北部灣復雜斷塊油藏注水技術發展現狀與應用

辛小軍(中法渤海地質服務有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

0 引言

在北部灣復雜斷塊油藏注水開發過程中，注水井層間矛盾突出，導致低滲透層吸水情況變差。經過多年的技術探索與實踐，北部灣復雜斷塊油藏已創建多種注水井相關技術的專用工具。為了適應北部灣復雜斷塊油藏開發需要，注水工藝實踐誕生了籠統注水、固定水嘴式分層注水、活動水嘴式分層注水和智能調控式分層注水幾大類技術。由于海上油田作業具有場地狹小、作業難度大、施工及技術要求比較高等特點，這些注水技術針對不同開采區塊和開發階段都發揮了各自的優勢，為油田注水開采提供了技術支撐，解決了北部灣復雜斷塊油藏多層系注水開發過程中層間矛盾突出的問題，實現了有效注水增產[1]。

1 注水技術現狀

北部灣復雜斷塊油藏具有非均質性的特點和層間矛盾突出問題。在不同的開發階段為保障油田開發經濟效益，北部灣復雜斷塊油藏建立了籠統注水與精細分層注水的注水井網絡。

1.1 籠統注水技術

籠統注水技術的注水管柱設計為油管和套管用封隔器分開，從地面向油管里面注水實現注水需求。籠統注水管柱設計一般為引鞋+油管+套管封隔器+油管+井下安全閥+油管+油管掛[2]。

籠統注水技術的優點主要包括：井下管柱結構簡單，注水管柱主要由套管封隔器和油管組成；作業難度和成本低等。注水量和注入壓力控制在地面上調節，并且對井深、井斜要求較低，適合多種井型，便于設計和施工，技術簡單成熟。

籠統注水技術的缺點主要包括：高滲透層吸水多，低滲透層吸水少，無法滿足油藏進一步細分層系注水的要求。此注水工藝管柱功能單一，由于油套分注管柱設計限制，該技術不利于單層吸水剖面測試、地層靜壓測試等油藏動態監測，不便錄取資料和分析注水開發動態[3]。籠統注水技術的適用范圍：適合均質性的或差異較小的地層，適用各種井型。

1.2 固定水嘴式分層注水技術

固定水嘴式分層注水技術，主要包括同心集成注水技術、一投三分注水技術、橋塞偏心注水技術和同心多管分注技術。

1.2.1 同心集成注水技術

同心集成注水技術，主要設計為配水器和配水封隔器集成為一體。配水封隔器設計有側向注入孔，孔間有密封膠皮將注入孔分為兩組。工作時，配水封隔器的膠皮將注入層分為上下兩層，配水器本體膠皮密封在配水封隔器內密封，形成配水器注入孔與配水封隔器注入孔上下兩兩對應的結構，從而實現分層注入的效果。同心集成注水管柱設計一般為圓堵+油管+配水封隔器(攜帶同心集成配水器)+隔離封隔器+配水封隔器(攜帶同心集成配水器)+油管+頂部封隔器+油管+井下安全閥+油管+油管掛。

同心集成注水技術優點主要包括：與籠統注水相比，實現了分層注水的目的；注水工藝設計結構緊湊，管柱結構相對簡單；管柱下入和海上施工簡單，施工成本較低。

同心集成注水技術缺點主要包括：注水調配需要鋼絲作業完成配水堵塞器投撈，工藝根據同心特點設計，配水器尺寸從上到下逐級變小，進行分層調配時如果占用作業通道，對最下層需把所有配水堵塞器撈出再分別投入，工作量大、效率低；注水調配下入存儲式流量壓力溫度儀，測試單層流量、壓力時影響其他層正常注水，測調精度較低；測試時需要撈出配水堵塞器更換水嘴后再進行測試；頂部封隔器或分層封隔密閉性低，容易竄漏或造成環空帶壓；調配需要鋼絲作業，井眼軌跡要求高。

