石油开采注水分注工艺技术.ppt

采油工艺研究所,石油开采注水分注工艺技术,一、分层注水的意义二、分注工艺发展历程三、分注工艺介绍四、分注井管理与考核五、陇东油田分注工艺发展方向,汇报内容,油田注水是开发过程中补充地层能量，提高采收率最经济、最有效的方法。采用合注技术虽然可以满足注水保持地层压力的工艺要求，但因部分区块、井组油层的非均质性较强，笼统注水时出现注入水沿高渗带单层突进，而低渗、薄差层未能发挥应有的潜力，使层内、层间、平面矛盾更为突出。因此，随着油藏精细化管理水平地不断提高，为满足不同油藏、不同开发层系对能量的需求，采用分层注水工艺分层补充地层能量，通过分层注水，一些薄差层、难动用层的能量得到了有效补充，油藏采收率得到提高，开发形势日趋好转。,一、分层注水的意义,注水是及时补充地层能量的最经济、最有效的方法，而分层注水又是不同油藏根据开发目的层对能量的需求，进行分层补充，以满足油田开发要求，随着油藏精细化管理技术地不断提高，油田注水工艺技术发展先后经历了四个阶段：笼统注水阶段、同心活动式注水阶段、偏心注水阶段、新型分注阶段。,二、分注工艺发展历程,注水井井不下任何工具、附件，采用油管尾部带斜尖注水管柱，为满足井下测试技术要求，一般要求管柱下深超过油层下射孔段10米以上。笼统注水技术虽然在很大程度上保持了地层压力，但由于油层的非均质性，使得层内、层间、平面三大矛盾较为突出，因此该技术主要适合于注水层位单一，且各小层吸水性差异不大的注水井。,笼统注水工艺,60年代，为解决分层水量控制，大庆油田研制出655同心活动式分层配水器，水嘴装在可以投捞的堵塞器上，堵塞器位于油管中心，堵塞器自上而下逐级缩小，调配水量时只需捞出堵塞器就可更换水嘴，但每捞一级堵塞器，其上部各级堵塞器都必须全部捞出，投捞测试工作量大，且分层测试时各层互相干扰，测试资料准确率低。该技术虽然可通过更换水嘴来控制分层注水量，但无法进行分层压力测试。,同心活动式注水工艺,70年代，随着油田开发规模扩大，注水井数增多，为简化分注工艺，提高分注合格率，大庆油田研制了656-2偏心式配水器，该技术是水嘴装在可以投捞的堵塞器上，堵塞器座在工作筒轴线的一侧，调配水量时通过配套工具可投捞任意一级堵塞器，偏心注水工艺不但可以通过投捞器调配分层注水，而且可进行封隔器验封和分层压力、流量测试等，使水井分注技术达到了比较完善的程度，是目前国内水井分注主导工艺技术。,偏心配水工艺,90年代，为适应油田细分层注水的需求，胜利油田研究出了空心分注工艺、河南油田研究出了液力投捞分注工艺、大庆油田研究出同心集成分注工艺，每种分注工艺各有自己的优缺点。如空心分注带水嘴座封、液力投捞分注靠液力反冲进行调试、同心集成分注具有封隔器与配水器一体化设计等特点。以上工艺已先后在我厂进行现场试验，其中空心分注下井6口、液力投捞斜井分注下井4口、同心集成分注下井5口，这些新型分注工艺的应用使陇东油田的分层注水工艺技术达到一个新水平。,新型分注工艺,(一)、偏心分注工艺 1、管柱结构 偏心分注管柱由可洗井封隔器、偏心配水器、撞击筒和球座组成。利用封隔器分隔不同的注水层位，通过偏心配水器内的水嘴控制分层注水量，地面通过投捞器打捞堵塞器，按地质配注要求更换相应的水嘴，调配分层注水量。,三、分注工艺介绍,DQ656-2偏心配水器,Y341-114封隔器,DQ656-2偏心配水器,DQ656-2偏心配水器,Y341-114封隔器,DQ153撞击筒,球座,注水层,注水层,注水层,夹 层,夹 层,偏心注水管柱示意图,正常注水-堵塞器靠其主体上的22mm定位台阶座于工作筒的偏孔上，凸轮卡于偏孔上部的扩孔处，堵塞器上下4道胶圈封住偏孔的出液槽，注入水只能经过堵塞器的滤网、水嘴、堵塞器主体的出液槽和工作筒主体的偏孔进入油层。