采用丛式井开发， 定向井比例达90% 以上， 具有井斜大（20~40° ） 、 井深（2 000~3 000m） 、 注水量小（单层 10~15 m 3 /d） 等特点， 精细分层注水难度大。

（1） 偏心分注工艺水嘴安装在配水器偏心孔上，无论采用钢丝还是电缆测调， 测调仪与水嘴均采用侧向对接方式进行测试调配， 需要精确机械式导向及定位， 对接时侧向动力传递结构复杂， 动力传递效率低。在大斜度井和深井中存在水嘴捞不出、 投不进、 反复作业、 易堵塞等问题， 测调仪器遇阻遇卡率高， 测调成功率和工艺效率低。

（2） 多层细分后， 封隔器坐封距离缩短， 相邻配水器之间跨距缩小；而偏心分注工艺测调时需要 10 m以上的投捞距离， 测调仪器快速俯冲下放， 才能保证在偏心配水器内实现旋转导向定位， 否则无法成功对接或出现投捞错层现象， 使多个含油层段均匀精细水驱开发程度低。

（3） 偏心机械式验封采用钢丝携带堵塞式验封仪或测试密封段， 封隔配水器出水通道， 目的是测试油管压力和地层压力。测试信息在井下自动存储， 查看数据时将验封仪或密封段起出地面并回放曲线，该方法验封可靠性差， 井下作业风险大。

2　桥式同心分层注水技术

桥式同心分层注水工艺技术采用封隔器将各储层分隔开， 采用桥式同心配水器为各层注水， 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， 实现流量测试与调配同步进行， 满足地质配注需求， 工艺原理如图 1 所示。

2.1　桥式同心配水技术

桥式同心配水器结构如图 2 所示。该配水器改变偏心笔尖式旋转导向定位方式， 采用平台式直接定位对接， 提高大斜度井定位对接成功率， 缩短配水器长度， 实现小跨距多级精细注水。将可调式水嘴由偏置式改为同心滑套式， 开度由测调仪在配水器中心通道带动同心活动筒和活动水嘴旋转调节， 水嘴不易堵塞。 配水器下井时水嘴处于完全关闭状态，密闭承压 60 MPa， 满足封隔器坐封要求。在主体与连接筒之间设计了较大过流面积的桥式通道， 当测

调仪占用中心通道时， 一部分注入水从桥式过流通道流向下一级桥式同心配水器， 以满足其他层段分层配水的需要， 最大限度降低小水量层间干扰。

2.2　同心电缆高效测调技术

同心电动井下测调仪结构见图 3。动力传递设计为同心连杆机构， 与偏心测调臂侧向调节模式相比， 机械结构简单， 动力传递效率高， 调节扭矩大。测调仪具备磁定位功能， 可以准确判断配水器和封隔器位置， 实现层内多级小卡距条件下仪器准确定位。该测调仪将超声波流量计和水嘴调节爪一体化集成， 流量测试水嘴调节同步进行， 有效提高效率。

2.3　封隔器电动直读验封技术

电动直读验封仪结构如图 4 所示。采用电机转动压缩上胶筒和下胶筒， 使其径向扩张实现坐封， 将配水器出水孔封隔开；在井口进行注水阀门开、 关、开或关、 开、 关的操作， 实时监测油管压力和地层压力的变化， 从而判断封隔器密封状态， 解决了传统依靠重力冲击机械式验封可靠性差的问题。

2.4　地面可视化数据采集控制技术

地面控制器和数据采集处理系统通过对不同指令和数据的传输， 实现地面实时控制井下测调仪器和采集井下流量、 压力、 温度等数据， 具有操作方便、性能稳定的特点。

3　室内实验

3.1　配水器密封性及抗拉强度测试

采用专用拉伸液缸对桥式同心配水器进行抗拉强度测试。将配水器连接到测试装置， 给配水器内部泵入一定高压， 然后从拉伸液缸泵入高压， 用活塞拉伸桥式同心配水器。具体步骤：启动试压泵， 正打压， 逐步升压至 15 MPa， 稳压 5 min， 逐步升压至30 MPa， 稳压 5 min， 再逐步升压至 40 MPa， 稳压 30min， 无渗漏， 螺纹处变形量 0 mm， 抗拉强度 550 kN；反打压， 逐步升压至 15 MPa， 稳压 5 min， 逐步升压至 30 MPa， 稳压 30 min， 抗拉强度 550 kN， 无渗漏。

3.2　测试调配实验

测试装置通过实验泵及标准套管等结构模拟井下注水密闭环境， 同时采用试压泵进行配水器内外压控制， 以模拟配水器井下注水压力环境， 从而实现桥式同心配水器测试调配模拟实验。具体步骤：将配水器连接于测试装置内， 模拟测调仪放入桥式同心配水器中， 试压泵升内压至 10 MPa， 稳压 5 min，逐步升压至 20 MPa， 稳压 5 min， 配水器外压为常压， 旋转扭矩仪， 缓慢打开水嘴， 扭矩缓慢升至 13N · m， 然后降为 11 N · m 且平稳， 关闭水嘴。外压升压至 10 MPa， 稳压 5 min， 逐步升压至 18 MPa， 稳压5 min， 旋转扭矩仪， 缓慢打开水嘴， 扭矩缓慢升至 11N · m， 然后降为 8 N · m 且平稳。

3.3　实验结果

实验结果表明：桥式同心配水器具有良好的密封性能和抗拉性能， 在高压条件下无渗无漏， 既满足注水要求， 又可实现完全关闭状态下封隔器的有效坐封。同时在大压差条件下， 水嘴打开和关闭灵活自如， 调节扭矩较小， 可实现井下分层注水量长期测试调配。

4　现场应用

桥式同心分层注水工艺于 2011 年在长庆油田投入现场， 截至 2014 年底累计应用 1 664 口井， 完井施工成功率 100%， 测调成功率 92%。其中， 最多分注层数 6 层， 最大井深 2 975 m， 最大井斜 59.2° ， 单层流量测调误差 10% 以内， 分层测调合格率 96.8%，平均单井测调时间 4~6 h， 封隔器电动验封成功率98% 以上， 测试成功率、 效率和精度大幅提高。

5　结论

（1） 桥式同心分层注水技术实现了配水器中心通道内免投捞配水作业模式， 解决了偏心分注工艺在复杂井况中尤其是大斜度井机械投捞对接成功率低、 风险大的问题。

（2） 桥式同心电缆高效测调技术采用同心对接方式， 地面实时在线监测， 实现流量测试与调配同步进行， 将分注技术推进到单纯电缆作业阶段， 提高测试效率和精度。

（3） 桥式同心分注技术为大斜度井、 深井、 采出水回注井、 小跨距井实现多层细分提供了有效的工艺手段， 在提高分注率、 测调成功率和效率， 降低综合成本和人员队伍配备， 提高油藏开发效果等方面起到巨大的推动作用， 具有广阔的推广前景。