低渗透致密岩性储层注水工艺技术研究

彭叙凯，何 强，张 昕

(1.西北大学地质学系/大陆动力国家重点实验室，陕西 西安710069;2.延长油田永宁采油厂勘探开发研究所，陕西 延安717500;3.英国曼彻斯特大学地球大气和环境科学学院，Manchester M139PL，UK)

鄂尔多斯盆地是国内典型的低渗特低渗透油气田富集区，低渗透致密储集层包括低渗透储集层和致密储集层两类[1]。鄂尔多斯盆地延长组储集层多数属于低渗透致密储集层，其中石油探明储量的73.3%分布于低渗透致密储集层中。经过几代石油人的开发实践后，总结出只有通过建立起一套适合于低渗透致密储层特点的分层注水工艺，才可以保持低渗透储层的长期稳产[2]。

延长油田永宁采油厂属于延长集团产量排名较为靠前的采油厂之一，位于延安市志丹县，产层主要有延长组和延安组油层，属于岩性圈闭，具有压力低、渗透率低、产能低、油层埋藏浅、岩性致密、物性差的特点。平均渗透率在0.5～1.44×10－3μm2，平均孔隙度 10%，属于低(特低)渗透油田。随着开采的不断进行含水率在不断的攀升，压力和产油量在不断的递减，为了提高水驱油总体的开发效果，发展分层注水技术，实现多油层的有效注水成为各采油厂的当务之急[3]。

1 国内外分层注水技术现状

国内分层注水技术虽然起步较国外晚很多但是发展速度非常的快，大有赶超国外的趋势，目前的分层注水技术具备了分层、测试、调配、洗井、作业的特点和功能，为油田实现分层开发提供了坚实的基础[4－5]。

图1 中国分层注水工艺技术发展历程(据刘合，2013)

国外油田在分层注水工艺上面的研究起步相对国内早很多，在根据不同油田不同储层不同地质特征的分层注水工艺有了一套详细的分类方案，并且实现了标准化与规范化。国外的注水处理技术较为先进，在注入水的过程中不会出现地层堵塞的状况，洗井解堵周期较长，注水过程中不存在不动管住洗井，所以注水分隔器没有洗井通道，结构相对简单，从而减少了定期洗井工序，大大延长了管柱的使用寿命[4－5](见图1)。

2 低渗透致密储层分层注水工艺技术

2.1 油套分注工艺技术

管柱带封隔器、注水滑套、底部球座(带球)下入预定位置，座好井口，地面打压20 Mpa，使封隔器座封;随后投入直径38.1 mm钢球，油管打压5 Mpa将滑套剪钉剪断，即可完成井注水[6]。延长集团下属采油厂现阶段多采用这一分层注水技术(见图2)。

图2 油套分注示意图

2.2 偏心配水分注工艺技术

目前常用的主导技术，完井施工如图3所示，管柱将各工具下入井内设计位置，然后从油管打液压20 Mpa使封隔器座封井完井，随后用投捞器捞出带死水嘴的堵塞器，正常注水稳定后进行封隔器验封及流量测试调配。

该工艺施工简单，技术成熟，可进行多层分注及反洗井作业，并对任意层进行调配，流量测试一般采用浮子式流量计，调配时需下投捞器分层将堵塞器捞出，根据每层注水量在堵塞器中装好水嘴，用投捞器送入配水器，开始测试水量，水量调配不准时要重复该过程，直至达到配注要求。

偏心配水也存在着很多问题，偏心管柱下所用封隔器是可洗井封隔器，性能不稳定，有时在反洗井时会因垢块、脏物滞留在洗井通道中，造成洗井凡尔关闭不严而形成关外窜漏，起不到分注的作用。受井斜影响，调配时仪器易遇卡遇阻，加之偏心管柱的堵塞器安装在配水器一侧，投捞堵塞器时投捞器的导向爪必须进入工作筒的螺旋面，打捞头才可能抓住堵塞器的打捞头，若对不准有可能投捞不上堵塞器，影响投捞成功率及分层配注合格率。

