渤海油田水平注水井兩層分注工藝研究及應用

劉常清，王現鋒，張　磊，王　柳，張　寧

(1.中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津300452；2.中海油能源發展股份有限公司 工程技術分公司，天津 300452)①

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渤海油田水平注水井兩層分注工藝研究及應用

劉常清1，王現鋒2，張磊2，王柳2，張寧1

(1.中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津300452；2.中海油能源發展股份有限公司 工程技術分公司，天津 300452)①

根據海上油田完善注采井網需要，超大斜度井、水平井轉注后需上返射孔防砂完井，實現2個層段分層注水。目前常用的鋼絲投撈式注水工藝受井斜影響大，無法實現水平井的有效配注，需要開發一種能夠實現超大井斜注水井分層注水的工藝。對水平注水井2層分注工藝管柱進行了研究，設計了配水工作筒和配水器芯子，明確了水平注水井兩層分注工藝施工步驟。以渤海中部某油田AXX水平注水井為例，介紹了工藝的應用情況。結果表明，水平注水井2層分注工藝可以實現超大井斜注水井分層注水，提高了水平井注水驅油效能，為渤海油田注水開發提供了有效手段。

水平井；分層注水；工藝

分層注水是保持、提高地層壓力，實現渤海油田高產、穩產的重要方式和主要手段[1-3]。截至2015-11，渤海油田擁有注水井500余口，其中井斜大于60°的大斜度井、水平井有80余口，此類注水井由于井斜較大，常規分層注水工藝無法實現分層配注要求[4-6]，因此主要采用籠統注水方式。渤海油田開發進入中后期，因改善油田開發注采關系、完善注采井網的需要，出現了約10口上返井，且成逐年增多趨勢。這些井一般為水平井或井斜較大，要求此類井轉注后，上返射孔防砂完井，并實現兩個層段的分層注水[7]。

當前海上常用注水工藝主要包括兩種，一種是投撈式改變水嘴開度的分層注水方式，另一種是多層同心油管組合、地面直接調配方式。前者由于采用鋼絲/電纜投撈作業測調方式，工藝適用范圍受井斜限制[8](井斜小于60°才能實施)；后者采用多層油管分注方式，需下入兩層油管，并更改地面流程和井口裝置，成本大。因此，根據前述問題，進行水平井兩段分注工藝技術研究，實現超大斜度井、水平注水井兩層精確配水。新開發的水平井兩段分注工藝技術，能解決鋼絲/電纜作業因井斜較大不能分注的難題，同時避免采用多管分注工藝帶來的物料成本和相對繁瑣的施工程序，減少施工作業量，其研究具有較好的應用前景[9-10]。

1　管柱組成

水平注水井兩層分注工藝管柱，主要包括配水工作筒總成、定位密封、頂部封隔器(上返)、原井頂部封隔器、原井密封筒、插入密封、帶孔管、死堵等[5]，結構如圖1所示。其中，配水工作筒總成內安裝有配水器芯子，配水器芯子上分別裝有上下水嘴，將總來水一分為二，分別經過上、下水嘴進入不同的流道，注入到相應的注水層；定位密封、插入密封主要起定位、層間分隔作用，實現不同注水層的層間封隔。

圖1　工藝管柱示意

2　工藝原理

1)分層注水。正常分層注水時，配水器芯子從井口投入，自由下落坐落于頂部封隔器中與密封筒相配合的配水器工作筒總成內。配水器芯子上出水通道與配水器工作筒總成出水孔配合，通過配水器芯子上水嘴進入插入密封工作筒本體與配水工作筒總成形成的環形空間，經定位密封內部注入上層；配水器芯子下出水通道與配水器工作筒總成橋式通道配合，另一部分水通過配水器芯子下水嘴經橋式通道和最內層管柱注入下層，從而實現兩層分注目的。

2)分層。下入封隔器、配水工作筒和插入密封等的注水管柱，配水工作筒井斜約為55°，插入密封定位于原井密封筒內，來液一部分經配水芯子上水嘴組注上層，其余經配水芯子下水嘴組、配水工作筒和密封筒環空、油管注下層。

3)測試。鋼絲作業下入儀器串定位在配水工作筒內，進行管柱驗封，測試注入層吸水能力。

4)調配。根據測試結果，鋼絲作業投撈配水芯子，更換水嘴，完成配注量調節。

3　工藝技術特點

1)通過配水器芯子、配水工作筒總成和外層盲管組合結構，在井斜小于60°、可鋼絲/電纜投撈作業的井深位置實現2個獨立通道，完成2層分注。

2)通過上述結構，避免了以前從井口到注水工作筒必須采用雙層組合油管的形式，只需單層油管，減少了物料成本和相對繁瑣的施工程序，從而減少了施工成本及作業量。

3)配水工作筒帶橋式通道，使配水器芯子上、下壓力平衡，方便鋼絲打撈。

4)配水器水嘴徑向安裝，可裝多級控制水嘴，流量調節范圍大。

4　關鍵工具

配水器工作筒總成是實現水平注水井兩層分注工藝的關鍵工具，是保證精細化分層注水的基礎，主要由配水工作筒和配水器芯子組成。

4．1配水工作筒

4.1.1工作原理

在防砂封隔器內起層間分隔及密封作用，同時作為配水器芯子的密封工作筒。工作筒中心孔上部設有空心配水器止落定位臺階及空心配水器鎖定槽，滿足相應規格的配水器芯子能在工作筒上部定位并實現芯子上的密封組件與工作筒內部的密封面配合。空心集成配水工作筒中有橋式通道，保證空心配水器上、下壓力平衡，方便鋼絲作業打撈出空心配水器。配水工作筒結構如圖2所示。