,工艺原理,投捞堵塞器-将打捞头安装在投捞器上，收拢锁好投捞爪、导向爪，投捞器下过配水器再上提时，其上的锁块过配水器工作筒通道遇阻时，锁块和锁轮一起向下转动，投捞爪和导向爪失锁向外转动张开，再下放投捞器，导向爪引导投捞爪进入配水器工作筒的螺旋面，当导向爪进入导向体的缺口时，投捞爪已进入工作筒扶正体的长槽，正对堵塞器的头部，待下放遇阻时，打捞器已捞住了堵塞器打捞杆，上提投捞器，堵塞器打捞压缩压簧上行，下端与凸轮脱离接触，凸轮在扭簧的作用力向下转动，堵塞器被捞出工作筒，起出地面。,工艺原理,偏心配水堵塞器结构图 1-打捞杆 2-压帽 3-压簧 4支撑座 5-轴套 6-卷簧 7-凸轮 8-销轴 9-密封圈 10-密封圈 11-定压弹簧 12-主体 13-柱塞 14-密封圈 15-水嘴 16-空心螺母 17-密封圈 18-密封圈 19-滤罩,1、验封 在测试密封段上下各下一支压力计，上端压力计接受井口压力，下端压力计接受下层油层压力变化信号，通过井口“开一关一开”井操作。若封隔器密封，上压力计记录的是凸曲线（开一关一开信号），下压力计记录的是一条直线；若不密封，下压力计记录的也是一条凸线。,配套工艺,2、分层流量测试 偏心配水器测试原理：分层注水量由106型浮子式流量计，与测试密封段配套使用，当测试密封段定位于工作筒后，液体流经浮子与锥管的环形空隙时，产生节流损失。浮子上下出现压差，压差作用在浮子上，使弹簧拉伸。当流量稳定时，液体作用在浮子的力与弹簧拉力相平衡，使浮子稳定在某一位置。当流量变化，上述两力又在新基础上平衡，浮子又稳定在新的位置上，通过记录浮子位移，实现对流量的测定。,配套工艺,（二）、旋压分注工艺,旋压分注管柱示意图,旋压分注工艺实际上是传统的偏心分注工艺技术的改进，所用配水器仍为偏心配水器，封隔器为旋压式封隔器，在结构设计上有两大特点：1、采用独立的膨胀环进行胶筒肩部保护及斜井扶正居中，极大地了胶筒的密封能力及使用寿命。2采用正转油管柱解封设计，提高了封隔器的抗疲劳破坏能力及使用可靠性。,工艺原理,封隔器,配水器,球座总成,井下工具技术参数,座封：打开套管闸门，从油管内憋压额定座封压力，封隔器即可座封，此时，由于封隔器的自锁结构作用，放压后，封隔器不能自动解封。洗井：从油套环空进液，经封隔器洗井通道，至油管鞋单流阀从油管内通道返出地面，完成反循环洗井。解封：下次作业时，卸去井口，缓慢上提油管柱约半米，正转油管1215圈(转速不宜过快,以35圈/分钟为宜)，封隔器即可解封顺利起出。,配套技术,2003年针对偏心分注井调配成功率下降、管柱易蠕动失效及薄夹层井无法满足地质分注要求的现状，在陇东油田引进北京克莱斯通能源技术有限公司的旋压分注工艺，2003年实施4口，2004年实施25口，测试成功率达到100%。,试验情况,优点：使用正转油管柱解封封隔器，座封后封隔器蠕动小，提高了座封可靠性；封隔器采用膨胀环进行胶筒肩部保护及斜井扶正居中，提高了胶筒的密封能力及使用寿命。配水器导向槽增长、加宽，投拔水嘴成功率比较高。缺点：井压高于25MPa，井深大于2500m时，管柱蠕动问题不能完全依靠封隔器来解决，必须配以水力锚。,工艺特点,（三）、液力投捞斜井分注工艺,采用封隔配水器、封隔器及配水器芯子实现分层和配注通过液力投捞实现调配水嘴和测试流量通过扶正器和缓冲器提高管柱密封性,（三）、液力投捞斜井分注工艺,Y341-115配水封隔器,配水芯子,弹性扶正器,捕捞器,井下工具技术参数,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,注水层,2004年引进河南油田工程研究院的液力投捞分注工艺，截止目前在南梁西区下井试验4口井，分注工具的下井、封隔器座封及投捞测试均比较顺利，测试成功率、分层配注合格率均达到了100%。,优点：座封压力低，可直接利用注水流程实现座封，缩短了占井时间，节约了特车费用。