北部湾复杂断块油藏注水技术发展现状与应用

辛小军(中法渤海地质服务有限公司湛江分公司，广东 湛江 524057)

0 引言

在北部湾复杂断块油藏注水开发过程中，注水井层间矛盾突出，导致低渗透层吸水情况变差。经过多年的技术探索与实践，北部湾复杂断块油藏已创建多种注水井相关技术的专用工具。为了适应北部湾复杂断块油藏开发需要，注水工艺实践诞生了笼统注水、固定水嘴式分层注水、活动水嘴式分层注水和智能调控式分层注水几大类技术。由于海上油田作业具有场地狭小、作业难度大、施工及技术要求比较高等特点，这些注水技术针对不同开采区块和开发阶段都发挥了各自的优势，为油田注水开采提供了技术支撑，解决了北部湾复杂断块油藏多层系注水开发过程中层间矛盾突出的问题，实现了有效注水增产[1]。

1 注水技术现状

北部湾复杂断块油藏具有非均质性的特点和层间矛盾突出问题。在不同的开发阶段为保障油田开发经济效益，北部湾复杂断块油藏建立了笼统注水与精细分层注水的注水井网络。

1.1 笼统注水技术

笼统注水技术的注水管柱设计为油管和套管用封隔器分开，从地面向油管里面注水实现注水需求。笼统注水管柱设计一般为引鞋+油管+套管封隔器+油管+井下安全阀+油管+油管挂[2]。

笼统注水技术的优点主要包括：井下管柱结构简单，注水管柱主要由套管封隔器和油管组成；作业难度和成本低等。注水量和注入压力控制在地面上调节，并且对井深、井斜要求较低，适合多种井型，便于设计和施工，技术简单成熟。

笼统注水技术的缺点主要包括：高渗透层吸水多，低渗透层吸水少，无法满足油藏进一步细分层系注水的要求。此注水工艺管柱功能单一，由于油套分注管柱设计限制，该技术不利于单层吸水剖面测试、地层静压测试等油藏动态监测，不便录取资料和分析注水开发动态[3]。笼统注水技术的适用范围：适合均质性的或差异较小的地层，适用各种井型。

1.2 固定水嘴式分层注水技术

固定水嘴式分层注水技术，主要包括同心集成注水技术、一投三分注水技术、桥塞偏心注水技术和同心多管分注技术。

1.2.1 同心集成注水技术

同心集成注水技术，主要设计为配水器和配水封隔器集成为一体。配水封隔器设计有侧向注入孔，孔间有密封胶皮将注入孔分为两组。工作时，配水封隔器的胶皮将注入层分为上下两层，配水器本体胶皮密封在配水封隔器内密封，形成配水器注入孔与配水封隔器注入孔上下两两对应的结构，从而实现分层注入的效果。同心集成注水管柱设计一般为圆堵+油管+配水封隔器(携带同心集成配水器)+隔离封隔器+配水封隔器(携带同心集成配水器)+油管+顶部封隔器+油管+井下安全阀+油管+油管挂。

同心集成注水技术优点主要包括：与笼统注水相比，实现了分层注水的目的；注水工艺设计结构紧凑，管柱结构相对简单；管柱下入和海上施工简单，施工成本较低。

同心集成注水技术缺点主要包括：注水调配需要钢丝作业完成配水堵塞器投捞，工艺根据同心特点设计，配水器尺寸从上到下逐级变小，进行分层调配时如果占用作业通道，对最下层需把所有配水堵塞器捞出再分别投入，工作量大、效率低；注水调配下入存储式流量压力温度仪，测试单层流量、压力时影响其他层正常注水，测调精度较低；测试时需要捞出配水堵塞器更换水嘴后再进行测试；顶部封隔器或分层封隔密闭性低，容易窜漏或造成环空带压；调配需要钢丝作业，井眼轨迹要求高。

