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液力投捞分层注水工艺技术应用和探讨
王群立 袁新生 杨 峰
新疆石油管理局采油工艺研究院

摘 要：本文介绍了现在新疆油田注水开发现实状况及存在关键问题，和现在正在新疆油田广泛应用液力投捞分层注水管柱及工艺。从结构原理到现场操作及现在在现场应用中出现问题进行较全方面说明和分析，而且从新疆油田实际出发，为油田以后分层注水工作做出提议，指出油田以后分层注水工艺发展方向。

前 言
注水开发是油田开发一个关键阶段，在油田生产中发挥着不可替换作用。因为各油田地质情况不一样，注水条件和工艺水平不一样，各油田全部研制开发出适合本油田多种分层注水工艺技术。现在中国油田分注工艺关键还是以偏心配水为主，同时也有部分采取其它工艺，如油套分注、空心配注、轮番注水、定量分注等。液力投捞分层定量注水工艺是近十年来才发展起来一个新注水工艺技术，中国各油田针对这项技术做了大量工作，因为它含有投捞、测试方便优点，现在已在很多油田得到应用，取得了很好效果。新疆局采油工艺研究院在90年代中期研制液力投捞分层注水工艺技术，从96年开始，在油田推广应用，经过不停改善和完善，性能有了较大提升，近几年来也在油田取得了很好应用效果。
国外油田因为对水质及防腐要求较高，加之投捞工艺优异，分注关键以井下偏心定量分注为主，以美国贝克工具企业为例，其分注技术关键是井下偏心定量配水器和地面定量配水器为主。

1 新疆油田注水井现实状况及存在问题
新疆油田分企业所辖油田（数据截止到12月底，起源于«采油（气）工程技术汇报»），共有注水井1659口，其中大部分水井采取笼统注水，分层注水井只有633口，占油田注水井38%左右分注率较低，在已实施分注井中，因为种种原因部分井达不到分注要求，且有不少油套分注井，套管腐蚀严重，从而使注水井不能有效实施分注，而不得不采取笼统注水。其结果是：首先高渗透率层已大量吸水；其次低渗透率层极少吸水，甚至不吸水。这么大大影响了油田开发效果。
新疆油田注水另一个问题是单层配注量很小。因为单层配注量小，所用配水器水嘴直径就很小，加之部分油田注水水质不合格，油、套管腐蚀严重等原因，造成配水器芯子很轻易堵塞，这也是造成部分注水工艺无法大量推广应用关键原因。
2 液力投捞井下定量分注工艺技术
2.1 管柱结构及其特点
2.1.1 管柱结构
管柱结构图1、图2所表示。
液力投捞井下定量分注工艺能实现同井一级两层或两级三层分注（图1、图2所表示）。管柱结构自下而上，由丝堵（可选）、筛管（可选）、KCY211注水封隔器、KYDT114×46自调配水器（三层自调配水器和封隔器加工成一体）、油管扶正器（可选）、油管组成。封隔器将井筒封隔成两段或三段，注水时自调配水器和注水芯子相配合，为各段提供不一样注水通道。注水芯子上装有流量调整装置，可为各注水层提供相对正确注水量。
三层配水器
封隔器
筛管
丝堵
两层配水器
封隔器
丝堵
筛管

筛管

图1 一级两层分注管柱简图 图2 两级三层分注管柱简图

2.1.2 工艺特点
1）不管是两级分注还是三级分注只有一个工作筒，工作筒居中；
2）各层配水芯子连接成一个整体，投捞一次可同时对三层水嘴进整；
3）注水芯子上端装有皮碗等液力提升装置和打捞装置，可用液力投捞或钢丝打捞方法将芯子打捞上来，操作方便可靠；
4）适适用于深井和超深井注水（配水器现场应用最大深度是4800米）；
5）配水器在注水压力波动范围不大情况下，可实现自动调整，保持注入量相对稳定。
2.2 注水工作筒和注水芯子
注水工作筒和注水芯子图3和图4。

图3 一级两层分注工作筒及注水芯子图

图4 两级三层分注工作筒及注水芯子图

2.3 配套工具关键技术规格
用于51/2＂、65/8＂、7＂套管井分注井下工具见表1：

表1 分注管柱工具规格
工具名称
技术指标
KCY211
封隔器
KYDT-114
配水器
筛 管
扶正器
丝堵
最大外径（mm）
114/135/148
114
73

