宋祖廠 蓋旭波 劉揚(yáng) 竇守進(jìn) 孫桂玲 張樂

（大港油田采油工藝研究院）

壓電控制開關(guān)分注技術(shù)提高注水效果的探索與實(shí)踐

宋祖廠 蓋旭波 劉揚(yáng) 竇守進(jìn) 孫桂玲 張樂

（大港油田采油工藝研究院）

大港南部油田層系多，層間矛盾突出，層間剩余油潛力高，為提高注水開發(fā)效果和低滲油藏的動用開發(fā)程度，開展了壓電控制開關(guān)分注工藝技術(shù)先導(dǎo)試驗(yàn)。實(shí)踐證明實(shí)施分注工藝技術(shù)能夠提高低滲透油田的注水開發(fā)效果和注入水利用率，減少無效、低效注水，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

注水 分注 壓電控制開關(guān) 節(jié)能降耗

大港油田東臨渤海，地跨津、冀、魯，勘探開發(fā)總面積達(dá)18 716 km2，其中灘海2 758 km2，石油資源蘊(yùn)藏量超過20×104t，天然氣資源蘊(yùn)藏量3 800×104m3。開發(fā)近50年，主力區(qū)塊已全面進(jìn)入注水開發(fā)中后期，自營區(qū)注水開發(fā)儲量占投入開發(fā)儲量的75%，其中80%以上的產(chǎn)量來自于注水開發(fā)油藏，注水開發(fā)已經(jīng)成為維持地層壓力、提高油藏采收率、確保老油田穩(wěn)產(chǎn)的重要手段，在老油田增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)中的作用也越來越突出[1]。

注水系統(tǒng)是用管網(wǎng)將水源、水處理站、注水站、配水間、注水井等連接而成的系統(tǒng)。截至2009年底，大港油田注水井共有1 700口，其中分注井520口。已建成注水站70座，注水泵282臺，其中柱塞泵站65座，柱塞泵264臺，離心泵站6座，離心泵18臺；注水罐119個(gè)；注水干線322 km，單井注水管道630 km；新建及改擴(kuò)建污水處理站16座。作為耗能大戶的注水系統(tǒng)，其耗電量是巨大的，2009年大港油田耗電總量為9.04×108kWh，而注水系統(tǒng)則達(dá)2.49×108kWh，占近30%。

隨著大港油田勘探開發(fā)的深入及注采井網(wǎng)不斷調(diào)整，目前仍存在著注水技術(shù)落后，區(qū)域間注水量不平衡，水資源得不到有效利用，部分注水站能力不足，地面注水系統(tǒng)配套設(shè)施泵效低、能耗高等問題。因此，實(shí)施先進(jìn)的分注技術(shù)已成為大港油田開發(fā)中解決層間矛盾、有效控水穩(wěn)油、提高注水波及系數(shù)和采收率的主要手段，也是油田提高注水開發(fā)效率和節(jié)水節(jié)能降耗的根本措施，對于提高油田經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)施“精細(xì)注水、有效注水”和低成本開發(fā)戰(zhàn)略具有重要的意義[1]。

南部油田負(fù)責(zé)開發(fā)的區(qū)塊油層跨度大，層系多，層間差異大，存在著嚴(yán)重的層間矛盾，注水開發(fā)層間動用程度差別大，層間剩余油潛力高。為了解決以上問題，提高注水開發(fā)效果，2008年5月25日在官15-4井開展了兩級三段壓電控制開關(guān)分注技術(shù)先導(dǎo)試驗(yàn)，并取得了顯著經(jīng)濟(jì)效益。