同心集成注水技术的适用范围：井斜在60°以内；目前同心集成配水器有3种尺寸，最大施工层数6～7层。

1.2.2 一投三分注水技术

一投三分注水技术是同心集成注水技术的特殊应用。其侧向分层注入原理与同心集成注水技术相同，同时将中间的过流通道设计为一级注入通道，从而形成一个工具控制三层注入的效果。一投三分注水管柱设计一般为带孔圆堵或引鞋+油管+隔离封隔器+配水封隔器(携带一投三分配水器)+油管+顶部封隔器+油管+井下安全阀+油管+油管挂。

一投三分注入技术的优缺点及适用情况与同心集成注入技术类似，主要不同点为一投三分技术用于控制3层的分层注入[6-7]。

1.2.3 桥塞偏心注水技术

桥式偏心注水技术主要由偏心配水器、配水堵塞器、堵塞器投捞工具、封隔器及测调工具组成。偏心配水器内部结构设计分为注水主孔道和偏心孔道，以及导向机构和密封段。北部湾复杂断块油藏使用的桥式偏心配水器主通道内径为60 mm,偏心孔道为28 mm，用以座入堵塞器实现对应层位配水。下入和打捞工具设计为凸轮结构和可选择模式。需要对目的层位井下测取压力和温度资料或更换水嘴时，下入投捞工具组装为选择模式，到目的配水器通过上提工具凸轮工作释放工具机械臂撑出打开选择实现目的层的投捞工作。桥式偏心注水管柱设计一般为圆堵+偏心配水器+ 油管+隔离封隔器+油管+偏心配水器+油管+顶部带锚定封隔器+油管+井下安全阀+油管+油管挂[8]。

桥式偏心注水技术的优点主要包括：管柱下入施工容易操作；主通道和偏心孔周围同时布设桥式孔，在对这层配注层进行流量或压力测试时，其他层可以通过桥式孔正常注水，减少层间干扰，实现单层测试其他层位正常注入，提高效率；结构设计可以实现任意层进行堵塞器更换，投捞工序简单。

桥式偏心注水技术的缺点主要包括：管柱下入完成需要钢丝作业投捞堵塞器实现单层流量测调和压力温度数据的获取；需要钢丝作业投捞配水堵塞器实现分成精细注水，井斜大、井眼轨迹复杂的井会在使用时受到一定限制。

桥式偏心注水技术的适用范围：井斜在60°以内。

1.2.4 同心多管分注技术

同心多管分注技术采用同心长短双油管和井口塔式双油管挂，将注入井分为油套环空、短油管与长油管三个独立通道。流体通过油套环空注入上部层位，通过短管注入中间层位，通过长管注入下部层位[9-10]。

同心多管分注技术的优点主要包括：各层注入通道从地面开始相互独立流经各自的通道注入到相应的层段，通过地面的流量调节阀调节注入流量，地面各层独立的流量计量、压力计可以直接读相应注入层的注入流量和注入压力，因此配注直观、准确、高效，可以避免钢丝作业的风险。

同心多管分注技术的缺点主要包括：套管长期承压，易对产生损害，但对于只有两层的注水井，选择两管分注则可以保护套管；该工艺能省去钢丝作业投捞配水器测配，但需要对原井口采油树和流程进行改造。

同心多管分注技术使用范围：适用各种井型；适用三层内分层注水。

1.3 活动水嘴式分层注水技术

活动水嘴式分层注水技术主要包括同心测调一体化注水技术、偏心测调一体化注水技术。

1.3.1 同心测调一体化注水技术

同心测调一体化注水技术，主要包括测调一体配注器、隔离封隔器、测调仪器、验封仪器以及测试仪器等。同心测调一体化注水管柱，一般设计为圆堵+油管+测调一体配注器+油管+隔离封隔器+油管+测调一体配注器+油管+顶部封隔器+油管+井下安全阀+油管+油管挂[11]。