同心集成注水技術的適用范圍：井斜在60°以內；目前同心集成配水器有3種尺寸，最大施工層數6～7層。

1.2.2 一投三分注水技術

一投三分注水技術是同心集成注水技術的特殊應用。其側向分層注入原理與同心集成注水技術相同，同時將中間的過流通道設計為一級注入通道，從而形成一個工具控制三層注入的效果。一投三分注水管柱設計一般為帶孔圓堵或引鞋+油管+隔離封隔器+配水封隔器(攜帶一投三分配水器)+油管+頂部封隔器+油管+井下安全閥+油管+油管掛。

一投三分注入技術的優缺點及適用情況與同心集成注入技術類似，主要不同點為一投三分技術用于控制3層的分層注入[6-7]。

1.2.3 橋塞偏心注水技術

橋式偏心注水技術主要由偏心配水器、配水堵塞器、堵塞器投撈工具、封隔器及測調工具組成。偏心配水器內部結構設計分為注水主孔道和偏心孔道，以及導向機構和密封段。北部灣復雜斷塊油藏使用的橋式偏心配水器主通道內徑為60 mm,偏心孔道為28 mm，用以座入堵塞器實現對應層位配水。下入和打撈工具設計為凸輪結構和可選擇模式。需要對目的層位井下測取壓力和溫度資料或更換水嘴時，下入投撈工具組裝為選擇模式，到目的配水器通過上提工具凸輪工作釋放工具機械臂撐出打開選擇實現目的層的投撈工作。橋式偏心注水管柱設計一般為圓堵+偏心配水器+ 油管+隔離封隔器+油管+偏心配水器+油管+頂部帶錨定封隔器+油管+井下安全閥+油管+油管掛[8]。

橋式偏心注水技術的優點主要包括：管柱下入施工容易操作；主通道和偏心孔周圍同時布設橋式孔，在對這層配注層進行流量或壓力測試時，其他層可以通過橋式孔正常注水，減少層間干擾，實現單層測試其他層位正常注入，提高效率；結構設計可以實現任意層進行堵塞器更換，投撈工序簡單。

橋式偏心注水技術的缺點主要包括：管柱下入完成需要鋼絲作業投撈堵塞器實現單層流量測調和壓力溫度數據的獲取；需要鋼絲作業投撈配水堵塞器實現分成精細注水，井斜大、井眼軌跡復雜的井會在使用時受到一定限制。

橋式偏心注水技術的適用范圍：井斜在60°以內。

1.2.4 同心多管分注技術

同心多管分注技術采用同心長短雙油管和井口塔式雙油管掛，將注入井分為油套環空、短油管與長油管三個獨立通道。流體通過油套環空注入上部層位，通過短管注入中間層位，通過長管注入下部層位[9-10]。

同心多管分注技術的優點主要包括：各層注入通道從地面開始相互獨立流經各自的通道注入到相應的層段，通過地面的流量調節閥調節注入流量，地面各層獨立的流量計量、壓力計可以直接讀相應注入層的注入流量和注入壓力，因此配注直觀、準確、高效，可以避免鋼絲作業的風險。

同心多管分注技術的缺點主要包括：套管長期承壓，易對產生損害，但對于只有兩層的注水井，選擇兩管分注則可以保護套管；該工藝能省去鋼絲作業投撈配水器測配，但需要對原井口采油樹和流程進行改造。

同心多管分注技術使用范圍：適用各種井型；適用三層內分層注水。

1.3 活動水嘴式分層注水技術

活動水嘴式分層注水技術主要包括同心測調一體化注水技術、偏心測調一體化注水技術。

1.3.1 同心測調一體化注水技術

同心測調一體化注水技術，主要包括測調一體配注器、隔離封隔器、測調儀器、驗封儀器以及測試儀器等。同心測調一體化注水管柱，一般設計為圓堵+油管+測調一體配注器+油管+隔離封隔器+油管+測調一體配注器+油管+頂部封隔器+油管+井下安全閥+油管+油管掛[11]。