测试工艺简便，不需试井车可完成测试，降低了测试成本。采用压紧式密封结构和扶正芯子的机构，解决了封隔配水器的密封问题。采用强力弹性扶正器和缓冲器，解决了封隔器在斜井中易失效的问题。连通器具有节流机构，可避免洗井转注时封隔器反洗凡尔关闭不严的问题。,缺点：地层吐砂或油管内结垢时容易造成配水器芯子无法通过，导致液力投捞失败，因此该技术不能在油管结垢、出砂严重的井内应用。液力投捞斜井分注管柱进行同位素吸水剖面检测时，需要将配水器芯子捞出后下入测试仪器，不能在分层注水的同时进行同位素吸水剖面测试。洗井时必须将配水器芯子捞出后方可进行洗井作业，增加了洗井工作量。井口压力下降或停注后，当套管压力高于油管压力时，配水器芯子容易反冲至井口，造成井口闸门和配水芯子损坏。,（四）、空心分注工艺,管柱结构：井下管柱自上而下由：水力锚、Y341系列封隔器、ZJK配水器、单流阀、筛管和母堵组成，见右图。,根据分层求吸水参数，按地质配注量，预选合适嘴径的水嘴装入ZJK配水器，地面打压，在液压作用下水力锚撑开，整个注水管柱被锚定，同时Y341封隔器同步完成座封和锁紧，ZJK配水器的活塞在液压作用下进入短轨道的上死点，坐封完毕后，油管卸压，此时，封隔器仍然保持密封状态，ZJK配水器的活塞在弹簧力的作用下沿轨道换向，活塞在注水压力作用下沿长轨道上移，打开注水通道，顺利实现注水。,工艺原理,Y341注水封隔器,井下工具技术参数,ZJK配水器,分层流量测试：在预选水嘴正常注水状态下，将外流式电磁流量计（中心流速）下至各级配水器上部，监测、记录该位置流过的液体数值，测试完毕后，经地面回放，采用递减法求得分层注水量，如达不到地质配注要求，投捞配水器芯子更换水嘴继续测试。洗井：改反洗井流程，在液压作用下，当压差达到5Mpa时，Y341封隔器的反洗通道被打开，洗井水沿洗井通道，经底部的筛管、球座将井筒及油层附近脏物返排出井口，洗至合格后改正注流程转入正常注水状态。验封：需要验封时，下入“压力计+密封段+压力计+流量计”的测试仪器组合，地面作“开-关-开”井操作，各稳压5-10分钟，起出仪器，由2支压力计记录的压力值，可判断出封隔器的密封状况，流量计是用来检验密封段的密封状况，以避免因密封段不密封给测试结果带来的误解。,配套工艺,从2002年6月，由油开处、油气院引进胜利油田空心分注工艺技术，在陇东油田华152区、华78区试验6口井，总体效果：完井后一次座封成功率100%；ZJK配水器采用了轨道换向机构，座封后可直接注水，减少了投捞死芯子的作业工序。,优点：完井后一次座封成功率100%；ZJK配水器采用了轨道换向机构，座封后可直接注水，减少了投捞死芯子的作业工序。缺点：采用支撑卡瓦、水力锚易损伤套管内壁；每调配下层水量时，其以上的各级配水器芯子均需全部捞出，分层流量调配工作量大，且用递减法计算分层流量存在着系统误差；该管柱分层所用封隔器为可洗井式，其洗井后洗井通道关闭的严密性有待进一步验证。,（五）、油套分注工艺,工艺原理：该分注管柱主要由水力压差不可洗井封隔器+注水开关+球座或支撑式封隔器+注水开关+球座两种方式组成，其分注示意图见右图。,Y341-114不可洗井封隔器,注水开关,井下工具技术参数,分层水量调控：完井座封座后，从井口投入38mm钢球，地面打压5-8Mpa，注水开关打开，改好地面双管注水工艺流程，打开来水总闸门、油套管闸门1及油套管闸门2，根据分层地质配注量，边开关油套管闸门2，边观察油套管水表流量显示，直至调配到分层地质配注要求水量为至。验封：验封：在正常注水状态下，随时观察油套压变化量，当油套压接近且单层注水量突升突降时，可初步判断为封隔器失效或管柱漏失，这时关闭套管闸门2或油管闸门2，转入单管注水状态，观察井口油套压及单层注水量变化情况，若油套压仍相等，且单层注水量比正常状态大幅变化，则说明封隔器失效，否则管柱正常。