同心测调一体化注水技术的优点主要包括：管柱下入和海上施工难度不大；测调一体配注器内部设计为可调结构，实现免投捞流量调节，由电缆携带测调流量计和旋转机械作业机构来完成；电缆下入井下电动测调仪以地面直读的形式进行测试与调配，调配效率较高。

同心测调一体化注水技术的缺点主要包括：对井况要求高，对注入水也有一定要求，目前在现场入井配水器全开或全关时，水嘴调节机构存在启动摩阻大的情况，水嘴行程设计中无上下活动距离，当水嘴全开或全关时调节水嘴憋卡，无反向活动距离；针对启动摩阻大的情况，工艺上未配套完善的解卡措施，当管柱内液体组分较预期复杂，容易产生导致调节机构启动摩阻增大，出现憋卡的风险。

同心测调一体化注水技术的适用范围：井斜在60°以内。

1.3.2 偏心测调一体化注水技术

偏心测调一体化注水技术主要包括偏心注水工作筒、偏心可调堵塞器、隔离封隔器、测调仪器、验封仪器以及测试仪器等。偏心测调一体化注水管柱，一般设计为圆堵+油管+偏心注水工作筒(携带偏心可调堵塞器)+油管+隔离封隔器+油管+偏心注水工作筒(携带偏心可调堵塞器)+油管+顶部封隔器+油管+井下安全阀+油管+油管挂。

偏心测调一体化注水技术的工作原理、优缺点以及适用范围与同心测调一体化注水技术相类似。

同心测调一体化注水技术的适用范围：井斜在60°以内。

1.4 智能调控分层注水技术

智能调控式分层注水技术主要包括电缆永置智能注水技术，液控测调智能注水技术。

1.4.1 电缆永置智能分注技术

电缆永置智能分注技术主要由地面电缆控制系统和井下仪器组成。电缆永置智能分注管柱设计由智能配水器、过电缆封隔器、电缆地面控制柜等组成。电缆永置智能分注管柱设计一般为圆堵+油管+电缆永置智能配注器+油管+可穿越隔离封隔器+油管+电缆永置智能配注器+油管+顶部可穿越封隔器+油管+井下安全阀+油管+电缆可穿越油管挂。

电缆永置智能分注技术是在注水层下入智能配水器，层间用封隔器封隔，利用单芯电缆作为控制地面和井下智能配水器的信号传输与控制。现场施工作业时，下入智能配水器，配水器与单芯电缆用连接器连接，连接器实现电缆和配水器内部电路连接同时实现密封，达到耐压34.48 MPa、耐温150 ℃。

层间隔离封隔器设置电缆穿越孔，单芯电缆穿越隔离封隔器使用卡套密封接头实现密封，以这种方式依次连接智能配水器和隔离封隔器。单芯电缆到达井口穿越井口采油树也采用卡套密封在采油树密封然后再接入井口电缆控制系统[12]。

电缆永置智能分注技术的优点主要包括：能够实时监测井下压力、温度、注入量等数据，测调无需钢丝/电缆作业，直接利用单芯电缆通信进行调配，提升作业测调综合效率，大大降低成本。电缆永置智能分注技术代表着分层注水技术向数字化、智能化方向发展。

电缆永置智能分注技术的缺点主要包括：管柱结构复杂，管柱下入和海上施工难度大，作业成本高，后期修井困难。

电缆永置智能分注技术的适用范围：适用各种井型。

1.4.2 液控智能测调注水技术

液控智能测调注水技术主要包括多级流量控制阀及地面液压控制系统。主要由井下控制阀、层间封隔器、液压控制管线及地面液压控制柜组成。管柱设计一般为圆堵+油管+多级流量控制阀+油管+带多个穿越孔的穿越封隔器+油管+多级流量控制阀+油管+顶部多个穿越孔的封隔器+油管+井下安全阀+油管+管线可穿越油管挂。地面部分由地面液压控制站+井口连接井下控制管线连接器组成。流量阀的控制通过两根液控管线分别打压和泄压，靠开启和关闭总成间的压差实现开关。多层注水可由N+1根液控管线控制N个井下多级流量阀，所有流量阀共用一根液控管线控制关闭[13]。

