華北油田分層注水技術現狀與展望

夏　健　楊春林　譚福俊　陳　勇　王忠秀　樊玉生（.華北油田公司鉆采工程部，河北任丘　06；.華北油田公司合作開發項目部，河北任丘　06；.華北油田公司采油二廠，河北霸州　06700；.華北油田公司采油工程研究院，河北任丘　06；.渤海鉆探公司井下技術服務分公司，天津大港　008）

華北油田分層注水技術現狀與展望

夏健1楊春林1譚福俊2陳勇3王忠秀4樊玉生5
（1.華北油田公司鉆采工程部，河北任丘062552；2.華北油田公司合作開發項目部，河北任丘062552；3.華北油田公司采油二廠，河北霸州065700；4.華北油田公司采油工程研究院，河北任丘0625522；5.渤海鉆探公司井下技術服務分公司，天津大港300283）

分層注水技術水平直接影響著注水開發油田的整體開發效果。針對華北油田分注技術狀況，剖析了目前分注工藝技術存在主要問題；結合華北油田儲層特點，優選出橋式偏心分注、橋式同心分注、免投撈測調一體化分注等3種分注工藝，引進了高效測調工藝，開展了系列分注配套工具研究。詳細介紹了三類分注工藝的特點和在華北油田的應用情況，指出了分注技術的發展趨勢。

華北油田；分層注水；高效測調技術；分注配套工具；發展趨勢

華北油田目前以砂巖區塊為開發主體，多屬于典型的多層系、非均質復雜斷塊油藏，現已進入注水開發中后期，層間矛盾日益突出，實施分層注水已成為油田精細開發、提高采收率和水驅動用儲量的主要技術手段。目前華北油田油藏類型多、油層埋藏深（平均2 900 m）、溫度高（平均102 ℃）、井身斜度大、套變套損井逐年增多，注水井井筒技術狀況逐漸惡化。2012年以前，注水井分注率和細分率低，分注率16.7%，一級二段分注井占總分注井的88.6%；分注工藝較為簡單，96%分注井為常規空心、偏心、地面定量分注，遠遠不能滿足油田精細分注工藝的技術需求；傳統的投撈調配測試成功率偏低，且測試周期長、工作量巨大，亟需先進的高效測調技術手段。

1　華北油田分注工藝技術現狀

為滿足油田精細注水開發需求，提高深斜井分注技術水平，2012年起結合華北油田地質特點，優選出3種新型分注工藝；為提高測調效率，引進了測調聯動分層配水高效測調技術；為適應高溫大斜度井分注需要，開展了系列分注配套工具研究。

1.1新型分注工藝

1.1.1橋式偏心分注工藝

采用橋式偏心配水器進行井下分層注水。橋式偏心配水器主通道周圍布有橋式通道，使目的層段在進行流量或壓力測試時，其他層段依然可以通過橋式通道正常注水，不改變其他層段的工作狀態，最大限度地減小了各層之間的層間干擾，從而有效提高分層流量調配效率及分層測壓效率［1］。橋式偏心配水器結構見圖1。

圖1　橋式偏心配水器結構示意圖

技術特點：（1）橋式偏心分注技術集流流量測試，能夠實現注水層位流量的單層直測，有效消除非集流流量測試中遞減法帶來的誤差，從而提高測試精度；（2）橋式過流通道的設計，消除了中心通道集流壓差；一次驗封過程相當于每一級封隔器均驗兩次，有效提高了驗封測試一次成功率及測試效率；（3）橋式偏心分注可以進行中心通道分層壓力測試，不用投撈配水堵塞器，減少投撈次數，提高測試效率；瞬時實現井下關井，井筒續流時間短，測試資料誤差小，測試精度高。

1.1.2橋心同心分注工藝

采用橋式同心配水器進行井下分層注水。配水器工作筒水流出口為2個對稱的窄長形出口，內部中心的陶瓷芯體可通過井下測調儀的調節動作實現上下移動，實現出水口面積大小的調節，從而實現精細化注水目的［2］。在主體出水口兩側設計了橋式通道，保證測調某一層時不影響其他層段注水。可調水嘴關鍵部位采用高鈷基硬質合金，耐高溫、耐腐蝕、不結垢，耐沖刷能力強，大幅提高了其耐用性能。可調工作筒為特殊防砂設計，可以保證水嘴在井下工作期間調節套的傳動部分不會發生砂卡、活動水嘴和座體無水流動處不會出現泥沙囤積現象。橋式同心配水器結構見圖2。

