华北油田分层注水技术现状与展望

夏　健　杨春林　谭福俊　陈　勇　王忠秀　樊玉生（.华北油田公司钻采工程部，河北任丘　06；.华北油田公司合作开发项目部，河北任丘　06；.华北油田公司采油二厂，河北霸州　06700；.华北油田公司采油工程研究院，河北任丘　06；.渤海钻探公司井下技术服务分公司，天津大港　008）

华北油田分层注水技术现状与展望

夏健1杨春林1谭福俊2陈勇3王忠秀4樊玉生5
（1.华北油田公司钻采工程部，河北任丘062552；2.华北油田公司合作开发项目部，河北任丘062552；3.华北油田公司采油二厂，河北霸州065700；4.华北油田公司采油工程研究院，河北任丘0625522；5.渤海钻探公司井下技术服务分公司，天津大港300283）

分层注水技术水平直接影响着注水开发油田的整体开发效果。针对华北油田分注技术状况，剖析了目前分注工艺技术存在主要问题；结合华北油田储层特点，优选出桥式偏心分注、桥式同心分注、免投捞测调一体化分注等3种分注工艺，引进了高效测调工艺，开展了系列分注配套工具研究。详细介绍了三类分注工艺的特点和在华北油田的应用情况，指出了分注技术的发展趋势。

华北油田；分层注水；高效测调技术；分注配套工具；发展趋势

华北油田目前以砂岩区块为开发主体，多属于典型的多层系、非均质复杂断块油藏，现已进入注水开发中后期，层间矛盾日益突出，实施分层注水已成为油田精细开发、提高采收率和水驱动用储量的主要技术手段。目前华北油田油藏类型多、油层埋藏深（平均2 900 m）、温度高（平均102 ℃）、井身斜度大、套变套损井逐年增多，注水井井筒技术状况逐渐恶化。2012年以前，注水井分注率和细分率低，分注率16.7%，一级二段分注井占总分注井的88.6%；分注工艺较为简单，96%分注井为常规空心、偏心、地面定量分注，远远不能满足油田精细分注工艺的技术需求；传统的投捞调配测试成功率偏低，且测试周期长、工作量巨大，亟需先进的高效测调技术手段。

1　华北油田分注工艺技术现状

为满足油田精细注水开发需求，提高深斜井分注技术水平，2012年起结合华北油田地质特点，优选出3种新型分注工艺；为提高测调效率，引进了测调联动分层配水高效测调技术；为适应高温大斜度井分注需要，开展了系列分注配套工具研究。

1.1新型分注工艺

1.1.1桥式偏心分注工艺

采用桥式偏心配水器进行井下分层注水。桥式偏心配水器主通道周围布有桥式通道，使目的层段在进行流量或压力测试时，其他层段依然可以通过桥式通道正常注水，不改变其他层段的工作状态，最大限度地减小了各层之间的层间干扰，从而有效提高分层流量调配效率及分层测压效率［1］。桥式偏心配水器结构见图1。

图1　桥式偏心配水器结构示意图

技术特点：（1）桥式偏心分注技术集流流量测试，能够实现注水层位流量的单层直测，有效消除非集流流量测试中递减法带来的误差，从而提高测试精度；（2）桥式过流通道的设计，消除了中心通道集流压差；一次验封过程相当于每一级封隔器均验两次，有效提高了验封测试一次成功率及测试效率；（3）桥式偏心分注可以进行中心通道分层压力测试，不用投捞配水堵塞器，减少投捞次数，提高测试效率；瞬时实现井下关井，井筒续流时间短，测试资料误差小，测试精度高。

1.1.2桥心同心分注工艺

采用桥式同心配水器进行井下分层注水。配水器工作筒水流出口为2个对称的窄长形出口，内部中心的陶瓷芯体可通过井下测调仪的调节动作实现上下移动，实现出水口面积大小的调节，从而实现精细化注水目的［2］。在主体出水口两侧设计了桥式通道，保证测调某一层时不影响其他层段注水。可调水嘴关键部位采用高钴基硬质合金，耐高温、耐腐蚀、不结垢，耐冲刷能力强，大幅提高了其耐用性能。可调工作筒为特殊防砂设计，可以保证水嘴在井下工作期间调节套的传动部分不会发生砂卡、活动水嘴和座体无水流动处不会出现泥沙囤积现象。桥式同心配水器结构见图2。