1 南部油田注水能耗與節(jié)能潛力分析

1.1 注水現(xiàn)狀

大港南部油田所管轄的南部地區(qū)，沿?cái)鄬影l(fā)育了棗園、王官屯、小集、段六撥、烏馬營、舍女寺、葉三撥共9個(gè)開發(fā)區(qū)，動用含油面積108.2 km2，地質(zhì)儲量2.59×108t，水驅(qū)儲量1.79×108t，水驅(qū)采收率20.0%。經(jīng)過30多年的開發(fā)，南部油田主體上已經(jīng)進(jìn)入高含水后期，由于南部油田油層埋藏較深、油藏類型多、斷塊破碎復(fù)雜，且較多區(qū)塊以中低滲透油藏為主，造成層間吸水差異大，矛盾突出。從1986年開始，在王官屯官80和小集官938塊應(yīng)用分注工藝來解決層間矛盾的問題，分注工藝初期是以一級兩段偏心分注為主，逐漸發(fā)展到兩級三段偏心分注，到1995年分注井達(dá)到24口，分注井油層動用程度達(dá)到70%，層間治理見到了明顯效果。1996年以后，由于封隔器有效期短、偏心分注投撈測配工作無法正常開展等各種因素的影響，南部油田的分注工作處于停滯狀態(tài)，如表1所示。

表1 南部油田近幾年分注變化情況統(tǒng)計(jì)

南部油田注水系統(tǒng)所用水源均為經(jīng)污水站處理之后的油井開采廢水和地下清水，但所采用的注水工藝因受地質(zhì)構(gòu)造、油層物性和埋藏深度等因素的制約，目前主要以籠統(tǒng)注水為主?；\統(tǒng)注水是不同注水層在同一注水壓力下的油管注水，它反映了某一壓力條件下地層在縱向上的自然吸水狀況和非均質(zhì)性，在油田開發(fā)初期或新井投注時(shí)多采用籠統(tǒng)注水方式。在籠統(tǒng)注水條件下，高滲透、連通好的低壓層大量吸水，而低滲透、連通差的高壓層則吸水量小，甚至不吸水。長期對多個(gè)油層進(jìn)行籠統(tǒng)注水，會加劇層間矛盾，使地層非均質(zhì)性更加嚴(yán)重，而且影響注水開發(fā)效果[2]。

由于南部油田長時(shí)間的大套合采合注和注水沖刷，層間矛盾加劇，造成高滲透層吸水能力越來越強(qiáng)，低滲油層動用程度逐年下降，形成無效注水，制約南部油田注水開發(fā)水平的提升，嚴(yán)重影響著油田開發(fā)效益和注水開發(fā)效果。目前南部油田注水開發(fā)面臨的主要問題包括：

1）隨著低滲透油藏投入開發(fā)，欠注井增多。

2）受層間矛盾突出、治理難度大等影響，油層動用程度較低。

3）地面供注水系統(tǒng)和單井管道腐蝕結(jié)垢嚴(yán)重，注水壓損較高，能耗高。

4）注水工藝技術(shù)難以滿足開發(fā)需求。

1.2 能耗因素

南部油田低滲透油層占較大比重，其油層薄，層間滲透率差異大，注水壓力高，自轉(zhuǎn)入注水開發(fā)以來，采用籠統(tǒng)注水方式。在油田開發(fā)的電力消耗中，注水系統(tǒng)占近30%，因此注水系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的重點(diǎn)，一般注水系統(tǒng)耗能高的原因主要有[3]：