圖2　橋式同心配水器結構示意圖

技術特點：（1）橋式同心配水器工作筒和可調水嘴采用一體化設計，不需要進行水嘴投撈，減少施工勞動量；（2）配水器工作筒的尺寸較短，長度僅為0.7m，更適合小卡距分層配水需要；（3）井下測調儀與配水工作筒的定位對接和水量大小調節對接均為同心對接，對接成功率基本為100%，并且不受井深、井斜、結垢等各種井況的影響；（4）井下測調儀的動力傳遞為一根直軸，結構簡單；采用大扭矩低轉速進口電機減速器可以實現高分辨率、高精度注水調節，尤其對低注入量的水井調配優點更大。

1.1.3免投撈測調一體化分注工藝

采用免投撈一體化同心配水器進行井下分層注水。配水器中心管上部環形面上對稱開有2個細長槽式的出水孔，正好與旋轉芯子上2個凸面相對稱吻合，當測調儀的電機帶動旋轉芯子轉動時，可逐步打開或關閉2個對稱的出水槽孔，起到開啟或關閉出水孔的作用，從而實現精細化注水目的。配水器水嘴材質采用硬質合金鋼；水嘴為矩形＋梯形的異形水嘴，即使水嘴被堵，將水嘴開大就可使堵水嘴異物被沖走；進水通道加濾網，防止水嘴堵塞。免投撈一體化配水器內部結構見圖3。

技術特點：（1）不需要投撈芯子和水嘴，能夠做到免投撈，儀器一次下井就可實現任意分層調節水量、分層驗封；提高了工作效率，降低了勞動強度；（2）中心通徑大（?46 mm），可適應各種測試儀器通過；外徑小（最大外徑?92 mm），管柱作業時起下容易；（3）具有防返吐、防砂功能；配水器具備反向截止功能，地面停注時，配水器自動關閉，可防止地層返吐出砂及臟物進入。

1.1.43種分注工藝適應條件

2012年華北油田公司確定在同口油田、阿爾油田先行開展新型分注工藝示范區建設，兩年來經過對3種新型分注工藝綜合性能（見表1）進行評價對比和現場實踐得出：（1）橋式偏心分注工藝適合井斜角≤25°、井深≤3 000 m的分注井；（2）橋式同心、免投撈測調一體化工藝均采用同心對接方式，在深井、大斜度井上更具優勢。

表1　3種分注工藝綜合性能評價

1.2測調聯動分層配水高效測調技術

測調聯動分層配水高效測調（地面直讀電動測調）系統主要由地面控制傳輸系統、橋式偏心（同心）分層配水管柱、采集調節系統及輔助系統4部分組成。該系統可實現測試“流量實時監測，壓力同步讀取，水嘴連續可調”，一次下井可完成多層段測試、流量調整，具有小水量測試精度高、測調效率高的優點。高效測調與常規測調技術對比見表2。

表2　高效測調與常規測調技術對比

地面控制傳輸系統由地面控制箱、電纜絞車及信號傳輸電纜等組成，主要完成對井下儀器的供電控制、通訊以及上傳信號的處理與采集。其主要功能是控制井下測調儀在井內完成水量調節、數據采集及保存，并對數據進行可視化處理，實現調節過程直讀并可判斷出儀器與堵塞器的對接狀態。

橋式偏心（同心）分層配水管柱由橋式偏心（橋式同心、免投撈一體化）配水器、可洗井封隔器及球座等部分組成。其主要優點是目的層測試調配過程中其他層仍可正常注水，進一步提高準確率。

采集調節系統由井下測調儀、可調式水嘴等部分組成。井下測調儀由測調車通過電纜下入分注管柱中，并與橋式偏心（先進同心）配水器對接；根據地質配注要求調節配水器水嘴大小，并進行流量、壓力、溫度等參數測試；設計的磁定位功能能夠通過井下工具對儀器進行準確定位，同時儀器中增加了開臂、收臂、正調、負調、水嘴開度等霍爾器件，能夠對儀器在井下的任何動作狀態進行監測并反饋到地面控制系統中。井下連續可調式水嘴，“閥門式”調節結構，直接無級調節，提高了配水精度。

輔助系統由測試車、防噴管、電纜剪斷器及打撈筒等部分組成，其優點是測試車采用閉式循環液壓傳動系統，可實現儀器在井內平穩起下，并具備電子指深指重功能，提高了操作的平穩性、安全性。

1.3系列分注配套工具

為適應高溫大斜度井分注需要，2013年開展了高溫分注封隔器、可鉆式油管支撐錨、新型扶正器、大斜度井自動關閉坐封球座、井口防回流閥等系列配套工具。

1.3.1高溫分注封隔器

所有封隔器的膠筒、密封件均采用氫化丁腈橡膠，所有零部件采用鎳磷鍍防腐處理；封隔器的反洗閥采用線密封及自動回位機構，解決了夾砂及關閉不嚴的問題。逐級解封封隔器中心管采用鎖塊連接，解封力小，有利于安全起出。研制的系列封隔器承壓差由25 MPa提高到50 MPa，耐溫由120 ℃提高到150 ℃。