最小内径（mm）
50/62
46
62
62
总 长（mm）
1300/1440/1550
350/1200
0.5
400

两端连接螺纹
27/8UPTBG
27/8TBG
27/8UPTBG
27/8UPTBG

耐温（℃）
≤120

耐压差（MPa）
≤50
≤45
坐封载荷
50~70

备 注
5＂/ 65/8＂/7＂
二层 /三层
可选件
可选件
可选件

2.4 配水器性能指标
开启压差：0.7MPa；
自调范围：±1.5MPa；
芯子投捞方法：液力或钢丝。
2.5 选井条件
1）注水井套管无严重损坏、无管外窜；
2）注水井应选择防腐油管；
3）注水井应满足隔层在3m以上；
4）注水井未挤过调堵剂；
5）油管及全部转换接头通径必需为Φ62；
6）上层比下层层间压差小于3MPa；
7）单层注水量小于200m3/d；
8）注入水水质应达成注水标准要求。
2.6 定配配注原理
注水井中各层所需配水量是由地质条件决定。本套技术中定量是靠弹簧弹力改变孔隙过流面积来实现（图5）。当流量增大，压力P升高，压缩弹簧，使水嘴活塞下行，从而减小出水孔过流面积，使流量减小；压力P降低时，弹簧在弹力作用下，使水嘴活塞上行，从而增大出水孔过流面积，使流量增大，最终使流量保持在一个相对比较稳定状态。

P

出水孔
弹簧
活塞
水嘴

图5 定量配注原理图

2.7 分层配注和测试技术
2.7.1 配注方法
首次测试通常在注水管柱完井且全井笼统注水5～7天后进行。采取降压法，测出反应各层注水压力和注水量关系吸水指示曲线（图6）。依据该曲线找出层间注入压差，确定需要节流层段和节流压差。然后依据节流压差、额定配注量在自调咀损曲线图上初选水咀（图7）；将初步选定水咀装入芯子，接井下流量计一起入井测试，注一段时间后捞出芯子，取下流量计，读取分层流量值。若符合地质配注量，说明所配水嘴适宜，将芯子重新入井正常注水，测试结束；若不符合配注要求则需调整水咀大小，反复以上步骤。直至适宜为止。

图6 自调嘴损曲线

比如已知额定配注量为： 图7 吸水特征曲线
上层 25m3/d； MPa
下层 50m3/d； 6 下层
从曲线上可找出对应额定配注压力： 5 上层
上层 4.2ＭPa； 4
下层 6.1ＭPa； 3
由此能够确定： 2
① 全井设计注入压力为6.1MPa 1
② 上层需节流，节流压力为
0 10 20 30 40 50 m3
△P=6.1-4.2=1.9MPa
结合自调嘴损曲线，上层选Φ3.4水嘴，将初选好水嘴装入需要节流层段。为了检验所配水嘴是否适宜，将上、下层芯子全部接上流量计，投入井中。将注水量调至要求全井注入量，注入压力稳定后，注一段时间将芯子捞出（通常为1天），卸下流量计并读出数据。检验上、下层流量是否符合要求。假如满足要求，说明选配水嘴适宜，不然反复调整水嘴大小，直至单层注入量满足地质配注要求。
对于三层分注井，中层注水量等于地面累计水量（地面水表统计值）和上、下层水量之和差值。
测试步骤步骤见图8：
测P-Q曲线
找到 P上额 P中额 P下额

确定P合=Max{ P上额 ， P中额P下额}
确定ΔP= P合—{ P上额 ， P中额P下额}

选配水咀
自调咀损曲线

不正确

流量校核

正确
配注结束

图8 测试步骤图

图中：P上额 ——额定配注量下上层配注压力；
P中额 ——额定配注量下中层配注压力；
P下额 ——额定配注量下下层配注压力；
P合 ——合注压力，取各层配注压力中最大值。
2.7.2 注水芯子投捞过程
注水芯子投捞关键有液力投捞和钢丝投捞两种方法：
1）液力投捞方法
芯子从油管投下，靠本身重量和正注水液力作用坐入工作筒进入工作状态。打捞时，在防喷管上装上注水芯子捕捉器，使水井各阀门处于反洗井状态。将反洗井阀门尽可能开大，增大流量，以降低液力作业时间。芯子上装有皮碗、单流阀等提升装置，在液力作用下可将注水芯子冲出，进入芯子捕捉器。
2）钢丝打捞方法
a）需要打捞时，在正注状态下，用钢丝下入打捞工具，在距离芯子位置50米处停止下入，开套管阀门，以平衡芯子上下压差；
b）继续下放打捞工具，抓住芯子捞头，慢慢将芯子提出工作筒，若上提芯子负荷较大，可从油管缓慢排除少许水，用液力将芯子举出工作筒，然后再上提；
c）上提芯子致防喷管，将芯子取出，完成打捞操作。
这种分注芯子液力投捞技术很好处理了芯子投捞问题，必需时可依据现场情况采取钢丝打捞。投捞一次可同时对两层或三层水嘴进行调换。我们也已经合作开发了和这套管柱技术相配套电子计量装置——FDL系列电子流量（压力）计，它能实现对配好水嘴后上下层实际注入量和对应压力值实施动态监测。为油田地质工作者立即掌握水井各层实际参数提供可靠数据。
3 现场应用情况及存在问题
液力投捞分层注水工艺自1996年现场应用以来，已在新疆油田企业各油田实施200多井次，至今仍在现场应用。应用井次见表2。

