液力投捞分层注水工艺技术应用
液力投捞分层注水工艺技术应用与探讨
王群立袁新生杨峰
新疆石油管理局采油工艺研究院
摘要：本文介绍了目前新疆油田注水开发的现状及存在的主要问题，以及目前正在新疆油田广泛应用的液力投捞分层注水管柱及工艺。从结构原理到现场操作及目前在现场应用中出现的问题进行较全面的
说明与分析，并且从新疆油田实际出发，为油田今后的分层注水工作做出建议，指出油田今后分层注水工
艺的发展方向。
前言
注水开发是油田开发的一个重要阶段，在油田生产中发挥着不可替代的作用。由于各油田地质状况不同，注水条件和工艺水平不同，各油田都研制开发出适合本油田的各种分层注水工艺技术。目前国内油田的分注工艺主要还是以偏心配水为主，同时也有部分采用其它工艺，如油套分注、空心配注、轮流注水、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的一种新的注水工艺技术，国内各油田针对这项技术做了大量工作，由于它具有投捞、测试方便的优点，目前已在许多油田得到应用，取得了较好的效果。新疆局采油工艺研究院在90年代中期研制的液力投捞分层注水工艺技术，从96年开始，在油田推广应用，通过不断改进和完善，性能有了较大提高，近几年来也在油田取得了较好的应用效果。
国外油田由于对水质及防腐的要求较高，加之投捞工艺先进，分注主要以井下偏心定量分注为主，以美国贝克工具公司为例，其分注技术主要是井下偏心定量配水器和地面定量配水器为主。
1 新疆油田注水井现状及存在的问题
新疆油田分公司所辖油田（数据截止到2000年12月底，来源于?2000年采油（气）工程技术报告?），共有注水井1659口，其中大部分水井采用笼统注水，分层注水井只有633口，占油田注水井的38%左右分注率较低，在已实施的分注井中，由于种种原因一些井达不到分注要求，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的实施分注，而不得不采用笼统注水。其结果是：一方面高渗透率层已大量吸水；另一方面低渗透率层很少吸水，甚至不吸水。这样大大影响了油田的开发效果。
新疆油田注水的另一个问题是单层配注量很小。由于单层配注量小，所用的配水器水嘴直径就很小，加之一些油田注水水质不合格，油、套管腐蚀严重等原因，造成配水器芯子很容易堵塞，这也是造成一些注水工艺无法大量推广应用的重要原因。
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
管柱结构如图1、图2所示。
1）无论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的方式将芯子打捞上来，操作方便可靠；
4）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的情况下，可实现自动调节，保持注入量的相对稳定。
2.2 注水工作筒和注水芯子
注水工作筒和注水芯子如图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 配套工具主要技术规格
用于51/2＂、65/8＂、7＂套管井的分注井下工具见表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
2.4 配水器性能指标
启动压差：0.7MPa；
自调范围：±1.5MPa；
芯子投捞方式：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）注水井应选用防腐油管；
3）注水井应满足隔层在3m以上；
4）注水井未挤过调堵剂；
初次测试一般在注水管柱完井且全井笼统注水5～7天后进行。采用降压法，测出反映各层注水压力与注水量关系的吸水指示曲线（如图6）。根据该曲线找出层间注入压差，确定需要节流的层段和节流压差。然后根据节流压差、额定配注量在自调咀损曲线图上初选水咀（如图7）；将初步选定的水咀装入芯子，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，说明所配水嘴合适，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，重复以上步骤。直至合适为止。
图6 自调嘴损曲线
例如已知额定配注量为：
上层25m3/d；MPa
下层50m3/d；6下层
从曲线上可找出对应的额定配注压力： 5 上层
上层4.2ＭPa； 4
下层 6.1ＭPa； 3
由此可以确定： 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
m3
△P=6.1-4.2=1.9MPa
结合自调嘴损曲线，上层选Φ3.4水嘴，将初选好的水嘴装入需要节流的层段。为了检验所配水嘴
是否合适，将上、下层芯子都接上流量计，投入井中。将注水量调至要求的全井注入量，注入压力稳定后，注一段时间将芯子捞出（一般为1天），卸下流量计并读出数据。检查上、下层流量是否符合要求。如果满足要求，说明选配水嘴合适，否则重复调整水嘴大小，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（地面水表记录值）与上、下层水量之和的差值。
测试步骤的流程见图8：
图8 测试流程图
图中：P上额——额定配注量下的上层配注压力；
P中额——额定配注量下的中层配注压力；
P下额——额定配注量下的下层配注压力；
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
注水芯子投捞主要有液力投捞和钢丝投捞两种方式：
1）液力投捞方式
芯子从油管投下，靠自身重量和正注水液力的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。将反洗井阀门尽量开大，增大流量，以减少液力作业时间。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）钢丝打捞方式
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，以平衡芯子的上下压差；
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量的水，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较好的解决了芯子投捞的问题，必要时可根据现场情况采用钢丝打捞。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与这套管柱技术相配套的电子计量装置——FDL系列电子流量（压力）计，它能实现对配好水嘴后的上下层的实际注入量和对应的压力值实施动态监测。为油田地质工作者及时掌握水井各层的实际参数提供可靠的数据。
3 现场应用情况及存在的问题
液力投捞分层注水工艺自1996年现场应用以来，已在新疆油田公司各油田实施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
这项技术比较适合于新疆油田目前的注水条件，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，取得了较好的注水效果。该井井深为5200m，注水工作筒位于4800米，单层要求注入量为200m3/d。分注管柱施工时间是2002年10月3日，首次进行调试时间是2002年10月17日，由于该井井口通径是78mm，在初次液力投捞时，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的问题（设计注水芯子时，采用液力投捞适用的油管内径为62mm），我们重新设计了捕捉器，并将捕捉器通过井口和油管挂延伸到油管当中，再采用液力反冲。2003年6月2日，用此种方法，液力投捞一次成功。随后几天，又进行了2次液力投捞测试均获成功，充分显示了液力投捞的方便性和可靠性。
随着该项技术在油田的不断推广，一些存在的问题也在实际应用中表现出来。
问题一：各油田根据需要，对许多注水井实施调剖作业后，再进行分层注水。此类水井中存在大量游离的粘稠状调剖剂，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，造成分注工艺失败。经过调剖的水井几乎不能实施液力投捞分层注水工艺。
问题二：新疆油田分公司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，因此，
配水器水嘴直径相对较小，注入水中的杂质很容易将水嘴堵塞。
问题三：在进行反循环举升注水芯子的过程中，往往要排出大量的水，由于环保及现场条件的限制，有些井只好采用钢丝打捞芯子。
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，如果水质结垢严重，层间压差较大，打捞时，就容易发生注水芯子捞不出来的现象。
针对新疆油田注水井分层配注量小，水嘴容易堵塞的问题，我们做了大量的研究改进工作：一是重新设计了一种井下定量配水器，配水器水嘴由原来简单的带孔的陶瓷水嘴改为目前的浮动式复合水嘴，水嘴的摩阻大大增加，在相同注水量的情况下，其水嘴过流面积相应增大，减小了水嘴堵塞的可能性，调节水量更加平稳，压差自调范围为2.5MPa。
另外，针对新疆油田分注难以计量，以及配水器水嘴容易堵塞，造成分注困难的问题，我院还研究了一种液力投捞轮流注水工艺。它采用先注一层，然后取出芯子，再注另一层的方法。此工艺能实现轮流分注两层和三层。其优点是：可实现对每一层的准确计量，另外不容易堵水嘴（嘴径较大），注水芯