1.3.2配套工具

（1）新型扶正器。為確保管柱下入時對封隔器膠筒的保護，減少起下過程中對分注工具的磨損，研制出螺旋、滾珠扶正器（圖4）。螺旋扶正器選用碳纖維復合材料，摩擦系數小，用于管柱的居中坐封。滾珠扶正器可旋轉，將滑動摩擦轉化為滾動摩擦，降低工具串下井摩擦力。

圖4　新型扶正器

（2）大斜度井自動關閉坐封球座。針對大斜度井投棒難以到位、洗井易將鋼球返出等問題，研發出大斜度井球座（圖5）。該球座下井為常開狀態，避免了封隔器中途坐封；大傾角設計，保證在大斜度情況下正常密封；坐封時自動關閉、鎖緊，排除了洗井時鋼球被沖到地面的風險。

圖5　大斜度井自動關閉坐封球座

（3）可鉆式油管支撐錨。為了徹底消除管柱蠕動造成的解封現象，采用坐封工具與支撐錨兩體結構形式，井下支撐錨固定在套管壁上，其錨定后，液壓坐封工具與支撐錨脫手起出地面；支撐錨一次下入可永久使用，需解除時下入螺桿鉆具可安全鉆削去除（圖6）。

圖6　可鉆式油管支撐錨

（4）井口防回流閥。為防止停注時井內水倒流，注水井口均需安裝單流閥。針對目前單流閥存在可靠性差、壽命短等問題，研發出新型井口防回流閥（圖7）。該回流閥設計有特殊閥座，所有密封件和單流閥件均裝在閥芯體上，一次拆除可更換任意易損件；閥球、閥座均采用陶瓷材料，閥芯體采用不銹鋼材料，從而其耐磨、耐腐蝕性大大提高。

圖7　井口防回流閥

2　技術應用情況及效果

兩年來共實施新型分注工藝井406口，其中橋式偏心分注井184口，占新型分注工藝井45.3%；先進同心分注井222口（橋式同心分注井139口、免投撈測調一體化分注井83口），占新型分注工藝井54.7%。華北油田分注工藝實現五項突破，一是最大井深達到3 590 m，最高溫度達到127 ℃，最大井斜達到59.3°，最大級數達到六級六段，最小可實現1 m隔層分注。兩級兩段分注井高效測調時間由過去的2～3 d縮短到目前2 h，大幅度提高了工作效率。兩年來通過不斷優化改進、完善提升，已經初步形成了適應華北油田地質條件的新型分注工藝體系，尤其是深井（≥3 000 m）、高溫井（≥120 ℃）、大斜度井（≥30°）分注工藝得到長足進步。

兩年來華北油田共實施新型分注工藝區塊65個，井組406口，對應油井833口；見效區塊48個，見效率73.8%；井組249口，見效率61.3%；見效油井401口，見效率48.1%；累計增液23.47萬m3，累計增油7.66萬t（表3）。

3　分注工藝技術的發展趨勢

隨著油田開發程度的不斷深入和復雜井況的出現，為進一步延長分注井免修期，提高分注合格率，提高工藝實施效率，降低操作成本，分注工藝還需要繼續發展與提高。

（1）注水配套工具。封隔器性能將向耐高溫、耐高壓差方向發展，開發新型高溫高壓密封新材料，逐步適應超深井和特殊高溫油藏注水工藝的要求。

（2）配水方式。由以水嘴大小控制水量，逐步發展為井下定量配水。配注全過程在井下自動進行，由程序控制，依據預設配注方案和實時監測的分層流量結果，通過微電機、按設定周期自動調節配注閥開度。井下智能配注器由內置可充電電池供電，通過無線傳輸方式，進行配注和測調周期的調整、讀取井下監測數據；或利用動力與數據組合電纜使PC機對井下各層段進行實時配注，實現注水井的自動控制測調。

（3）管柱功能。由單一的注入功能向著注入、信息采集、測試集成化方向發展，提高機電一體化程度，加速注水井智能化管理。工藝管柱不但可滿足分層注水工藝的要求，而且還可滿足吸水剖面改造工藝要求，如分層酸化和調剖等。

表3　華北油田新型分注工藝井分注效果統計

（4）注水作業方式。過去各油田注水井作業基本采用壓井或放噴方式。為提高油藏水驅開發效果，減少地層能量損耗，減少環境污染，注水作業方式將向著不壓井、不放噴技術方向發展，為此集團公司目前正在大力推廣應用注水井帶壓作業施工方式。

（5）油管防腐。涂層由敷涂樹脂發展到噴涂環氧粉末、鎳磷涂層、內襯塑料管和不銹鋼管，防腐處理由化學處理發展到噴砂處理，質量和環保性能逐步提高，同時提高配套井下工具抗腐蝕性能［3］。

4　結論

（1）華北油田精細分注工藝已形成了系列化、規范化，可滿足不同類型油藏地質條件、不同井筒狀況的分層注水需要。

（2）隨著老油田開發的不斷深入，需要進一步提高分層注水工藝的適應性和配套程度，今后要大力發展新型高效的分注工藝和測調工藝，向智能化、自動化、一體化方向發展。

［1］巨亞鋒，陳軍斌，李明，等.橋式偏心精細分注工藝及測調技術研究與應用［J］.內蒙古石油化工，2010（11）：118-120.