1—定位筒總成；2—上工作筒；3—連接筒；4—下工作筒。圖2　配水工作筒結構示意

4.1.2技術參數

最大外徑

139.7 mm

總長

1 982 mm

密封面尺寸

68 mm

注水分段數

≤2

適用范圍

水平井及大斜度井

單層最大注水量

≤700 m3/d(3 MPa嘴損)

層間承壓

不低于20 MPa

4．2配水器芯子

4.2.1工作原理

配水器芯子本體上有定位臺階、密封件，上、下兩組多級水嘴和彈性爪。配水器芯子插入空心集成配水工作筒后建立兩個注水通道。配水器芯子水嘴側壁徑向安裝，避免有機雜質沉淀堵塞配水器芯子出水孔。每級配水器芯子可裝多級控制水嘴，流量調節范圍大。配水器芯子結構如圖3所示。

1—打撈頭；2—上連接筒；3—上出水嘴； 4—下連接筒；5—下出水嘴。圖3　配水器芯子結構示意

4.2.2技術參數

最大外徑

67 mm

總長

1 838 mm

最小內通徑

44 mm

4.2.3技術特點

1)彈性錨定結構，易坐落于配水工作筒中。

2)定位、錨定可靠，測試過程中不會發生位移。

3)側壁徑向安裝多個控制水嘴，流量調節范圍大。

4)中心內通徑大，可滿足鋼絲作業工具串的下入。

5　施工步驟

1)刮管、洗井、通井。

2)下入注水管柱。配管、連接注水管柱、下入目標井深。

3)下壓注水管柱。確認管柱到位后，下壓力50～70 kN。

4)坐封頂部封隔器。井口逐級加壓5、10、15、20 MPa，各級穩壓5 min。

5)環空驗封。環空驗封6.9 MPa(1 000 psi)，確認頂部封隔器坐封合格。

6)打撈坐封芯子，下入配水芯子。

7)層間驗封。下入空心集成驗封儀器串，上、下層間驗封。

8)測試調配。下入流量測試儀器串，進行吸水能力測試，根據計算結果，選擇合適水嘴，調配注水流量。

6　注意事項

1)工具上井前，需檢驗配水工作筒和配水芯子之間的密封性。

2)下注水管柱前，應刮管、洗井、通井，保證封隔器能順利下入。

3)若無原井頂部封隔器的密封可靠性資料，下注入管柱前應單獨下入驗封管柱，驗證頂部封隔器密封完好性。

4)為保證下注水口不被雜質、污物填埋，配水工作筒下面應連接一定長度油管，預備沉砂口袋。

7　應用情況

水平注水井2層分注工藝技術首次應用于渤海中部某油田AXX井。因AXX井為水平注水井，原井完井管柱頂部封隔器接近水平段(井斜80°)，上返1256砂體油層，射孔防砂完井后頂部防砂封隔器井斜在約60°，井斜較大(AXX井射孔和井斜基礎數據如表1～2所示)。由于不采用多管分注工藝，同時不允許套管帶壓注水，給該井分層注水實施帶來困難。

該井分上、下兩層注水，防砂段頂部封隔器(上返)至原頂部封隔器為一層(1 700～1 800 m層段)，上層注水，原頂部封隔器以下(井深1 800 m以下)為下層注水。該井投產后達到了配注要求，經過一段時間作業，其相關受益采油井產量明顯提高，達到了分層配注的目的。

表1　AXX井射孔數據

表2　AXX井井斜數據(部分，實際主井眼)

8　結論

1)水平井2段分注工藝技術實現了超大井斜注水井分層注水，解決了鋼絲/電纜作業因井斜較大不能分注的難題，提高了水平井注水驅油效能，最終增加油井采收率及產油量，更大限度提高油田生產的經濟價值。

2)研制的超大井斜注水井分注方法，完善了分層注水技術體系，為今后油田注水方式的選擇提供了更多的技術。從施工方面，改變了超大井斜注水井一貫采用多管分注工藝的應用模式，避免多管工藝施工的復雜程序和較高物料成本，為渤海油田注水開發起到降本增效的作用。

[1]程心平，劉敏，羅昌華，等.海上油田同井注采技術開發與應用[J].石油礦場機械，2010， 39(10)：82-87.

[2]吳奇.海上油田防砂完井注水井插入式多水嘴集成分層注入工藝技術[C]//注水技術研討會論文集.北京：中國石化出版社，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

劉常清(1984-)，男，甘肅白銀人，工程師，2007年畢業于中國石油大學(華東)，現從事油氣田增產、增注技術的研究與管理工作，E-mail：andycoman13142000@163.com。

TE934.103

Bdoi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.09.019