地面控制多级分注装置结构及在深井中的应用

宋祖厂，刘 扬，盖旭波，李 倩，杜京蔚，狄 宏，杜树勋

（1.大港油田公司a.采油工艺研究院；b.采油五厂；c.石油工程研究院，天津300280；2.大港油田公司采油二厂，黄骅061103） ①

地面控制多级分注装置结构及在深井中的应用

宋祖厂1a，刘 扬1a，盖旭波1a，李 倩1a，杜京蔚1b，狄 宏1c，杜树勋2

（1.大港油田公司a.采油工艺研究院；b.采油五厂；c.石油工程研究院，天津300280；2.大港油田公司采油二厂，黄骅061103）①

大港南部油田含油层系多，层间矛盾突出。为提高注水开发效果和低渗油藏的动用程度，先后开展了插入式地面分注工艺技术和同心双管分注工艺技术先导试验，并在南部油田应用了5口井，均取得了良好的分注效果。现场试验证明，采用地面多级分注技术能够有效解决井深、注水压力高、油稠、结垢以及投捞测配难度大的工艺难题，提高分注技术水平。

分层注水；深井；井口装置；管柱

大港南部油田主力区块目前已进入注水开发中后期，且属于多层系、复杂断块油藏，层间吸水差异大，矛盾突出，实施分注技术已成为油田开发中解决层间矛盾、实施有效注水、提高采收率和水驱动用储量的主要手段［1－3］。

南部油田油层埋藏深，注水压力高，注水水质不达标，井筒腐蚀结垢严重，投捞测配烦琐，遇阻、掉、遇卡现象频繁，周期长且成功率低。多年来，分注工艺全部采用1级2段地面油套分注，无法实现套保，造成套损、套变严重，大修几率高，管柱有效期短，剩余油潜力不能充分有效挖掘，难以满足油田开发对各层段精细配水的需要，导致南部油田分注技术水平和其他油田相比仍有较大差距。

为实现多级分注，近几年多次开展偏心分注技术试验［4］，由于井深、压力高、腐蚀结垢等问题，投捞测配难度大，一直没有取得理想的效果。为此开展了插入式地面分注工艺技术和同心双管新分注工艺技术研究与试验，并取得显著效果。

1 插入式地面分注工艺技术

1.1 技术原理及特点

利用Y111、Y211型封隔器将油套环空注水层段分为3段，油管内部下入空心杆，在油管下部利用油管密封器将油管和空心杆环空密封，注入水经井口分配器分别进入油套环空、油杆环空以及空心杆内，从而实现2级3段地面分层注水的目的。

该分注工艺技术适应性强，具有3个特点。

1） 地面控制水量，可以根据需要随时调节水量。2） 结构简单可靠，施工方便，便于管理。

3） 可以节省因投、捞作业失误而造成的重复作业费用，封隔器验封方便。

1.2 系统组成

1） 井口装置 结构如图1所示。

图1 插入式地面分注井口装置

2） 管柱 结构如图2所示。配套工具主要包括Y111型封隔器、注入短节、Y211型封隔器、空心杆、油管和油管密封器等。

图2 插入式地面分注管柱结构及配套工具

表1 空心杆技术参数

1.3 空心杆技术参数（如表1）

2 同心双管分注技术

大港油区小集油田的井深、注水压力高，且管柱腐蚀结垢严重，需实施套管保护工艺。采用插入式地面分注工艺技术，由于空心杆强度受限，只适用于井深＜2 000m的中浅井，无法在小集等油田应用。为此，开展了同心双管分注技术的研究与试验，并于2010年底在小集油田成功开展了现场先导试验，一次成功率100%。该技术有效地解决了南部地区由于油稠、结垢，井筒分注投捞测配难度大的工艺难题，从而提高了南部分注配套技术水平。

2.1 技术原理

主要包括专用的同心双管地面配注装置及相配套的注水工艺管柱，同心双管地面配注装置控制每层的注入量，同时通过流量表测得每个层的注水量，压力表与闸板阀相配合可以检验井下封隔器的密封状况。该技术采用地面控制水量，调节方便，且避免了投捞作业，适用于高温、高压的深斜井。

2.2 系统组成

1） 井口装置装置 结构如图3。

图3 同心双管分注井口装置

2） 管柱 在外层油管内插入中心油管，形成油套环空、油管环空、小油管内腔3个注水通道，通过地面配注实现一级二段套保分注或二级三段分注。配套工具主要包括高温高压封隔器、配注器总成、插入密封管、滑套、筛管以及丝堵等，如图4所示。

