连续薄夹层油藏细分注水技术研究与应用

李汉周，彭太祥，郭振杰，石建设

(1.中国石化江苏油田分公司，江苏 扬州 225009；2.中国石油新疆油田分公司，新疆 克拉玛依 834000)

0 引 言

江苏油田具有“小、碎、贫、散”的特点，为典型的复杂小断块油田，属陆相沉积油藏，非均质性强，层间矛盾突出，薄夹层、薄互层多，超过70%的油层层间距小于5.0 m。随着开发的深入，层间矛盾日益严重，层间储量动用状况差异加大。为改善注水开发效果，油藏细分注水技术日益受到重视[1-4]，同时也面临“两小一大”(小夹层、小卡距、大斜度)问题。现有的偏心分注工艺或偏心测调一体化工艺要求配水器卡封间距大于7.0 m，井斜小于25.00 °，无法满足连续薄夹层细分注水要求[5-6]。针对该问题，开展了连续薄夹层油藏细分注水技术研究，研制了双导向封隔配水器及配套测调仪器，形成了连续薄夹层油藏细分注水工艺，为油田精细注水提供了技术保障。

1 连续薄夹层细分注水技术

1.1 技术原理

连续薄夹层细分注水工艺采用以双导向封隔配水器为主的分注管柱(图1)，属于桥式偏心配水工艺[7-10]的延伸，两者最大区别为：双导向封隔配水器集成了2台配水器和1台封隔器的功能，双导向封隔配水器的集成配水主体上设有上、下注水流道和桥式通道，注水流道出口分别位于封隔胶筒的两端，配合双流道可调堵塞器，1台工具可实现对相邻2个油层的注水，通过2台封隔配水器与1台封隔器的组合可实现8.0 m油层细分4层注水，最小卡封间距可达1.0 m，解决细分注水的“两小”难题(小夹层、小卡距)；双导向封隔配水器采用小螺旋角双导向结构设计，通过提高测调仪器下行动力，提高工艺对大斜度井的适应性，解决细分注水的“一大”难题(大斜度)；配套测调系统采用双流量测调仪，采用定位一次、测调2层的方法，解决连续薄夹层细分注水井流量无法在线测调的难题。

图1 常规偏心分注与连续薄夹层细分注水管柱示意图

1.2 技术特点

(1) 适应性强。满足井斜不大于45.00 °、卡封间距不小于1.0 m注水井，能实现8.0 m油层细分为4层注水。

(2) 测调效率高。测调仪器1次入井完成全井流量调配，测调仪器与堵塞器对接1次可同步调配2个油层的注水量。

(3) 兼容性好。与桥式偏心配水器可同井使用，工具最小内通径为46 mm，注水井其他测试不受影响。

(4) 简化管柱。相同分注级数下，所需下井工具少，简化了管柱结构(表1)。

表1 相同分注级数下工具使用数量对比情况

2 关键技术

2.1 双导向封隔配水器

2.1.1 结构

双导向封隔配水器由配水总成、封隔总成、导向总成3部分组成(图2)，配水总成与封隔总成由连接套连接。

图2 双导向封隔配水器总体结构示意图

(1) 配水总成由集成配水主体、连接套、定位套、内联套、外环套、下导管和下接头组成，集成配水主体呈中空管状，下端连接封隔器部分，集成配水主体内设偏心孔，偏心孔内配合安装双流道可调堵塞器，从而提供分层配水流道(图2、3)。

双流道可调堵塞器结构如图4所示，主要分为3个部分：①上下进出水口。上进水孔c、上出水孔d、下进水孔e、下出水孔f，利用密封圈实现上下流道分开。②上下可调水嘴。水嘴由嘴芯和嘴套构成，嘴芯在嘴套内可上下旋合位移，实现注入量控制。③同轴驱动部分。驱动轴上部与打捞头下部插接，驱动轴顺时转动时，上、下嘴套固定，上嘴芯向下移动旋入上嘴套，下嘴芯向上移动旋出下嘴套，上嘴芯水道关小，下嘴芯水道开大，反之，上嘴芯水道开大，下嘴芯水道关小，实现2层注入量的调节。

