采油工程分層注水工藝及應用

周錚(中海石油(中國)有限公司蓬勃作業公司，天津 300450)

0 引言

在油井的開采過程中，如果缺少驅油能量作為補充，便會在采油過程中使油層之間的壓力不斷降低，從而引發一系列的問題，例如：油量開采量小、地下原油性質變化、油氣比例上升、原油抽動難度大、原油黏度增強等問題，最終會使較多的石油無法開采，變成死油。隨著科學技術的發展，對注水工藝也進行了較大的優化和升級，可以通過分層注水工藝使底層的壓力達到穩定，同時還能提高石油開采的質量和效率，對于石油開采企業而言還能降低開采的成本[1]。因此，積極了解分層注水的工藝，可以有效處理層間的矛盾并保證原油的高產，在當前資源緊張的時代，有著不可替代的作用。

1 采油工程分層注水工藝概述

我國在進行石油的開采時，最常用的手段便是分層注水工藝，通過分層注水工藝的應用，在穩定地層能量和提高采收率方面都有著重要作用。我國有著國土遼闊的特點，在石油資源上也十分豐富，不過當前很多因素制約著石油的開采，所以在開采效率上并不能滿足社會經濟發展的需要。在石油供不應求的背景下，我國的石油供給主要還是依靠國外石油進口。為此，需要積極利用分層注水的工藝和技術，盡快提高原油開采的效率。

分層注水是指在注水井中下入封隔器，把差異較大的油層分隔開，再用配水器進行分層配水，使高滲層注水量得到控制，中低滲透率油層注水得到加強，使各類油層都能發揮作用的一種注水方式[2]。一般在壓力相同的情況下，利用混合注水的方式不能很好地提高采油效果，會出現一些層面進水量大和一些層面進水量少的問題，從而無法提高石油的開采效率。在這樣的背景下，分層注水技術就得到了重視和研究，并且在不斷地嘗試應用中，逐漸形成了較多的工藝，當前主要有偏心投撈分注工藝、同心集成分注工藝和地面分注工藝。簡單說是將封隔器安裝在注水井的下端，通過對封隔器的利用將油層中差異較大的層面進行分離，同時利用配水器將水注入不同的油層中，并且能夠將水的注入量進行嚴格控制，使低滲透率油層和中滲透率油層中的水量得到提高，這樣就可以發揮出每個油層的作用，提高油井的開采能效。當前采油工程分層注水技術已經被各個油田所采用，且有著較高的實用價值，加強對分層注水工藝的發展，可以實現對分層注水工藝的良好應用，有利于提高原油的開采效果，滿足國家發展的需要。

2 采油工程分層注水工藝

隨著信息時代的不斷發展，在石油工程分層注水工藝上有著較好的完善，目前采油工程中的分層注水工藝主要有偏心投撈分注工藝、同心集成分層注水工藝和地面分層注水工藝等，需要對各種注水工藝進行全面有效的了解，以保證能夠合理的應用注水工藝，滿足石油開采的需要。為此，相關企業要結合實際的施工情況，采用不同的分層注水技術，以保證石油開采的效率。

2.1 偏心投撈分注工藝

當前偏心投撈分注工藝大體可以分為兩種，一種是擴張式封隔器，另一種是壓縮式封隔器。在擴張式封隔器中，主要使用的封隔器型號為k344，封隔器的隔離效果是通過膠筒向外擴張實現封隔。封隔器膠筒在油壓大于0.7 MPa時便會進行膨脹，使兩個注水層分離，注水層在分離后會通過堵塞器中的水嘴向其中注水，利用注水實現驅油的目的。需要注意的是，注水時要結合實際的工程情況，洗井過程中井內的壓力需要保證平衡，在封隔器膠筒的收縮下，加上洗井液在井內的循環利用，不但降低了相關人員的工作量，也提高了洗井的工作效率。在壓縮式封隔器中，主要的部件便是坐封，在具體的工程施工中，油層會利用封隔器實現分離，管柱也會利用水力卡瓦為支點進行解封工作，并通過堵塞器進行注水工作。在壓縮式封隔器中，受到關鍵部位差異性的影響，一般可以分為下注水層和上注水層，而且上下注水層可以完成層間的循環，不僅可以提高注水量和注水效果，也可以滿足相關企業進行高效石油開采的目的[3]。封隔器的坐封是偏心投撈分注工藝的關鍵，只有加強封隔器的坐封工作才可以更好地實現封層注水的目的。