图3 偏心配水分注管注图

2.3 空心集成分层注水工艺技术

空心集成分层注水管柱分为锚定补偿管柱和悬挂式管柱，悬挂式管住主要由 SLM水力锚，Y341－114G封隔器，ZJK配水器、单流阀，筛管和母堵组成，管柱结构见图4，锚定补偿式管柱是在悬挂式管柱基础上增加了一套补偿器和一套水利卡瓦[6]。

该工艺结构简单，设计合理，工具性能可靠，现场实施方便，配置了外流式电磁流量计后可独立完成现场施工、测试调配及吸水剖面测试等工作。管柱设计了水力锚，克服了因温度、压力效应下的管柱蠕动、伸缩，改善了管柱的受力条件，延长了分注井寿命。ZJK配水器采用了轨道换向机构，可实现封隔器座封后自动换向，直接转入正常注水，减少投捞死芯子的作业工序。

图4 空心分注管柱图

2.4 桥式偏心分层注水技术

分层注水工艺管柱及井下工具、配套的测调工艺不断发展完善，形成了以桥式偏心分层注水工艺为代表的分层注水技术系列[7]。桥式偏心分层注水是由Y341可洗井封隔器、桥式偏心配水器、配水堵塞器、水力循环凡尔等组成。采用桥式过流通道结构，使用测试密封段，集流式流量计和双通道压力计实现了流量单层直测和中心通道测压[8]。

桥式偏心分层注水技术，作为现阶段应用最为广泛的分层注水技术有很多的优势。桥式分层注水技术采用集流测试，单层流量直测，这样减少了层间干扰，测试绝对误差不叠加，从而提高了分层流量测试资料的准确度。桥式的测试技术的适用范围也非常的广，主要是用集流法测试，但也可以采用非集流和测调联动进行测试。验封效率较其他技术高，多级封隔器管柱，一次验封过程可以验两级封隔器密封情况。在中心通道分层测压时，不用投捞偏心配水堵塞器，减少了投捞次数提高测试效率。

3 低渗透储层分层注水工艺技术对比分析

通过上述的分层注水工艺，结合永宁采油厂实际情况，对上述四种低渗透注水技术的优缺点归纳总结分析如下:

3.1 油套分注工艺

优点在于工艺简单、施工方便，无须试井队进行测试调配，分层注水量由井口控制。缺点在于无法保护油层以上套管、不能洗井、不能测上层吸水剖面，只能进行分层注水。而低渗透储层油层以上套管恰恰需要很好的保护，且由于低渗透储层特殊的地质因素影响洗井作业也是必须的，故而油套分注技术并不是理想的低渗透注水技术。

3.2 空心集成分注工艺

优点在于施工作业简单，分注有效期长，投捞成功率高。缺点在于投捞调配工作量大。空心集成分注技术虽然优点明显，但是这种技术主要是应用于油田高含水后期，且对于注入水的水质非常的要求相对较高，考虑到油田单位施工成本问题和技术支持问题故而也并不是较为理想的低渗透注水技术。

3.3 偏心分注工艺

优点在于可进行多层分注，可对任意层进行测试调配。缺点在于调配工作量大，压力测试效率低。由于低渗透储层隔夹层较多，储层敏感性较高，所以这就导致了在配注过程中要随时对注水层进行测试调配，这恰恰是偏心分注的优点所在，相较上述两种偏心分注在低渗透储层中更加适用。

3.4 桥式偏心分注入工艺

优点在于可直接进行单层流量测试，适应性强，实现高效、准确测压，使用时不受级数限制。缺点在于配水器桥式通道较多，易引起测试仪器遇卡遇阻。桥式偏心分层注水技术再结合了偏心注水技术的优点的同时，适应性大大的增强，通过桥式偏心主体与测试密封段的发明和创新设计，实现了多级双封单卡分层流量测试，调配简单、效率高、功能强，实现了井下瞬间关、测、调、堵功能[8]。故而桥式偏心分注工艺是现下最为理想的低渗透储层注水技术。