［2］宋祖廠，劉揚，蓋旭波，等.橋式同心分注技術及其在深斜井中的應用［J］.石油礦場機械，2013，42（7）：62-65.

［3］張玉榮，閆建文，楊海英，等.國內分層注水技術新進展及發展趨勢［J］.石油鉆采工藝，2011，33（2）：102-107.

（修改稿收到日期2015-01-22）

〔編輯朱偉〕

塔里木油田克深9區塊2口井開創了深層油氣藏勘探開發的新紀元

克深9區塊部署的井位，平均設計井深超7 500 m，井底溫度高達180 ℃，是塔里木首個開發最深的油氣藏，具有很多復雜的工況難題，也是最具代表的“三超”井區域，其中，克深901和克深902“雙胞胎”井毗鄰相望。針對庫車山前的含鹽復雜逆沖構造，創建發展了“頂篷構造”理論，鉆探嘗試從4 000 m拓展到8 000 m，突破了“6 000 m埋深儲層死亡線”的傳統認識，圈閉鉆探成功率從40%提高到80%以上，達到國際深層、超深層勘探的一流水平。

克深901、克深902這2口“雙胞胎”井的鉆探布局，加快了對克深9區塊的勘探評價。在鉆探施工中，根據井底溫度高、地層復雜等因素影響，克服鹽上地層礫石含量高、掉塊多等復雜地質條件，塔里木油田庫車勘探開發項目部通過逐步摸索長裸眼大噸位套管下入技術、鹽膏層超高密度窄壓力窗口控壓鉆進技術、超高密度油基泥漿堵漏技術、超深井小井眼安全鉆進技術、“三超井”固井水泥漿技術等一系列創新驅動，為2口井均在不同層位創造新紀錄提供了有利條件。

克深901井鉆進歷時137 h，順利 將?196.85 mm＋?232.5mm回接套管下至7 046.91 m，并完成回接套管固井施工作業。克深902井，在超高溫、高壓條件下完成了?139.7 mm尾管固井施工作業，成為中國石油陸上成功鉆進至8 038 m完鉆的首個“深井王”。

(供稿石藝)

Current status and prospect of zonal water injection technology in Huabei Oilfield

XIA Jian1, YANG Chunlin1, TAN Fujun2, CHEN Yong3, WANG Zhongxiu4, FAN Yusheng5
（1.Drilling & Production Engineering Department, Huabei Oilfield Company, Renqiu 062552, China; 2. Department of Cooperative Development Projects, Huabei Oilfield Company, Renqiu 062552, China; 3. No. 2 Oil Production Plant of Huabei Oilfield Company, Bazhou 065700, China; 4. Research Institute of Petroleum Production Engineering, Huabei Oilfield Company, Renqiu 062552, China; 5. Downhole Service Branch Company，Bohai Drilling Engineering Company, Dagang 300283, China）

The level of zonal water injection technology directly affects the development efficiency of oilfields developed by water injection. In view of the status quo of zonal water injection technologies in Huabei Oilfield, the main problems were analyzed; by combining the reservoir characteristics of Huabei Oilfield, three zonal water injection technologies were selected: bridge-type eccentric zonal injection, bridge-type concentric zonal injection and integrated zonal injection free from dropping, fishing, testing and adjusting; high-efficiency test and profile control technology was introduced; the research on a series of accessory tools for zonal injection was performed. This paper gives a detailed introduction to the characteristics of these three zonal water injection technologies and application in Huabei Oilfield, and points out the development trend of zonal injection technology.

Huabei Oilfield; zonal water injection; high-efficiency test and profile control technology; matching tools for zonal injection; development trend

TE357.6

B

1000 – 7393（ 2015 ） 02 – 0074 – 05

10.13639/j.odpt.2015.02.020

夏健，1968年生。1990年畢業于石油大學（華東）采油工程專業，2008年畢業于中國石油大學（北京）油氣田開發工程，獲工學碩士學位，高級工程師。電話：0317-2702419。E-mail：cyy_xiaj@petrochina.com.cn。

引用格式：夏健，楊春林，譚福俊，等.華北油田分層注水技術現狀與展望［J］. 石油鉆采工藝，2015，37（2）：74-78.