洗井：完井未座封时要求大排量洗井，确保井筒清洁。,配套工艺,2002年3月针对偏心分注管柱调配分层水量时易遇卡遇阻，导致分层配注合格率较低的现状，工艺所技术人员积极翻阅、查询资料，引进、推广油套分注工艺，在陇东油田6个作业区9个区块，对部分长期调配遇卡遇阻、频繁检串、主力层地层能量得不到及时补充，导致区块生产形势恶化的56个井组实施油套分注，总体效果：分层注水量均基本达到地质配注要求，大大提高了分注井调配成功率；同时减少井下流量调配次数和投捞器遇卡遇阻机率。,优点：井下管柱结构简单，不需任何下井工具可进行分层水量调配；分层水量调控方便、直观、工作量小，易于管理；可关闭任意一个闸门进行验封；节省日常投捞测试及掉卡仪器造成的检串等费用。缺点：分注管柱无法满足日常的例行洗井；上部套管受高压水冲刷使用寿命待研究。,管柱结构：同心集成分注管柱由Y341-114不可洗井保护封隔器、负压射流洗井器、配水封隔器、内捞式带锁紧机构的52、55mm配水器、定位装置等组成。,（六）、同心集成分注工艺,Y341-114不可洗井封隔器,配水封隔器,射流洗井器,井下工具技术参数,分层流量测试：测试时投入测试堵塞器（分为55mm、52mm两种，全长1.5m），靠自重座入配水封隔器中心管定位台阶，使每一出水孔眼对应一个注水层段。流道内安装不同孔径的水嘴，并与测试堵塞器上端仪器仓相通，仪器仓上端及侧壁设计有进液孔，一支流量计对应一个流道，进入井筒的高压流体通过仪器仓的进液孔，经小直径电子流量计计量，再经过控制水嘴进入对应的目的层。,配套工艺,同心集成配水器芯子结构截面图,测试堵塞器,注水堵塞器,下同位素仪器通道,安装水嘴通道,过水通道,分层压力测试及验封：地面将压力计装入测试堵塞器投到井筒，如封隔器不密封，则分层压力值相等或接近（每支压力计对应一个注水层），否则分层压力值不相同。负压射流洗井：需要洗井时从井口投入洗井器芯子，然后反洗井，水从套管进入射流洗井器作为动力液，射流洗井器产生负压把近井带附近及井筒污水返排出井口。洗到水质合格后停止洗井，上测试车捞出射流器洗井器芯子，转入正常注水。,配套工艺,从2001年9月份开始，在陇东油田华78区、玄马区、悦22区、华152区及南梁西区先后引进同心分注工艺试验5口井，总体试验效果：井下管柱一次座封成功率75.0%；井下流量调配平均1口井起下测试仪器3.6次，占井时间5.46.9h；除地层因素外，分层配注合格率达到98.5%。,优点：、测试资料准确：测试是在同一工况下每支仪器对应一个层位，避免了递减法测试所带来的误差，而且测试数据能够井下储存、地面回放，不仅提高了测试速度，也提高了测试精度。、流量调配劳动强度小：使用大直径堵塞器，且位于配水器中间，1个堵塞器上安装2个层段的水嘴，每投捞1个堵塞器可以完成2个层段注水量的调配，减轻测试工人的劳动强度。、能满足细分层注水：由于使用封隔器与配水器一体化设计结构，使最小卡距缩小到1.2m，隔层厚度由2m下降到1m，可满足细分层注水的目的。,缺点：洗井操作工艺复杂：负压射流洗井器洗井凡尔需要的最小开启压力6 MPa，对于注水压力相对较低的井，如果保护封隔器失效时，就有可能无法进行洗井操作；同时每次洗井结束后都必需上试井车捞出洗井器芯后才能正常注水，无形中复杂了洗井工序、增加了工作量。所有测试仪器需重新配套,分注井管理 1、分注井井口设施齐全，简易井口要满足录取油套压、井下调配及洗井要求；同时道路、井场满足修井和测试需要。2、岗位工按时取全取准管压、油压、套压、注水量资料。3、作业区技术组要抓好分注井的日常管理，发现异常情况要及时分析，及时整改，解决不了的问题及时上报。,四、分注井管理及考核,4、分注井要求全压注水，不准用井口或配水间闸门控制水量。