图4 同心双管分注管柱结构及配套工具

2.3 技术参数

1） 同心双管地面配注井口装置 工作压力有35MPa和25MPa 2种。

2） 同心双管注水工艺管柱 参数如表2所示。

表2 同心双管注水工艺管柱技术参数

2.4 管柱组合优化计算

采用同心管分层注水管柱注水时，由于日注水量大，注入水在同心管内、外管流动将会产生水力摩阻压降，此摩阻损失的大小将直接影响到同心管分层注水管柱是否能满足注水开采方案的要求。因此水力摩阻计算对于注水方案编制和管柱优化组合具有重要意义。理论计算得到的小油管水力摩阻、油管环空水力摩阻和油管环空局部水力摩阻数据如表3所示［5－6］。

表3 同心双管管柱组合时水力摩阻计算结果

3 现场应用及效果分析

地面多级分注技术自2001年在南部油田试验以来，已成功完成5口井的现场应用，最大井深3 000m，单井最大注水压力23MPa，分注合格率达到100%。现场试验表明，地面分注技术较为成熟，各项参数均能达到设计要求，且水量调配方便，避免了投捞测配作业。

3.1 插入式地面分注工艺技术

在官5－10－1井开展了二级三段插入式分注技术先导试验，效果显著。由于管柱腐蚀结垢等因素影响，目前空心杆已经注不进水，而且已使用约10 a，正常检管难度较大。

3.2 同心双管分注技术

截止到2011－07，同心双管分注技术已在小集油田完成了小10－15、小13－19、小新15－8－3和小新11－13共4口井试验，井深＞3 000m。目前注水均正常，如表4所示。

表4 小集油田同心双管注水井分注数据

4 结论

1） 地面分注技术把测调工序放在地面，操作方便，分注合格率高，成功解决了南部油田投捞测配成功率低的难题。

2） 插入式地面分注工艺技术已在现场成功应用，取得了南部油田2级3段多级分注技术突破，解决了南部油田不宜投捞井的地面多级分注或1级2段套保分注难题，但适用于中浅井。

3） 现场试验表明，同心双管分注技术适用于高温、高压的深井，能有效解决南部地区由于井深、注水压力高、油稠、结垢等工艺难题，提高南部油田分注技术配套水平。

［1］ 刘 扬，晏明晴，杜树勋，等.井下压控开关配水技术在大港南部油田的试验［J］.石油地质与工程，2009，4（23）：97－98.

［2］ 盖旭波，王兴伟，李占军，等.G6封隔器工作原理及应用［J］.钻采工艺，2002，4（25）：91－92.

［3］ 宋祖厂，盖旭波，刘 扬，等.HRP液压封隔器性能参数数值模拟研究［J］.石油机械，2011，5（39）：41－44.

［4］ 孙桂玲，窦守进，关 巍，等.双通路偏心分注技术适应性改进与试验［J］.石油矿场机械，2010，39（7）：34－36.

［5］ Alex Sas－Jaworsky，troy D Reed.一种改进的预测连续油管环空摩阻压降的计算方法［J］.张和茂，译.新疆石油科技信息，1999（1）：22－29.

［6］ 袁恩熙.工程流体力学［M］.石油工业出版社，1986.

Application and Structure of Multistage Separated Injection Equipment of Surface Control

SONG Zu－chang1a，LIU Yang1a，GAI Xu－bo1a，LI Qian1a，DU Jing－wei1b，DI Hong1c，DU Shu－xun2
（1.a.Oil Production Technology Research Institute；b.The 5th Oil Production Plant；c.Petroleum Engineering Research Institute，Dagang Oilfield Company，Tianjin300280，China；2.The 2nd Oil Production Plant，Dagang Oilfield Company，Huanghua061103，China）

The reservoirs in Dagang south oilfield is multi－layer and conflict between layers.In order to improve injection efficiency and production degree of low permeability reservoir，and realize multistage separate injection，the plug－in surface separated injection technology and concentric dual－barrel separated injection technology were developed and applied in five wells in south－oilfield，which proved that the pilot test was effective.The results of test showed that the matching technical level of separated injection was improved and some difficult technology problems of deep well，high injection pressure，condensed oil，scaling and great difficulty of pulling and running for water injection allocation can be solved using the surface multistage separated injection technology.

separate layer water injection；deep well；wellhead equipment；pipe string

1001－3482（2012）02－0073－05

TE934.107

B

2011－09－02

大港油田公司科技攻关项目（20110204）

宋祖厂（1982－），男，河南鹿邑人，硕士，2009年毕业于中国石油大学（华东）材料学专业，现从事分注工艺设计、井下工具及计算机辅助设计与数值模拟计算方面的工作，E－mail：songzuchang＠163.com。