表2 1996年以来液力投捞分注工艺现场应用井次统计
地 点
准东油田
彩南油田
采油三厂
宝浪油田
石西油田
塔指
施工井次
142
28
21
10
8
1

这项技术比较适合于新疆油田现在注水条件，投捞方便可靠，管柱施工一次成功率98％以上，注水芯子液力投捞成功率95％以上。这项技术在塔指一口一级两层分注井（LN2-4-6）上应用，取得了很好注水效果。该井井深为5200m，注水工作筒在4800米，单层要求注入量为200m3/d。分注管柱施工时间是10月3日，首次进行调试时间是10月17日，因为该井井口通径是78mm，在首次液力投捞时，注水芯子在油管挂处进入不了捕捉器致使液力投捞失败。针对井口和油管挂通径较大问题（设计注水芯子时，采取液力投捞适用油管内径为62mm），我们重新设计了捕捉器，并将捕捉器经过井口和油管挂延伸到油管当中，再采取液力反冲。6月2日，用此种方法，液力投捞一次成功。随即几天，又进行了2次液力投捞测试均获成功，充足显示了液力投捞方便性和可靠性。
伴随该项技术在油田不停推广，部分存在问题也在实际应用中表现出来。
问题一：各油田依据需要，对很多注水井实施调剖作业后，再进行分层注水。这类水井中存在大量游离粘稠状调剖剂，如使用液力投捞分层注水工艺极易将分层水嘴堵死，致使水注不进去，造成份注工艺失败。经过调剖水井几乎不能实施液力投捞分层注水工艺。
问题二：新疆油田分企业油田注水井单层注水量普遍较小，有些井单层日注水量仅10方，所以，配水器水嘴直径相对较小，注入水中杂质很轻易将水嘴堵塞。
问题三：在进行反循环举升注水芯子过程中，往往要排出大量水，因为环境保护及现场条件限制，有些井只好采取钢丝打捞芯子。
问题四：钢丝打捞时部分注水井注水芯子提不动。在使用钢丝打捞时，假如水质结垢严重，层间压差较大，打捞时，就轻易发生注水芯子捞不出来现象。
针对新疆油田注水井分层配注量小，水嘴轻易堵塞问题，我们做了大量研究改善工作：一是重新设计了一个井下定量配水器，配水器水嘴由原来简单带孔陶瓷水嘴改为现在浮动式复合水嘴，水嘴摩阻大大增加，在相同注水量情况下，其水嘴过流面积对应增大，减小了水嘴堵塞可能性，调整水量愈加平稳，压差自调范围为2.5MPa。
另外，针对新疆油田分注难以计量，和配水器水嘴轻易堵塞，造成份注困难问题，我院还研究了一个液力投捞轮番注水工艺。它采取先注一层，然后取出芯子，再注另一层方法。此工艺能实现轮番分注两层和三层。其优点是：可实现对每一层正确计量，另外不轻易堵水嘴（嘴径较大），注水芯子采取密度小于1工程材料，液力投捞施工方便，所用反冲液量相对较少。这项技术90年代中期在采油二厂和百口泉采油厂进行了应用。现在，轮注工艺技术已在吉林油田推广应用。这项技术因为采取轮番注水，注一层，关一层，即使在一段时间内增大了注入层注水强度。但在注另一层时，前一层停注，停注期间，高压水继续逐步向低渗透层扩散，一样可达成很好驱油效果。
分层注水已成为提升油田采收率一项关键方法，并已得到了油田工作者广泛重视。新疆局采油院研制液力投捞分注技术现在已基础能满足新疆油田大部分注水井需要，并已在油田生产中发挥了主动作用。针对现在油田开发中对剩下油开采迫切需要，在以后工作中我们还需要不停努力，不停改善完善现有技术，同时开发出新适合本油田分层注水工艺技术，亲密结合油田实际，不停提升产品质量和技术服务水平，为油田注水工作作出更大贡献。

图9 轮注管柱示意图