劉常清，王現(xiàn)鋒，張　磊，王　柳，張　寧

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

劉常清1，王現(xiàn)鋒2，張磊2，王柳2，張寧1

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

根據(jù)海上油田完善注采井網(wǎng)需要，超大斜度井、水平井轉(zhuǎn)注后需上返射孔防砂完井，實(shí)現(xiàn)2個(gè)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(wú)法實(shí)現(xiàn)水平井的有效配注，需要開(kāi)發(fā)一種能夠?qū)崿F(xiàn)超大井斜注水井分層注水的工藝。對(duì)水平注水井2層分注工藝管柱進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)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(yīng)用情況。結(jié)果表明，水平注水井2層分注工藝可以實(shí)現(xiàn)超大井斜注水井分層注水，提高了水平井注水驅(qū)油效能，為渤海油田注水開(kāi)發(fā)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(shí)現(xiàn)渤海油田高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)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(lèi)注水井由于井斜較大，常規(guī)分層注水工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)分層配注要求[4-6]，因此主要采用籠統(tǒng)注水方式。渤海油田開(kāi)發(fā)進(jìn)入中后期，因改善油田開(kāi)發(fā)注采關(guān)系、完善注采井網(wǎng)的需要，出現(xiàn)了約10口上返井，且成逐年增多趨勢(shì)。這些井一般為水平井或井斜較大，要求此類(lèi)井轉(zhuǎn)注后，上返射孔防砂完井，并實(shí)現(xiàn)兩個(gè)層段的分層注水[7]。

當(dāng)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(kāi)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(diào)配方式。前者由于采用鋼絲/電纜投撈作業(yè)測(cè)調(diào)方式，工藝適用范圍受井斜限制[8](井斜小于60°才能實(shí)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(jù)前述問(wèn)題，進(jìn)行水平井兩段分注工藝技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)超大斜度井、水平注水井兩層精確配水。新開(kāi)發(fā)的水平井兩段分注工藝技術(shù)，能解決鋼絲/電纜作業(yè)因井斜較大不能分注的難題，同時(shí)避免采用多管分注工藝帶來(lái)的物料成本和相對(duì)繁瑣的施工程序，減少施工作業(yè)量，其研究具有較好的應(yīng)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(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，配水工作筒總成內(nèi)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(lái)水一分為二，分別經(jīng)過(guò)上、下水嘴進(jìn)入不同的流道，注入到相應(yīng)的注水層；定位密封、插入密封主要起定位、層間分隔作用，實(shí)現(xiàn)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(shí)，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(nèi)。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(guò)配水器芯子上水嘴進(jìn)入插入密封工作筒本體與配水工作筒總成形成的環(huán)形空間，經(jīng)定位密封內(nèi)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(guò)配水器芯子下水嘴經(jīng)橋式通道和最內(nèi)層管柱注入下層，從而實(shí)現(xiàn)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(nèi)，來(lái)液一部分經(jīng)配水芯子上水嘴組注上層，其余經(jīng)配水芯子下水嘴組、配水工作筒和密封筒環(huán)空、油管注下層。

3)測(cè)試。鋼絲作業(yè)下入儀器串定位在配水工作筒內(nèi)，進(jìn)行管柱驗(yàn)封，測(cè)試注入層吸水能力。

4)調(diào)配。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，鋼絲作業(yè)投撈配水芯子，更換水嘴，完成配注量調(diào)節(jié)。

3　工藝技術(shù)特點(diǎn)

1)通過(guò)配水器芯子、配水工作筒總成和外層盲管組合結(jié)構(gòu)，在井斜小于60°、可鋼絲/電纜投撈作業(yè)的井深位置實(shí)現(xiàn)2個(gè)獨(dú)立通道，完成2層分注。

2)通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，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(duì)繁瑣的施工程序，從而減少了施工成本及作業(yè)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(jí)控制水嘴，流量調(diào)節(jié)范圍大。

4　關(guān)鍵工具

配水器工作筒總成是實(shí)現(xiàn)水平注水井兩層分注工藝的關(guān)鍵工具，是保證精細(xì)化分層注水的基礎(chǔ)，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(nèi)起層間分隔及密封作用，同時(shí)作為配水器芯子的密封工作筒。工作筒中心孔上部設(shè)有空心配水器止落定位臺(tái)階及空心配水器鎖定槽，滿足相應(yīng)規(guī)格的配水器芯子能在工作筒上部定位并實(shí)現(xiàn)芯子上的密封組件與工作筒內(nèi)部的密封面配合?？招募膳渌ぷ魍仓杏袠蚴酵ǖ?，保證空心配水器上、下壓力平衡，方便鋼絲作業(yè)打撈出空心配水器。配水工作筒結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)示意