集成配水主体(图3a)中心孔的上层进水槽与双流道可调堵塞器上进水孔c连通，下层进水槽与双流道可调堵塞器下进水孔e连通；集成配水主体内部设有与其轴向相平行的下出水通道(图3b)，下出水通道上部与双流道可调堵塞器下出水孔f连通，下部与定位套、中间套、内联套之间的环形空间连通；集成配水主体侧面设有上出水单流阀(图3c)，与双流道可调堵塞器上出水孔d连通；集成配水主体上设有与中心线平行且贯穿主体的桥式通道，当集成配水主体的中心孔被堵时，注入水通过桥式通道，可正常向第3、4层注水。

正常注水时，向集成配水主体内投入双流道可调堵塞器。上层水经集成配水主体上层进水槽、双流道可调堵塞器上进水孔c和上出水孔d、上出水单流阀注入上层；下层水经集成配水主体下层进水槽、双流道可调堵塞器下进水孔e和下出水孔f、下注水通道进入连接套与定位套环形空间，经外环套、中心管与下导管环形空间、下接头出水阀注入下层。

(2) 封隔总成由导流套、胶筒上下护套、胶筒和中心管等组成(图2、5)，采用扩张式封隔器原理，实现相邻注水层位分层。导流套内设有由阀球、弹簧、阀筛等组成的液控阀(图5)，停注后，液控阀迅速关闭胶筒内腔，实现停注不解封。注水时，通过油管压力打开液控阀，注入水进入胶筒内腔，胶筒在油套压差下实现坐封；解封时，向油套环空打压，通过连接泄压件进液并打开液控阀，胶筒泄压，胶筒回缩，实现解封。

图3 集成配水主体结构

图4 双流道可调堵塞器

(3) 导向总成由上导向轨和下导向轨等组成，实现双流量测调仪机械臂双导向，安装在集成配水主体两端。导向轨采用小螺旋角设计[11]，测调仪器下行力增大15.9%，有助于提高大斜度井测调仪器调节机械臂与双通道可调堵塞器的对接成功率，提高了大斜度井的适应性。

2.1.2 主要技术参数及特点

技术参数：总长为2 040 mm，最大外径为115mm，最小内通径为46 mm，胶筒外径为113 mm，工作压差为15 MPa，适用最大井斜为45.00 °，最高适应温度为90 ℃，适用套管内径为121～127 mm。配套双流道可调堵塞器外径为22 mm，堵塞器长度为248 mm。

图5 导流套剖面图

技术特点：①将2台配水器和1台封隔器的功能集为一体，1台双导向封隔配水器可满足一级两段分层注水要求；②封隔总成导流套内设计有液控阀，停注时胶筒内腔不泄压，始终处于坐封状态，避免停注时解封导致的层间串流；③采用双导向和小螺旋角导向轨设计，测试仪器入井下行力增加15.9%，提高大斜度井适应性；④具有桥式偏心测试功能，可与常规偏心配水器配套使用，满足同位素测试的条件。

2.2 双流量测调仪

2.2.1 结构

双流量测调仪是连续薄夹层细分注水工艺的配套测调工具，借鉴常规单层边测边调仪[12-18]研制而成。双流量测调仪由马笼头、外磁式流量计、集流式流量计、调节机械臂、测试密封段等组成(图6)。

外磁式和集流式流量计均采用电磁流量计原理，集流式流量计实现下层流量计量，外磁式流量计实现多注水层位总流量计量。调节机械臂由驱动电机和机械臂组成，测调时机械臂与双流道可调堵塞器对接，由电机驱动机械臂控制双流道可调堵塞器水嘴开度，实现注水量调节。测试密封段(图7)由上下密封胶圈、上下短节、中间连接套、内中管等组成；内中管和中间连接套上开有中心孔，内中管与集流式流量入口相通；测调时，连接套中心孔与集成配水主体下层进水槽对应，上下密封胶圈位于下层进水槽两侧，实现下层的注入与计量。