图2　桥式同心配水器结构示意图

技术特点：（1）桥式同心配水器工作筒和可调水嘴采用一体化设计，不需要进行水嘴投捞，减少施工劳动量；（2）配水器工作筒的尺寸较短，长度仅为0.7m，更适合小卡距分层配水需要；（3）井下测调仪与配水工作筒的定位对接和水量大小调节对接均为同心对接，对接成功率基本为100%，并且不受井深、井斜、结垢等各种井况的影响；（4）井下测调仪的动力传递为一根直轴，结构简单；采用大扭矩低转速进口电机减速器可以实现高分辨率、高精度注水调节，尤其对低注入量的水井调配优点更大。

1.1.3免投捞测调一体化分注工艺

采用免投捞一体化同心配水器进行井下分层注水。配水器中心管上部环形面上对称开有2个细长槽式的出水孔，正好与旋转芯子上2个凸面相对称吻合，当测调仪的电机带动旋转芯子转动时，可逐步打开或关闭2个对称的出水槽孔，起到开启或关闭出水孔的作用，从而实现精细化注水目的。配水器水嘴材质采用硬质合金钢；水嘴为矩形＋梯形的异形水嘴，即使水嘴被堵，将水嘴开大就可使堵水嘴异物被冲走；进水通道加滤网，防止水嘴堵塞。免投捞一体化配水器内部结构见图3。

技术特点：（1）不需要投捞芯子和水嘴，能够做到免投捞，仪器一次下井就可实现任意分层调节水量、分层验封；提高了工作效率，降低了劳动强度；（2）中心通径大（Ø46 mm），可适应各种测试仪器通过；外径小（最大外径Ø92 mm），管柱作业时起下容易；（3）具有防返吐、防砂功能；配水器具备反向截止功能，地面停注时，配水器自动关闭，可防止地层返吐出砂及脏物进入。

1.1.43种分注工艺适应条件

2012年华北油田公司确定在同口油田、阿尔油田先行开展新型分注工艺示范区建设，两年来经过对3种新型分注工艺综合性能（见表1）进行评价对比和现场实践得出：（1）桥式偏心分注工艺适合井斜角≤25°、井深≤3 000 m的分注井；（2）桥式同心、免投捞测调一体化工艺均采用同心对接方式，在深井、大斜度井上更具优势。

表1　3种分注工艺综合性能评价

1.2测调联动分层配水高效测调技术

测调联动分层配水高效测调（地面直读电动测调）系统主要由地面控制传输系统、桥式偏心（同心）分层配水管柱、采集调节系统及辅助系统4部分组成。该系统可实现测试“流量实时监测，压力同步读取，水嘴连续可调”，一次下井可完成多层段测试、流量调整，具有小水量测试精度高、测调效率高的优点。高效测调与常规测调技术对比见表2。

表2　高效测调与常规测调技术对比

地面控制传输系统由地面控制箱、电缆绞车及信号传输电缆等组成，主要完成对井下仪器的供电控制、通讯以及上传信号的处理与采集。其主要功能是控制井下测调仪在井内完成水量调节、数据采集及保存，并对数据进行可视化处理，实现调节过程直读并可判断出仪器与堵塞器的对接状态。

桥式偏心（同心）分层配水管柱由桥式偏心（桥式同心、免投捞一体化）配水器、可洗井封隔器及球座等部分组成。其主要优点是目的层测试调配过程中其他层仍可正常注水，进一步提高准确率。

采集调节系统由井下测调仪、可调式水嘴等部分组成。井下测调仪由测调车通过电缆下入分注管柱中，并与桥式偏心（先进同心）配水器对接；根据地质配注要求调节配水器水嘴大小，并进行流量、压力、温度等参数测试；设计的磁定位功能能够通过井下工具对仪器进行准确定位，同时仪器中增加了开臂、收臂、正调、负调、水嘴开度等霍尔器件，能够对仪器在井下的任何动作状态进行监测并反馈到地面控制系统中。井下连续可调式水嘴，“阀门式”调节结构，直接无级调节，提高了配水精度。

辅助系统由测试车、防喷管、电缆剪断器及打捞筒等部分组成，其优点是测试车采用闭式循环液压传动系统，可实现仪器在井内平稳起下，并具备电子指深指重功能，提高了操作的平稳性、安全性。

1.3系列分注配套工具

为适应高温大斜度井分注需要，2013年开展了高温分注封隔器、可钻式油管支撑锚、新型扶正器、大斜度井自动关闭坐封球座、井口防回流阀等系列配套工具。

1.3.1高温分注封隔器

所有封隔器的胶筒、密封件均采用氢化丁腈橡胶，所有零部件采用镍磷镀防腐处理；封隔器的反洗阀采用线密封及自动回位机构，解决了夹砂及关闭不严的问题。逐级解封封隔器中心管采用锁块连接，解封力小，有利于安全起出。研制的系列封隔器承压差由25 MPa提高到50 MPa，耐温由120 ℃提高到150 ℃。