1）注水泵泵效低。

2）由于管柱腐蝕結(jié)垢嚴(yán)重，壓降損耗大，注水壓力高。

3）南部油田水質(zhì)差，礦化度高，水處理技術(shù)落后，致使油層易發(fā)生堵塞，注水井吸水能力下降快。

4）由于低滲油層吸水能力有限，籠統(tǒng)注水條件下形成無效注水，注入水利用率低，致使注入水大部分注入主力層，并超注，而非主力層欠注，使注入水利用率低。

1.3 節(jié)能潛力分析

由于南部油田注水水質(zhì)礦化度高，管網(wǎng)腐蝕結(jié)垢嚴(yán)重，注水壓力高，存在著爆管、暗漏等現(xiàn)象，經(jīng)過多年的開發(fā)，目前地下情況已經(jīng)發(fā)生很大變化。在注水開發(fā)中有可能形成無效注水，無效注水不但會造成水量損失，而且有大量能量浪費(fèi)，這是油田開發(fā)效益的隱形損失，也成為學(xué)者日益研究的重點(diǎn)。如果要降低石油開發(fā)的萬元產(chǎn)值耗水率，就需要進(jìn)行技術(shù)研究和建立相應(yīng)的指標(biāo)評價(jià)體系，這是加大老井綜合調(diào)整和措施挖潛力度，不斷提高油氣開發(fā)整體水平和最終采收率，確保儲量資源盡可能多地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量和效益的潛力所在，也是節(jié)水節(jié)能降耗工作的研究重點(diǎn)。

2 壓電控制開關(guān)分注技術(shù)的試驗(yàn)應(yīng)用與效果

2.1 技術(shù)原理

壓控開關(guān)工具主要由機(jī)械和電氣兩大部分組成，機(jī)械部分包括工作筒、開關(guān)器等機(jī)構(gòu)；電氣部分包括接收器、數(shù)據(jù)存儲器、檢測電路、電動機(jī)、鋰電池等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該工具技術(shù)原理是在地面打壓，通過壓力波動信號轉(zhuǎn)換為數(shù)碼來控制壓控開關(guān)的開啟、關(guān)閉和開啟程度，同時(shí)流道開啟有16個(gè)擋來控制，通過調(diào)節(jié)開啟程度來實(shí)現(xiàn)不同的配注量。具體工作流程在地面預(yù)設(shè)特定壓力控制信號，開關(guān)下入井中后，需要改變水量時(shí)，井口閘門控制輸入特定的壓力信號，相應(yīng)的壓控開關(guān)接收信號后發(fā)生動作，改變水嘴，調(diào)整水量[4]。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

1）工具隨管柱入井，無需投撈測配，解決了目前偏心分注投撈測配成功率低的難題。

2）開關(guān)孔采用合金材料，不結(jié)垢，不堵塞，使用壽命長。

3）通過地面打壓控制調(diào)節(jié)配注量，調(diào)控方便、簡單。

4）施工周期短，壓控開關(guān)工具無極限制，可任意頻繁調(diào)控。

2.3 現(xiàn)場應(yīng)用

官15-4井位于黃驊坳陷孔店構(gòu)造王官屯油田官15-2斷塊，該井注水層間矛盾突出，吸水剖面顯示其頂部生物灰?guī)r14號層和底部29號層吸水強(qiáng)度大，中間層吸水強(qiáng)度小、動用程度差。為抑制層間矛盾，提高油層動用程度和水驅(qū)開發(fā)效果，需對該井實(shí)施兩級三段分注，控制14和29號層注水同時(shí)加強(qiáng)中間層位注水以提高開發(fā)水平。

該井油層深度超過2 100 m，要求兩級三段分注，管柱結(jié)構(gòu)示意見圖2。為保證管柱的有效期，第二級封隔器采用Y441封隔器，提高了管柱的防蠕動性能，同時(shí)為盡量避免水中雜質(zhì)對壓電控制開關(guān)的影響，在地面井口優(yōu)選配套安裝了井口過濾器。籠統(tǒng)注水時(shí)各層段流速變化曲線如圖3所示。可見，由于層間矛盾突出，上下兩高滲油層吸水強(qiáng)度很大，中間低滲層段吸水強(qiáng)度小，形成無效注水；而實(shí)施壓控開關(guān)分注技術(shù)后，高滲透層段的吸水強(qiáng)度降低，而低滲層段的吸水強(qiáng)度則得到增強(qiáng)，層間矛盾得到明顯改善，這樣就提高了低滲油層的動用程度和水驅(qū)開發(fā)效果（圖4）。采用不同注水工藝技術(shù)時(shí)的流場變化見圖5、圖6。