4.1.2技術(shù)參數(shù)

最大外徑

139.7 mm

總長(zhǎng)

1 982 mm

密封面尺寸

68 mm

注水分段數(shù)

≤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(tái)階、密封件，上、下兩組多級(jí)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(gè)注水通道。配水器芯子水嘴側(cè)壁徑向安裝，避免有機(jī)雜質(zhì)沉淀堵塞配水器芯子出水孔。每級(jí)配水器芯子可裝多級(jí)控制水嘴，流量調(diào)節(jié)范圍大。配水器芯子結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)示意

4.2.2技術(shù)參數(shù)

最大外徑

67 mm

總長(zhǎng)

1 838 mm

最小內(nèi)通徑

44 mm

4.2.3技術(shù)特點(diǎn)

1)彈性錨定結(jié)構(gòu)，易坐落于配水工作筒中。

2)定位、錨定可靠，測(cè)試過(guò)程中不會(huì)發(fā)生位移。

3)側(cè)壁徑向安裝多個(gè)控制水嘴，流量調(diào)節(jié)范圍大。

4)中心內(nèi)通徑大，可滿足鋼絲作業(yè)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(biāo)井深。

3)下壓注水管柱。確認(rèn)管柱到位后，下壓力50～70 kN。

4)坐封頂部封隔器。井口逐級(jí)加壓5、10、15、20 MPa，各級(jí)穩(wěn)壓5 min。

5)環(huán)空驗(yàn)封。環(huán)空驗(yàn)封6.9 MPa(1 000 psi)，確認(rèn)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(yàn)封。下入空心集成驗(yàn)封儀器串，上、下層間驗(yàn)封。

8)測(cè)試調(diào)配。下入流量測(cè)試儀器串，進(jìn)行吸水能力測(cè)試，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選擇合適水嘴，調(diào)配注水流量。

6　注意事項(xiàng)

1)工具上井前，需檢驗(yàn)配水工作筒和配水芯子之間的密封性。

2)下注水管柱前，應(yīng)刮管、洗井、通井，保證封隔器能順利下入。

3)若無(wú)原井頂部封隔器的密封可靠性資料，下注入管柱前應(yīng)單獨(dú)下入驗(yàn)封管柱，驗(yàn)證頂部封隔器密封完好性。

4)為保證下注水口不被雜質(zhì)、污物填埋，配水工作筒下面應(yīng)連接一定長(zhǎng)度油管，預(yù)備沉砂口袋。

7　應(yīng)用情況

水平注水井2層分注工藝技術(shù)首次應(yīng)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(chǔ)數(shù)據(jù)如表1～2所示)。由于不采用多管分注工藝，同時(shí)不允許套管帶壓注水，給該井分層注水實(shí)施帶來(lái)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(chǎn)后達(dá)到了配注要求，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間作業(yè)，其相關(guān)受益采油井產(chǎn)量明顯提高，達(dá)到了分層配注的目的。

表1　AXX井射孔數(shù)據(jù)

表2　AXX井井斜數(shù)據(jù)(部分，實(shí)際主井眼)

8　結(jié)論

1)水平井2段分注工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了超大井斜注水井分層注水，解決了鋼絲/電纜作業(yè)因井斜較大不能分注的難題，提高了水平井注水驅(qū)油效能，最終增加油井采收率及產(chǎn)油量，更大限度提高油田生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)價(jià)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(shù)體系，為今后油田注水方式的選擇提供了更多的技術(shù)。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(yīng)用模式，避免多管工藝施工的復(fù)雜程序和較高物料成本，為渤海油田注水開(kāi)發(fā)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(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].石油礦場(chǎng)機(jī)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(shù)[C]//注水技術(shù)研討會(huì)論文集.北京：中國(guó)石化出版社，2005.

[3]李明，王治國(guó)，朱雷，等.橋式偏心分層注水技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2010，39(10)：66-70.

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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(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)，現(xiàn)從事油氣田增產(chǎn)、增注技術(shù)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