1.3.2配套工具

（1）新型扶正器。为确保管柱下入时对封隔器胶筒的保护，减少起下过程中对分注工具的磨损，研制出螺旋、滚珠扶正器（图4）。螺旋扶正器选用碳纤维复合材料，摩擦系数小，用于管柱的居中坐封。滚珠扶正器可旋转，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，降低工具串下井摩擦力。

图4　新型扶正器

（2）大斜度井自动关闭坐封球座。针对大斜度井投棒难以到位、洗井易将钢球返出等问题，研发出大斜度井球座（图5）。该球座下井为常开状态，避免了封隔器中途坐封；大倾角设计，保证在大斜度情况下正常密封；坐封时自动关闭、锁紧，排除了洗井时钢球被冲到地面的风险。

图5　大斜度井自动关闭坐封球座

（3）可钻式油管支撑锚。为了彻底消除管柱蠕动造成的解封现象，采用坐封工具与支撑锚两体结构形式，井下支撑锚固定在套管壁上，其锚定后，液压坐封工具与支撑锚脱手起出地面；支撑锚一次下入可永久使用，需解除时下入螺杆钻具可安全钻削去除（图6）。

图6　可钻式油管支撑锚

（4）井口防回流阀。为防止停注时井内水倒流，注水井口均需安装单流阀。针对目前单流阀存在可靠性差、寿命短等问题，研发出新型井口防回流阀（图7）。该回流阀设计有特殊阀座，所有密封件和单流阀件均装在阀芯体上，一次拆除可更换任意易损件；阀球、阀座均采用陶瓷材料，阀芯体采用不锈钢材料，从而其耐磨、耐腐蚀性大大提高。

图7　井口防回流阀

2　技术应用情况及效果

两年来共实施新型分注工艺井406口，其中桥式偏心分注井184口，占新型分注工艺井45.3%；先进同心分注井222口（桥式同心分注井139口、免投捞测调一体化分注井83口），占新型分注工艺井54.7%。华北油田分注工艺实现五项突破，一是最大井深达到3 590 m，最高温度达到127 ℃，最大井斜达到59.3°，最大级数达到六级六段，最小可实现1 m隔层分注。两级两段分注井高效测调时间由过去的2～3 d缩短到目前2 h，大幅度提高了工作效率。两年来通过不断优化改进、完善提升，已经初步形成了适应华北油田地质条件的新型分注工艺体系，尤其是深井（≥3 000 m）、高温井（≥120 ℃）、大斜度井（≥30°）分注工艺得到长足进步。

两年来华北油田共实施新型分注工艺区块65个，井组406口，对应油井833口；见效区块48个，见效率73.8%；井组249口，见效率61.3%；见效油井401口，见效率48.1%；累计增液23.47万m3，累计增油7.66万t（表3）。

3　分注工艺技术的发展趋势

随着油田开发程度的不断深入和复杂井况的出现，为进一步延长分注井免修期，提高分注合格率，提高工艺实施效率，降低操作成本，分注工艺还需要继续发展与提高。

（1）注水配套工具。封隔器性能将向耐高温、耐高压差方向发展，开发新型高温高压密封新材料，逐步适应超深井和特殊高温油藏注水工艺的要求。

（2）配水方式。由以水嘴大小控制水量，逐步发展为井下定量配水。配注全过程在井下自动进行，由程序控制，依据预设配注方案和实时监测的分层流量结果，通过微电机、按设定周期自动调节配注阀开度。井下智能配注器由内置可充电电池供电，通过无线传输方式，进行配注和测调周期的调整、读取井下监测数据；或利用动力与数据组合电缆使PC机对井下各层段进行实时配注，实现注水井的自动控制测调。

（3）管柱功能。由单一的注入功能向着注入、信息采集、测试集成化方向发展，提高机电一体化程度，加速注水井智能化管理。工艺管柱不但可满足分层注水工艺的要求，而且还可满足吸水剖面改造工艺要求，如分层酸化和调剖等。

表3　华北油田新型分注工艺井分注效果统计

（4）注水作业方式。过去各油田注水井作业基本采用压井或放喷方式。为提高油藏水驱开发效果，减少地层能量损耗，减少环境污染，注水作业方式将向着不压井、不放喷技术方向发展，为此集团公司目前正在大力推广应用注水井带压作业施工方式。

（5）油管防腐。涂层由敷涂树脂发展到喷涂环氧粉末、镍磷涂层、内衬塑料管和不锈钢管，防腐处理由化学处理发展到喷砂处理，质量和环保性能逐步提高，同时提高配套井下工具抗腐蚀性能［3］。

4　结论

（1）华北油田精细分注工艺已形成了系列化、规范化，可满足不同类型油藏地质条件、不同井筒状况的分层注水需要。

（2）随着老油田开发的不断深入，需要进一步提高分层注水工艺的适应性和配套程度，今后要大力发展新型高效的分注工艺和测调工艺，向智能化、自动化、一体化方向发展。

［1］巨亚锋，陈军斌，李明，等.桥式偏心精细分注工艺及测调技术研究与应用［J］.内蒙古石油化工，2010（11）：118-120.