2.4 效果分析

該技術(shù)現(xiàn)場試驗(yàn)一次成功，官15-2和官15-0 2口受益油井取得良好增油效果，其中對應(yīng)油井官15-2初期含水下降，油量上升，明顯見效；而官15-0井經(jīng)過分注加強(qiáng)了沙三下砂巖注水培植，并且對沙三下油層實(shí)施了補(bǔ)孔挖潛，初期日增油3 t以上，并保持穩(wěn)定，效果顯著（表2）。

表2 分注措施實(shí)施后受益油井增油效果

可見，在低滲油藏中實(shí)施壓電控制開關(guān)技術(shù)進(jìn)行分注后，官15-2和官15-0兩口受益油井到2009年2月共累計(jì)增油911.5 t，如按照原油每桶75美元計(jì)算，共增加收入321×104元，經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

同時(shí)在低滲油層實(shí)施分注工藝后官15-2井節(jié)水降耗效果也更加明顯。自2008年5月官15-4井實(shí)施分注措施后，到2009年2月共產(chǎn)油4 008.62 t，產(chǎn)液7 525.06 t，提水僅3 516.44 t。若不采用分注注水配套工藝技術(shù)，在產(chǎn)同樣多的原油情況下，則產(chǎn)水6 012.93 t，這也就意味著少提水或少注水2 496.49 t。若以2008年大港油田的平均注水單耗值8.13 kWh/m3和注水系統(tǒng)效率74.9%來計(jì)算，則2008年官15-2井共節(jié)電2.7×104kWh，節(jié)約電費(fèi)共計(jì)1.9×104元（電費(fèi)0.70元/m3）；而每立方米水注入費(fèi)用為14.56元，則節(jié)約費(fèi)用3.63×104元，共計(jì)節(jié)約費(fèi)用5.53×104元。

3 結(jié)論

1）針對大港南部油田層系多、層間差異大、層間剩余油潛力高的特點(diǎn)，為提高注水開發(fā)效果，提高低滲油藏的動用開發(fā)程度，開展壓電控制開關(guān)分注工藝技術(shù)研究和推廣應(yīng)用，能夠提高該油田的注水開發(fā)效果和注入水利用效率，減少無效、低效注水，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2）隨著大港南部油田開發(fā)的不斷深入，針對惡劣的井況條件和水質(zhì)問題，注水單耗會越來越高，只有不斷地完善該分注工藝及配套技術(shù)，才能提高油田開發(fā)效益和注水開發(fā)效果，實(shí)現(xiàn)注水系統(tǒng)節(jié)水節(jié)能降耗的目的。

[1]許鐵民,任三海,梁惠勳．扎實(shí)推進(jìn)節(jié)能節(jié)水工作促進(jìn)大油田建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展——中國石油大港油田公司節(jié)能節(jié)水工作概述[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2008,24(3):8-10.

[2]趙士華,姬紅曉,郝身立,等.五參數(shù)注入剖面測井解釋問題的分析探討[J].石油儀器,2008,22(5):68-70.

[3]張芝,李淑英,王興武.提高低滲透油田分層注水系統(tǒng)效率 實(shí)現(xiàn)節(jié)水降耗的注水工藝配套技術(shù)[J].油田節(jié)能,1995(8):43-47.

[4]王中華,逯瑤,郝利華.壓電控制開關(guān)找堵水工藝現(xiàn)場應(yīng)用探討[J].油田節(jié)能,2007,18(3):14-16.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.07.004

宋祖廠，2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東），碩士，助理工程師，從事分注工藝設(shè)計(jì)、井下工具研發(fā)及有限無限元仿真模擬等方面的工作，E-mail：songzuchang@163.com，地址：天津大港油田采油工藝研究院注水工藝室，300280。

2011-08-02）