例如，在進行兩級兩段分注井的開采時，首先要保證分注管柱坐封完成后，將二級配水器內部的堵塞器撈出，同時對油管加壓5～10 MPa，而且每個點位都要穩定5 min。在對油管完成打壓工作后，需要將偏心壓力機的回放數據撈出，在對油管進行再次加壓時需要保證兩層空嘴子，同時觀察地面對套管的壓力變化，得出第一級封隔器坐封效果的有效分析。在封隔器坐封后，要把壓力計傳壓孔的上下部分進行有效封閉，從而感受到出液孔傳來的套壓和對應地層壓力，并在偏心配水器的壓力計中完成對坐封情況的分析和驗證。在井口無明顯壓力變化的情況下，說明完成坐封工作，如果井口的套管壓力值有變化，且會隨著油管壓力的變化而變化，就說明未完成坐封工作。

2.2 同心集成分注工藝

在利用同心集成分注工藝時，其主要的結構組成為射流洗井器和套管保護封隔器，在提高分層注水工藝的應用價值時，同心集成分注工藝所使用的注水方式分別為分級注水和分級隔離的方式。在具體操作時，為了保證采油人員能更好地應用同心集成分注工藝，需要結合好工程中油井開采的條件和油層性質，同時對分注設備的組件選擇上保證科學化和合理化，為后續的采油工程打下堅實的基礎。在第一級封隔器的保護上采用套管保護，第二級的封隔器利用配水器和射流洗井器的組合，膠筒連接注水通道，第三級封隔器使用油層分離[4]。在進行石油開采時，要結合相關法律和工程施工的規范，完成管套的安裝工作，同時需要結合具體的施工情況，此外，還要利用封隔器對射流洗井器進行適當的保護，降低安全風險的發生，在有效保護好封隔器的工作機構后，可以實現石油開采質量和效率的提高。

例如，在利用同心集成分注工藝時，最上一級是可以選擇直徑為60 mm的封隔器作為套管保護而存在，第二級可以適用55 mm的配水封隔器中心管當作配水器的工作筒，需要留意的是封隔器膠筒上下側和注水管道的距離保持在240 mm，同時跟地層量筒的距離也要保證在240 mm，而且中心管的下面要設置定位臺階，保證配水器可以投入在封隔器中心管的內座臺階上。在封隔器被釋放時，需要將直徑55 mm和52 mm的堵塞器投入井內，然后在油管內憋壓，在封隔器坐封之后，要及時將配水器撈出，利用電子壓力計進行驗封，針對分層的水量還要利用渦街流量計進行有效的測量，當調配準確無誤后，將水嘴裝入配水器再與定位裝置相連，最后投入井口中。

2.3 地面分注工藝

當前在采油工程分層注水工藝中，地面分注工藝也十分重要，一般分為地面兩段分注工藝流程和地面三段分注工藝流程。首先，地面兩段分注工藝流程。其主要原理是將上、中、下三路水口組成配水器，將上面的通水孔洞跟油管進行連接，下面的通水孔洞跟注水管連接，中層的通水孔洞跟油套環空部位連接。兩段注水主要利用上面三個通水孔洞的相互配合完成注水工作。在石油開采企業利用地面兩段分注工藝時，注水控制工作還可以通過另一種方式進行，即可以在地面分水器的出水口處安裝上恒定量配水器，這樣可以實現注水的自動化，完成注水工作的自動控制。而且各層之間的注水量也可以通過井口的閥門實現有效的控制，這樣的方式有著操作方便和工藝簡單的特點，當前被中小型的石油開采企業所應用。

其次，地面三段分注工藝流程。其工作原理是使用三套配水器完成工作，具體在不同的注水管上分別安裝配水器的入口連接、注水管匯和配水器，然后將三個配水器的出口跟水井的三個水口連接。在水井下段通過空心桿注水、在水井的中段通過油管注水、在水井的上端用過套管注水，并且在利用地面的進口閥門實現對各個層的注水量進行控制，從而完成二級三段的分層注水效果。需要注意的是，分注技術的選擇并不是一成不變的，各種注水技術都有著獨特的用途，要結合實際產油量、油藏的地理分布情況、施工要求等選擇科學的分注技術，從而不斷提高石油的開采量，發揮出分層注水工藝的價值，滿足石油開采企業的需要。