［2］宋祖厂，刘扬，盖旭波，等.桥式同心分注技术及其在深斜井中的应用［J］.石油矿场机械，2013，42（7）：62-65.

［3］张玉荣，闫建文，杨海英，等.国内分层注水技术新进展及发展趋势［J］.石油钻采工艺，2011，33（2）：102-107.

（修改稿收到日期2015-01-22）

〔编辑朱伟〕

塔里木油田克深9区块2口井开创了深层油气藏勘探开发的新纪元

克深9区块部署的井位，平均设计井深超7 500 m，井底温度高达180 ℃，是塔里木首个开发最深的油气藏，具有很多复杂的工况难题，也是最具代表的“三超”井区域，其中，克深901和克深902“双胞胎”井毗邻相望。针对库车山前的含盐复杂逆冲构造，创建发展了“顶篷构造”理论，钻探尝试从4 000 m拓展到8 000 m，突破了“6 000 m埋深储层死亡线”的传统认识，圈闭钻探成功率从40%提高到80%以上，达到国际深层、超深层勘探的一流水平。

克深901、克深902这2口“双胞胎”井的钻探布局，加快了对克深9区块的勘探评价。在钻探施工中，根据井底温度高、地层复杂等因素影响，克服盐上地层砾石含量高、掉块多等复杂地质条件，塔里木油田库车勘探开发项目部通过逐步摸索长裸眼大吨位套管下入技术、盐膏层超高密度窄压力窗口控压钻进技术、超高密度油基泥浆堵漏技术、超深井小井眼安全钻进技术、“三超井”固井水泥浆技术等一系列创新驱动，为2口井均在不同层位创造新纪录提供了有利条件。

克深901井钻进历时137 h，顺利 将Ø196.85 mm＋Ø232.5mm回接套管下至7 046.91 m，并完成回接套管固井施工作业。克深902井，在超高温、高压条件下完成了Ø139.7 mm尾管固井施工作业，成为中国石油陆上成功钻进至8 038 m完钻的首个“深井王”。

(供稿石艺)

Current status and prospect of zonal water injection technology in Huabei Oilfield

XIA Jian1, YANG Chunlin1, TAN Fujun2, CHEN Yong3, WANG Zhongxiu4, FAN Yusheng5
（1.Drilling & Production Engineering Department, Huabei Oilfield Company, Renqiu 062552, China; 2. Department of Cooperative Development Projects, Huabei Oilfield Company, Renqiu 062552, China; 3. No. 2 Oil Production Plant of Huabei Oilfield Company, Bazhou 065700, China; 4. Research Institute of Petroleum Production Engineering, Huabei Oilfield Company, Renqiu 062552, China; 5. Downhole Service Branch Company，Bohai Drilling Engineering Company, Dagang 300283, China）

The level of zonal water injection technology directly affects the development efficiency of oilfields developed by water injection. In view of the status quo of zonal water injection technologies in Huabei Oilfield, the main problems were analyzed; by combining the reservoir characteristics of Huabei Oilfield, three zonal water injection technologies were selected: bridge-type eccentric zonal injection, bridge-type concentric zonal injection and integrated zonal injection free from dropping, fishing, testing and adjusting; high-efficiency test and profile control technology was introduced; the research on a series of accessory tools for zonal injection was performed. This paper gives a detailed introduction to the characteristics of these three zonal water injection technologies and application in Huabei Oilfield, and points out the development trend of zonal injection technology.

Huabei Oilfield; zonal water injection; high-efficiency test and profile control technology; matching tools for zonal injection; development trend

TE357.6

B

1000 – 7393（ 2015 ） 02 – 0074 – 05

10.13639/j.odpt.2015.02.020

夏健，1968年生。1990年毕业于石油大学（华东）采油工程专业，2008年毕业于中国石油大学（北京）油气田开发工程，获工学硕士学位，高级工程师。电话：0317-2702419。E-mail：cyy_xiaj@petrochina.com.cn。

引用格式：夏健，杨春林，谭福俊，等.华北油田分层注水技术现状与展望［J］. 石油钻采工艺，2015，37（2）：74-78.