结合现场施工成本和油田技术支持等因素，选择桥式偏心分注工艺为主，辅助偏心分注工艺的方式来对低渗透储层进行注水作业。

4 测试试验分析及效果

4.1 测试试验实例

4.1.1 试注 －1井测试结果

该井采用桥式偏心注水技术，井下总下水量为32 m3/d，在长2储层中计划注水量为15 m3/d，实测注水量16 m3/d，水嘴直径2.0 mm，配水器深度在1 625.0 m;在长6储层中计划注水量为15 m3/d，实测注水量为16 m3/d，水嘴直径2.2 mm，配水器深度 1 775.0 m。

4.1.2 试注 －2井测试结果

该井采用桥式偏心注水技术，井下总下水量为33 m3/d，在长2储层中计划注水量为15 m3/d，实测注水量13 m3/d，水嘴直径2.0 mm，配水器深度在1 635.0 m;在长6储层中计划注水量为20 m3/d，实测注水量为21 m3/d，水嘴直径2.0 mm，配水器深度 1 785.0 m。

4.1.3 试注 －3井测试结果

该井采用偏心注水技术，井下总下水量为31 m3/d，在长2储层中计划注水量为15 m3/d，实测注水量17 m3/d，水嘴直径2.4 mm，配水器深度在1 580.0 m;在长6储层中计划注水量为 15 m3/d，实测注水量为 14 m3/d，水嘴直径2.2 mm，配水器深度 1 720.0 m。

4.2 实施效果

4.2.1 层间矛盾明显改善

注水井实施分层注水后，吸水厚度增加，剖面上吸水状况变好。由于底层渗透性的差异，在过去的合采合注过程，没有过多考虑到水沿低渗透性地层向高渗透性地层突进的情况，从而使注水收效不大，严重者使部分油层出水。分层注水缓解了层间层内矛盾，扭转了注水沿高渗层的突进趋势，从而抑制了油井见水。分注后老井未出现新增见水井，已见水井含水率保持稳定，且略有下降。

4.2.2 水驱厚度增加，单元油井产量上升

试验中的三口注水井均已经明显见到增液、增油效果，试注－1井对应的5口采油井井组液量从18.05 m3/d上升到 21.93 m3/d、油量从 16.11 t上升到 19.18 t;试注 －2 井对应的8口采油井井组液量从30.8 m3/d上升到34 m3/d，油量从28.58 t上升到31.48 t;试注 －3井对应的7口采油井井组液量从 23.52 m3/d 上升到 26.95 m3/d、油量从 20.51 t上升到 23.57 t。

5 结语

(1)偏心分层和桥式偏心分层注水工艺相比较其他注水工艺而言，更适用于鄂尔多斯盆地的低渗透致密砂岩储层。

(2)这些工艺只在研究区注清水区块(不易结垢井，可防止钻具卡死)进行试验并取得良好的效果，对于已污染地层的分层注水工艺技术将会是以后研究的重点方向。

[1]郭彦如，刘俊榜，杨华，等.鄂尔多斯盆地延长组低渗透致密岩性油藏成藏机理[J].石油勘探与开发.2012，39(4):417－425.

[2]海中兴，王权杰，赖铁明.低渗透油田分层注水工艺技术[J].大庆石油地质与开发.1996，15(3):53－56.

[3]季华生.油田注水新思路的探求与实践[M].北京:石油工业出版社.2009.

[4]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.

[5]刘合，裴晓含，罗凯，等.中国油气田开发分层注水工艺技术现状与发展趋势[J].石油勘探与开发.2013，40(6):733－737.

[6]李道品.低渗透砂岩油田开发[M].北京:石油工业出版社.1997.

[7]ZHOU Wang，Xie Zhaoyang，LI Jingshen，et al.The development and practice of separate layer oil production technology in Daqing Oilfield[R].SPE 30813.

[8]邓刚，王琦，高哲.桥式偏心分层注水及测试新技术[J].油气井测试.2002，11(3):45－48.