3 采油工程注分層水工藝的應用措施

利用分層注水工藝可以有效提高油井的開采量，具體是提高對原油的驅動力，在降低原油的黏度后加快對原油的抽動速度，從而實現高效率增產的目的。不過在實際利用分層注水工藝時，還會受到一些因素的干擾，需要及時處理，穩定原油高產的工作效率。

3.1 注水井出砂問題的解決措施

在應用分層注水工藝時，如果注水的壓力過高、注水量過大，就容易在注水過程中水流沖入裂縫中，在水的高壓下會沖刷下一部分泥沙，引起注水井出現出砂問題。嚴重的出砂會使巖層孔隙堵塞，不利于石油的開采，同時提高了石油開采的投入成本。油層出砂若不能及時處理，就會出現泥沙掩埋油層的問題，不僅會損壞套管，對于注水井而言也容易引發很多故障，必須要進行井下作業才可以恢復注水井的注水能力，在修井過程中也增加了石油開采的成本，對于生產時效也有一定的影響。

為此，需要對注水井進行有效的設計和管理，提高對防砂技術的研究和應用，在不斷降低水井出砂帶給油田的影響后，滿足高效開采的需要。首先，要用合理的注水壓力完成注水工作，且在注水量上做好嚴格的控制，必須滿足油田配注的需求。其次。要注重注水井的日常維護和保養，對注水的數據要做好記錄和監測，以防注水井出砂。最后，對注水井的吸水能力進行分析，利用注水指示曲線進行研究，嚴格控制油壓變化，降低因為水力沖擊而導致的水井出砂。在注水井出砂后，要及時用清砂技術降低砂石的影響，恢復正常的注水工作。

3.2 注水井結垢問題的解決措施

在應用分層注水工藝后，如果井下油層和注入水存在流體配伍性差的問題，會引起油層的結垢，在不能及時清理時，嚴重的結垢還會使油層孔隙堵塞，不利于提高油層的滲透率，降低水驅動能力影響石油開發。此外，注水井的結垢問題也可能受到油層中化學物質的影響，在長時間的積累下產生沉淀物質，形成結垢。在結垢產生后還會影響注水的流動，嚴重的結垢還會使套管變形，不能發揮出注水的作用。

為此，需要及時分析注水井產生積垢的因素，并采用合理的方式降低注水井結構的影響。在結垢前需要優化注水的水質，保證注水滿足相關的水質標準，保證水中懸浮物質的含油量控制在5 mL/L以內，使注水滿足石油開采的要求。如果水垢已經形成，需要分析內部化學成分，通過化學除垢劑的使用，對注水井的積垢進行處理，同時配合上洗井的方式，保證井筒的清潔度，滿足油井對注水的配注需求。另外部分注水管線腐蝕而引起的結垢，需要在施工前做好相應的重視和控制[5]。

3.3 注水井套管損壞的處理措施

在應用分層注水的工藝時，會出現套管損壞的問題。主要原因是受到注水井出砂和注水壓力變化的影響，在出現套管損壞時要及時進行井下作業，利用修井技術完成對套管的修復。如果不能及時對破損套管進行修復，就會使注水從套管中泄漏到其他地層，從而可能引發地層坍塌、水井出砂等問題，給石油開采帶來較大的安全隱患。

4 結語

當前分層注水工藝的應用上，還存在一些問題不利于提高油井的開采，具體在注水井出砂問題、注水井結垢問題和注水井套管損壞問題上，需要相關負責人給予重視，以延長注水井的使用壽命，提高注水的效果。同時要注重注入水的水質問題，較高的水質可以減少很多問題的出現，既能夠保證石油開采的效率，也能提高石油的開采效益。在對采油工程中的分層注水工藝進行詳細了解后，可以有效結合實際開采情況合理應用分層注水工藝，同時在不斷解決一些影響因素后，可以實現持續性的高產量目標。