水力自动调压装置在非均质油藏的应用

郭宜民

（中国石油辽河油田分公司茨榆坨采油厂，辽宁辽中，110206）

通过向油层注水，保持油层压力，是目前国内外油田广泛应用的一项提高采油速度和采收率的重要措施［1］。非均质油藏在高含水期，储层内部出现高低渗两套系统，严重限制了低渗系统产能的发挥，压制了低渗系统的吸水量［2］。另外，在非均质油藏实施堵水、调驱等增产措施后，原注采平衡关系被改变，为防止后续注水受阻，措施井设计的增压幅度须控制在一定范围内，增加了措施的局限性［3］。针对因注采平衡被打破而无法有效注水的难题，研究应用水力自动调压装置，利用其能量转移和再分配这一功能，对管网内渗透性不同的注水井提供相适应的注入压力，从而实现非均质油藏的均衡注水。

1 水力自动调压装置

1.1 工作原理

水力调压泵由进排液单向球阀组、双作用液力缸、机架和液路转换器等构成。在液路转换器的控制下，注水管网中的水动力推动双作用液力缸中的活塞上下往复运动，高压腔的水注入高压井中，低压腔的水注入低压井中［4-5］。只需简单旋转液路转换系统中的无级变速器调节手轮，就可以实现排液量的无级调参。根据动力缸和换向阀管路连接的不同，水力调压泵存在两种压力调配关系（见图1）。来水压力、高压压力和低压压力的关系：

图1 水力调压泵的两种压力调配关系

式中 P高为高压压力，MPa；P低为低压压力，MPa；P来为来水压力，MPa；A 为液力缸截面积，m2；a为连杆截面积，m2。

1.2 性能特点

水力自动调压装置（见图2）通过液力变化机构的运动，将低压注水井不需要的过多能量提取出来，补充到需要更多能量的高压注水井中［6］。该装置应用参数范围较广（见表1），最高工作压力可达30 MPa。用于非均质油藏注水，具有控制精确、安全高效、节能环保等诸多优点［7］；对吸水压力不同的注水井可以实现自动调压注水；可对单口或多口井进行调压增注；液力驱动，不需增注泵增压，不需要变频装置就可以进行无级调节排量；高效节能，与三柱塞增注泵相比，节能可达30%～60%；一般不会出现憋泵爆管事故，安全可靠；工作冲次低，噪音低，无外泄液，有利于环境保护。

图2 自动调压注水装置内部结构模型

表1 水力自动调压装置主要技术参数表

2 现场应用试验

水力自动调压装置适用于欠注井比较集中的井组，要求应用的井组既有低压井又有高压井［8］，以便有一定的压力差提供动力。选取了纵向非均质性较严重的L11 块北部进行现场应用试验。L11 块受纵向和平面非均质影响，注水压力6～11 MPa，高低压注水井压差高达5 MPa。自2014 年开始，该区块实施了产层调整、深部调驱等增产措施，高低压注水井注水压差进一步提高到8 MPa。

自2016 年5 月开始先后在5 口注水井试用，对应油井17口。应用后水井欠注现象被消除，日增注90 m3，平均注水压力由9.3 MPa 提升至12.1 MPa，对应油井日产液由320.3 t 上升至408.8 t，日产油由38.4 t 上升至53.3 t（见表2），截至2017 年底累计增油7 880 t。

此外，水力调压装置比柱塞泵增压注水日节电3 000 kW•h以上。

表2 水力调压装置应用前后注水情况对比

3 扩展应用试验

堵水和调驱目的是封堵高渗透层，启动低渗透层，措施后会提高注水压差［9］。在足够大的驱动压差和注水量下，低渗透率油层也能取得较高的采收率。应用自动调压注水装置有利于区块均衡注水。

3.1 与堵水、分注等措施结合应用

非均质油藏在多层合注合采条件下层间的干扰相对严重，并且剩余的油会集中在渗透率较低的油层中，影响了油田的开发［10］。由于L11 块储层发育好，动用程度高，水窜较为严重，为了提高注水效率，2016年以来实施堵水、调层等措施15井次，平均注水压力上升2.8 MPa。为了防止高压井欠注，应用水力自动调压装置3 套，应用后单井平均日注量由30.7 m3提升至40.3 m3，实注量与配注量偏差由12.4%下降至5.5%（见表3）。

表3 注水井调整前后注水情况对比

3.2 与调驱措施结合应用

对于部分隔层厚度较小的注水井，则无法实施堵水、细分注等措施。注水井调驱是基于地层对堵剂选择性进入理论的增产措施，当堵剂泵入注水井时，优先进入高渗透地层，并形成凝胶产生封堵作用［11］。调驱效果主要表现为后续注水压力升高，吸水剖面改善。2016 年5 月至2017 年末在L11 块共实施注水井调驱12 井次，分布于5 个注水站，调驱后与14 口注水井同时注水。由于调驱后高低压注水井差别进一步增大，为保持注水均衡，2018年1月应用水力自动调压装置5套。应用后调驱区域平均注水压力上升3.2 MPa，比调驱初期日增注水95 m3，日增液57.5 t，日增油20.1 t（见图3）。

图3 L11块调驱区域注采曲线

同时，由于欠注问题被解决，使得调驱后续注水可以顺利进行，促使凝胶调驱剂被高压注水推至地层深部，因此，注水井吸水剖面也有了大幅度改善，下部高渗透层被抑制，上部低渗透层被启动（见图4）。

图4 L21-019井吸水剖面变化

2016 至2018 年先后在5 个注水站应用了水力自动调压装置，合计节电273.75×104kW•h，合计间接增油1.09×104t，创效1 143.55 万元，技术投入350万元，投入产出比1：3.27。

4 认识及结论

（1）将水力自动调压装置应用于非均质油藏的注水开发中，解决了低渗区域高压注水井欠注问题，可大幅提高区块的注水效率，在节能降耗的同时有利于保证区块长期稳产。

（2）水力自动调驱技术与油水井堵水技术结合应用，可使动用程度较低的低渗产层发挥作用，有利于区块的高效开发。

（3）水力自动调驱技术与深部调驱技术结合应用，解决了调驱后续注水受阻的问题，实现了大剂量调驱后正常注水，保证深部调驱长期有效。