同心測調一體化注水技術的優點主要包括：管柱下入和海上施工難度不大；測調一體配注器內部設計為可調結構，實現免投撈流量調節，由電纜攜帶測調流量計和旋轉機械作業機構來完成；電纜下入井下電動測調儀以地面直讀的形式進行測試與調配，調配效率較高。

同心測調一體化注水技術的缺點主要包括：對井況要求高，對注入水也有一定要求，目前在現場入井配水器全開或全關時，水嘴調節機構存在啟動摩阻大的情況，水嘴行程設計中無上下活動距離，當水嘴全開或全關時調節水嘴憋卡，無反向活動距離；針對啟動摩阻大的情況，工藝上未配套完善的解卡措施，當管柱內液體組分較預期復雜，容易產生導致調節機構啟動摩阻增大，出現憋卡的風險。

同心測調一體化注水技術的適用范圍：井斜在60°以內。

1.3.2 偏心測調一體化注水技術

偏心測調一體化注水技術主要包括偏心注水工作筒、偏心可調堵塞器、隔離封隔器、測調儀器、驗封儀器以及測試儀器等。偏心測調一體化注水管柱，一般設計為圓堵+油管+偏心注水工作筒(攜帶偏心可調堵塞器)+油管+隔離封隔器+油管+偏心注水工作筒(攜帶偏心可調堵塞器)+油管+頂部封隔器+油管+井下安全閥+油管+油管掛。

偏心測調一體化注水技術的工作原理、優缺點以及適用范圍與同心測調一體化注水技術相類似。

同心測調一體化注水技術的適用范圍：井斜在60°以內。

1.4 智能調控分層注水技術

智能調控式分層注水技術主要包括電纜永置智能注水技術，液控測調智能注水技術。

1.4.1 電纜永置智能分注技術

電纜永置智能分注技術主要由地面電纜控制系統和井下儀器組成。電纜永置智能分注管柱設計由智能配水器、過電纜封隔器、電纜地面控制柜等組成。電纜永置智能分注管柱設計一般為圓堵+油管+電纜永置智能配注器+油管+可穿越隔離封隔器+油管+電纜永置智能配注器+油管+頂部可穿越封隔器+油管+井下安全閥+油管+電纜可穿越油管掛。

電纜永置智能分注技術是在注水層下入智能配水器，層間用封隔器封隔，利用單芯電纜作為控制地面和井下智能配水器的信號傳輸與控制。現場施工作業時，下入智能配水器，配水器與單芯電纜用連接器連接，連接器實現電纜和配水器內部電路連接同時實現密封，達到耐壓34.48 MPa、耐溫150 ℃。

層間隔離封隔器設置電纜穿越孔，單芯電纜穿越隔離封隔器使用卡套密封接頭實現密封，以這種方式依次連接智能配水器和隔離封隔器。單芯電纜到達井口穿越井口采油樹也采用卡套密封在采油樹密封然后再接入井口電纜控制系統[12]。

電纜永置智能分注技術的優點主要包括：能夠實時監測井下壓力、溫度、注入量等數據，測調無需鋼絲/電纜作業，直接利用單芯電纜通信進行調配，提升作業測調綜合效率，大大降低成本。電纜永置智能分注技術代表著分層注水技術向數字化、智能化方向發展。

電纜永置智能分注技術的缺點主要包括：管柱結構復雜，管柱下入和海上施工難度大，作業成本高，后期修井困難。

電纜永置智能分注技術的適用范圍：適用各種井型。

1.4.2 液控智能測調注水技術

液控智能測調注水技術主要包括多級流量控制閥及地面液壓控制系統。主要由井下控制閥、層間封隔器、液壓控制管線及地面液壓控制柜組成。管柱設計一般為圓堵+油管+多級流量控制閥+油管+帶多個穿越孔的穿越封隔器+油管+多級流量控制閥+油管+頂部多個穿越孔的封隔器+油管+井下安全閥+油管+管線可穿越油管掛。地面部分由地面液壓控制站+井口連接井下控制管線連接器組成。流量閥的控制通過兩根液控管線分別打壓和泄壓，靠開啟和關閉總成間的壓差實現開關。多層注水可由N+1根液控管線控制N個井下多級流量閥，所有流量閥共用一根液控管線控制關閉[13]。