液控智能测调注水技术的优点主要包括：每个流量阀通过独立液控管线控制开启，通过机械活动部件实现开关，系统没有电子器件，因此耐温耐压高、使用寿命长，流量控制阀可实现多达11级的流量调控。

液控智能测调注水技术的缺点主要包括：无法实现实时监测层段流量、压力及温度。现场施工多层时下入控制管线多，施工下入工程工艺复杂，下入过程容易损坏控制管线，下入时效低。现场作业需要对井口采油树和井下油管挂进行改造来满足控制管线穿越，井口密封穿越复杂。

液控智能测调注水技术的适用范围：适用各种井型。

2 北部湾复杂油藏注水技术的应用以及发展趋势

北部湾复杂断块油藏非均质性普遍，开发对象物性差异大，井况复杂。随着开发程度的深入，一套完整的技术评价标准与选择办法逐步形成，为北部湾复杂断块油藏注水井网建设提供了宝贵的经验。

笼统注水工艺相对简单易操作，作业与维护成本低，虽然满足不了细分要求，更不能实现注水时分层流量的测调和油藏数据测取，但这种技术在北部湾复杂油藏注水初期被大量使用，在注采开发前期发挥着重要作用。由于北部湾地层特殊性，笼统注水技术已经被新的技术取代。

固定水嘴式注水技术实现了细分层注水要求，施工作业相对也简单，一定程度上满足了海上注水的需求。其中同心集成注水技术和桥式偏心注水技术的测调需要钢丝或电缆作业来辅助完成。测调钢丝或电缆占据井口作业，海上受作业资源、时间窗口限制，经常会延迟测调。钢丝和电缆下入张力限制满足不了大斜度井要求，因此该项技术只能满足使用井斜60°以内且井眼轨迹好的井，这种管柱在井下无电子元器件且寿命长，只是单层流量测调和地层数据测取耗时耗力。场地和井斜允许条件下应大力推广此项技术。桥式偏心配注技术在投捞调配具有任意层的功能，对于需要钢丝作业实现投捞作业的注水技术具有一定优势。

活动水嘴式分层注水技术，卡距小测调效率高，但是在易出砂、结垢井测调时容易憋卡，对井况要求高。此项工艺在在北部湾复杂断块油藏注水尝试两次都存在憋卡问题，因此该技术在适应北部完复杂断块注水还需要进一步研究改进。

液控智能测调注水技术满足不了实时的流量压力监测，下入注水管柱需要改造井口，多层注水控制管线多工艺复杂，因此该技术需要选择性使用。

电缆永置智能分注技术受电路板及电子器件影响，市场上大多只能满足125 ℃井温，但目前已研制出了175 ℃井温仪器。电缆永置智能分注技术可实时获取地层压力、流量、温度等数据，测调效率高，这项技术满足智能化、数字化发展方向，该技术施工作业4井次效果良好，电缆永置智能分注技术是今后北部湾复杂断块油藏注水技术发展的新方向[14]。

3 结语

随着复杂油田开发的不断深入，需要进一步研究笼统注水技术和分层注水工艺的适应和配套程度。北部湾注水需要根据区块、井身结构、地层参数、注入水的水质，井的结垢和出砂、注水区块腐蚀情况等各种因素来确定注水工艺。出于油田开发精细化要求与成本效益的综合考虑，不同的注水工艺仍会在适用环境下发挥相应的作用。总体上北部湾复杂断块油藏开发已经建立了一套较为科学完备的笼统注水与精细分层注水的注水井网络体系，并不断进行优化，向着智能化、数字化方向发展。