2.2.2 工作原理

以一级两段分注井为例，管柱结构为双导向封隔配水器+单流阀+筛管+丝堵。

图6 双流量测调仪结构示意图

图7 测试密封段结构示意图

双流量测调仪与测试电缆连接入井，过双导向封隔配水器，后上提至双导向封隔配水器之上20 m，地面控制打开调节机械臂；下放并调节机械臂与双流道可调堵塞器对接；此时，测试密封段密封胶圈在重力作用下撑开，下层注入水经集流式流量入口、集流式流量计、测试密封段中心孔至流道B进水口，集流式流量计直接测量下层注水量，即第2层注水量Q2，外磁式流量计测取注入第1层和第2层的总流量Q12，则第1层注水量Q1=Q12-Q2，流量等参数通过电缆实时上传至地面控制系统。若Q1、Q2与配注量不符：①Q1﹥Q1配，Q2﹤Q2配(Q1配、Q2配分别为第1层和第2层的配注水量)，地面控制系统发出负调指令，放大下层水嘴开度，同时缩小上层水嘴开度，直至注水量合格；②Q1﹤Q1配，Q2﹥Q2配，地面控制系统发出正调指令，放大上层水嘴开度，同时缩小下层水嘴开度，直至注水量合格。

2.2.3 主要技术参数及特点

技术参数：仪器总长为1 800 mm，流量测量范围为1～200 m3/d，流量测量精度为2%，压力测量范围为0～50 MPa，压力测量精度为0.2%，电机转矩不大于8 N·m。

技术特点：双流量计设计，井下一次对接可计量双流量，且流量在同一状态下计量，配合双流道可调水嘴，实现一次对接测调相邻2层的流量，精度和效率大幅提升。

3 现场应用

连续薄夹层细分注水工艺在陈堡、沙埝、高集等区块应用13口井，最小卡封间距为2.5 m，最大井斜为31.25 °，最大井深为2 587.0 m。现场应用表明，连续薄夹层细分注水工艺可以实现8.0 m油层细分4层注水，且提高测调效率50%以上，对于油田精细注水、降本增效、增产稳产具有重要意义。

以G6-6井为例。注水层厚度分别为1.2、3.6、3.0、18.3 m，隔层厚度分别为3.0、3.4、12.2 m，是一口典型的连续薄夹层注水井，采用常规偏心分注工艺，因卡距限制无法实现三级四段细分注水，因此，采用连续薄夹层细分注水工艺，注水管柱为液力锚+双导向封隔配水器1+K344封隔器+双导向封隔配水器2+单流阀+筛管+丝堵。

作业稳注2周后进行流量测调。整个测调过程在4h内完成，相对常规偏心测调工艺，测调效率提高50%；双流量测调仪与井下双流道可调堵塞器累计进行11次对接，一次成功率达到91.0%；注水量调配结果见表2，4个注水层的配注量满足地质和工艺要求；对应油井受效率达到50%，井组6口油井日产油由实施前5.2 t/d升至6.4 t/d，增产1.2 t/d。

表2 G6-6井分注层段及测试调配结果

4 结 论

(1) 连续薄夹层细分注水工艺可实现8.0 m油层细分4层注水，最小卡封间距为1.0 m，满足了连续薄夹层、小卡封间距油层细分注水的需求。

(2) 双导向封隔配水器和配套双流量测调仪集成了桥式偏心注水、防返吐配水、大斜度偏心分注和测调一体化优点，测调精度、测调效率和井斜适应性都大幅提高。

(3) 现场应用表明，连续薄夹层细分注水工艺能够提高薄夹层、小卡封间距油藏的水驱效果，对油田开发后期的稳产、增产具有重要意义。工艺现场应用效果良好，具有推广应用的巨大潜力。