液控智能測調注水技術的優點主要包括：每個流量閥通過獨立液控管線控制開啟，通過機械活動部件實現開關，系統沒有電子器件，因此耐溫耐壓高、使用壽命長，流量控制閥可實現多達11級的流量調控。

液控智能測調注水技術的缺點主要包括：無法實現實時監測層段流量、壓力及溫度。現場施工多層時下入控制管線多，施工下入工程工藝復雜，下入過程容易損壞控制管線，下入時效低。現場作業需要對井口采油樹和井下油管掛進行改造來滿足控制管線穿越，井口密封穿越復雜。

液控智能測調注水技術的適用范圍：適用各種井型。

2 北部灣復雜油藏注水技術的應用以及發展趨勢

北部灣復雜斷塊油藏非均質性普遍，開發對象物性差異大，井況復雜。隨著開發程度的深入，一套完整的技術評價標準與選擇辦法逐步形成，為北部灣復雜斷塊油藏注水井網建設提供了寶貴的經驗。

籠統注水工藝相對簡單易操作，作業與維護成本低，雖然滿足不了細分要求，更不能實現注水時分層流量的測調和油藏數據測取，但這種技術在北部灣復雜油藏注水初期被大量使用，在注采開發前期發揮著重要作用。由于北部灣地層特殊性，籠統注水技術已經被新的技術取代。

固定水嘴式注水技術實現了細分層注水要求，施工作業相對也簡單，一定程度上滿足了海上注水的需求。其中同心集成注水技術和橋式偏心注水技術的測調需要鋼絲或電纜作業來輔助完成。測調鋼絲或電纜占據井口作業，海上受作業資源、時間窗口限制，經常會延遲測調。鋼絲和電纜下入張力限制滿足不了大斜度井要求，因此該項技術只能滿足使用井斜60°以內且井眼軌跡好的井，這種管柱在井下無電子元器件且壽命長，只是單層流量測調和地層數據測取耗時耗力。場地和井斜允許條件下應大力推廣此項技術。橋式偏心配注技術在投撈調配具有任意層的功能，對于需要鋼絲作業實現投撈作業的注水技術具有一定優勢。

活動水嘴式分層注水技術，卡距小測調效率高，但是在易出砂、結垢井測調時容易憋卡，對井況要求高。此項工藝在在北部灣復雜斷塊油藏注水嘗試兩次都存在憋卡問題，因此該技術在適應北部完復雜斷塊注水還需要進一步研究改進。

液控智能測調注水技術滿足不了實時的流量壓力監測，下入注水管柱需要改造井口，多層注水控制管線多工藝復雜，因此該技術需要選擇性使用。

電纜永置智能分注技術受電路板及電子器件影響，市場上大多只能滿足125 ℃井溫，但目前已研制出了175 ℃井溫儀器。電纜永置智能分注技術可實時獲取地層壓力、流量、溫度等數據，測調效率高，這項技術滿足智能化、數字化發展方向，該技術施工作業4井次效果良好，電纜永置智能分注技術是今后北部灣復雜斷塊油藏注水技術發展的新方向[14]。

3 結語

隨著復雜油田開發的不斷深入，需要進一步研究籠統注水技術和分層注水工藝的適應和配套程度。北部灣注水需要根據區塊、井身結構、地層參數、注入水的水質，井的結垢和出砂、注水區塊腐蝕情況等各種因素來確定注水工藝。出于油田開發精細化要求與成本效益的綜合考慮，不同的注水工藝仍會在適用環境下發揮相應的作用。總體上北部灣復雜斷塊油藏開發已經建立了一套較為科學完備的籠統注水與精細分層注水的注水井網絡體系，并不斷進行優化，向著智能化、數字化方向發展。