5、洗井：分注井除每季度例行洗井一次外，调配前由试井队通知作业区加密洗井，确保井筒清洁，同时遇到措施后复注；停注24小时以上；全井或单层吸水量明显下降；调配中有卡、阻现象时要强制洗井，洗井排量要达到25m3/h以上，至进出口水质一致。6、检串：正常分注一年以上的井要例行检串，同时遇到同位素测试证明分注不合格；判断封隔器失效或管串漏失；管串内掉入测试工具及其它落物的井要及时检串。,四、分注井管理及考核,作业质量要求 1、分注检串时必须起完全部油管（包括球座），同时更换原井下工具，未经检验的工具坚决不得入井。2、分注井油管下井前必须用油管规通管，有损伤、破漏、弯曲等现象时必须更换，油管内涂层严重脱落、有铁锈、垢片时，要彻底清除干净。3、严格按照施工方案配下井下分注工具，下井数据必须认真丈量，确保准确无误。4、分注井完井座封前必须大排量进行洗井，确保井筒清洁。5、分注井完井试压、座封达到20MPa，稳压5分钟，压降不超过0.5Mpa为合格。,四、分注井管理及考核,测试考核在试井队人员保证的情况下，测试成功率要和班组奖金挂钩，充分调动测试人员的积极性，使一些难点井，通过反复做工作最终达到合格。同时对正常分注井，每季度必须进行例行调配；检串井最迟两天内必须上井调配；单层靠井下水嘴控制流量井，每半年强制投拔一次水嘴，如超期、不及时调配，无正当理由每井次扣除试井队奖金500元。,四、分注井管理及考核,洗井考核作业区要切实抓好分注井的洗井工作，除做好每季度例行洗井外，在调配前一天由试井队通知，作业区安排大排量洗井，以保证井下管柱的清洁。对不按时洗井或洗井不彻底，每井次扣除相关作业区奖金200元。,四、分注井管理及考核,检串考核分注井的检串要从资金上予以保证和支持，将分注井的管理列为和大头油井同等重要的位置，同时要加强检串时的现场监督力度，提高分注井检串质量。作业区修井监督要切实加强责任心，严禁不合格、较脏工具、油管下井使用，同时对在用涂料油管，下井前必须用油管规通管，发现弯曲变形、起皮、丝扣损坏的涂料油管坚决不允许下井使用；结垢的油管必须彻底除垢，地面通管正常后才能下井。按分注井管理规定每年例行检串一次，因检串时间超期造成调配遇阻，每井次扣除相关作业区奖金500元；因作业区修井监督不到位，井下管柱数据配下错误造成调配遇阻，每井次扣除相关作业区奖金1000元。,四、分注井管理及考核,随着开发时间的延续，油水流动界面、方向发生变化，因此油田开发就更加需要细分层注水补充地层能量，经过近年来的实践与认识认为：偏心分注是陇东油田井况下的主体分注技术，关键是开展好工艺技术的配套完善工作。同时作好新型分注工艺试验工作。（一）、完善推广油套分注技术 1、在油套分注管柱中增加射流洗井器，通过投拔洗井器芯子，满足分注井例行洗井要求。2、在油套分注井安装高压偏心井口或将同位素装入可溶性胶囊中，下放到目的层后释放，解决吸水剖面测试问题，满足分注井资料录取要求。,五、陇东油田分注工艺发展方向,（二）、配套完善偏心分注工艺 1、继续完善偏心分注配重投捞测试技术 配重测试技术的应用有效地解决了斜井、高压井的测试问题，一方面加重使仪器顺利起下，另一方面加长、扶正使投捞爪顺利进入配水器的螺旋面导向槽，因此2004年要根据不同井斜、不同地层压力、不同反吐液体浮力试验出定量的配下5、10、15kg加重杆的测试技术。2、继续试验旋压封隔器，不断提高分注管柱有效使用寿命。3、试验玻璃钢复合内衬油管，提高分注油管抗腐蚀、抗结垢、抗涂层脱落能力，确保测试成功率。,五、陇东油田分注工艺发展方向,（三）、开展液力投捞分注试验 2004年上半年在南梁西区共实施液力投捞分注试验2口，从分注工具下井、投捞测试情况看，均比较顺利，但仅局限于2层分注井，下步要在3层分注井上进行试验，并扩大试验范围，同时要对管柱结构进行研究改进，解决吸水剖面测试问题，以提高该工艺的适应性。,五、陇东油田分注工艺发展方向,敬请各位领导专家批评指正,