分层注水

注水方式

分层注水是指在注水井中下入封隔器，把差异较大的油层分隔开，再用配水器进行分层配水，使高渗层注水量得到控制，中低渗透率油层注水得到加强，使各类油层都能发挥作用的一种注水方式。

发展历程

20世纪60年代，大庆油田会战期间，针对注水出现的层间、层内、平面三大矛盾，首先研究应用了以水力压差式封隔器及配套的验封、不压井作业、分层测试为主要内容的分层注水工艺，减缓了层间矛盾，开发效果十分显著。

20世纪70年代，油田进入中含水开采阶段，开发面积不断扩大，注水井数增加，为了提高配水合格率及简化工艺，研究应用了665型偏心配水器与防腐油管配套的偏心式分层注水工艺，至今仍在大庆油田普遍应用。

20世纪80年代，油田进入中、高含水开采阶段，由于长期注水，井下套管状况变差，原有管柱不能适应套注井分注要求，研究了小直径分层注水工艺技术。

20世纪90年代，油田进入高含水开采阶段，研发了高含水后期细分注水挖潜配套技术．为了提高细分程度和管柱寿命、效率和测试精度，又研究应用了同心集成式细分注水技术，使封隔器卡距可以缩小到2 m．分层流量及分层压力分别实现同步测试，消除了层间干扰，测调效率比传统偏心分注技术提高l倍以上。

2000年以来，针对层间压差增大，笼统测压力不能精确反映地层问题，又研究应用了桥式偏心分层注水技术，实现了流量和压力测试的“双卡”分层测试，较好地满足了油田分层开采后期分注层数多、分层压力精度要求高技术需求。

目的

油田开发初期的注水工作，由于基本上是按不同性质油层的自然吸水能力进行笼统合注，致使不同渗透率的油层吸水量相差几倍到几十倍，造成注入水单层突进和平面指进。针对这种情况，应用了分层注水工艺技术，通过对高渗透层控制注水，对低渗透层加强注水，有效的控制了油层压力，并在一定程度上控制了油田含水上升过快的局面。随着油田进入中高含水期开发，通过不断加强分层注水，把地层压力始终控制在原始地层压力附近，保证了油井有足够的生产压差和旺盛的产液能力。

原因

如果一个油田地下的油层有多个，而且分层厚度不大，为节约资金，多采取油井和注水井同时、多层采注的方式开发。给多个油层注水的注水井，是否需要分层注水，是由这些油层的差异决定的。由于各油层都是独立封闭的储油体，它们在形成油层的地质时期形成的条件不同，有的油层看上去像馒头，孔隙很大。有的油层看上去像砖头，虽然能吸水但看不出有孔隙。而且各油层含油气组分、原始压力和温度、厚度、封闭条件等都有差异。其中孔隙大的油层出油容易，产油量大，压力下降快，在同样压力下注水，它比别的油层吸水量多，注入水容易穿过油层从油井出来。

油井里有了出水层，就会使油井产量大幅度下降。另外对注水井而言，在同一压力系统注水，某些层段大量进水，别的层就进水少甚至不进水，那样不进水的油层里的油也就驱替不出来。为了使各油层能按着配注量合理、均匀注水，以提高各油层的水驱油效率，科学家研究出了分层注水的办法，被国内外油田作为油田注水开发最有效的办法而广泛应用。

由于油层各层系的不均质性，

因而它们的吸水能力各不相同

，只有采取分层注水的方法才能提高注水效率。

方法

分层注水最简单的办法是在油管上接一个封隔器，放在要分开注水的两组油层之间，就像在油管外面套上一个环形胶圈，这个胶圈采用某种方式使其变形而紧贴在套管内壁和油管外壁上，把油管和套管环形空间隔开，并保证在一定的压力和温度下也不会上下窜通。在地面上从套管闸门给环形空间注水进入封隔器上面一个油层（组），从油管给封隔器下面一个油层（组）注水，注入量按各层需要的水量由地面控制，这叫一级两段分注。

如果想使多个油层配注得更加合理，还可以将多个油层分成三段或四段，用两个封隔器，配套3个配水器或用三个封隔器配套四个配水器，就可实现两级三段或三级四段分层配注。分层配注的各层注水量是经过认真测试的，如果经测试需要对某层调配注水量，就可以用一个投捞器把某个配水器上的水嘴捞起来，更换成合适的再投放到配水器上。同样，如果想停止对某层注水，就把对应层的配水器上的水嘴换成死堵。

基本原则

①为便于测试、计量和日常管理，一般只对全井日配注水量大于20m3的井进行分层配注，单层日配注量不低于10m3。

②在划分主力与非主力油层的基础上，将主力与非主力油层大段卡开进行分注；主力层段内部，对小层间差异大的再细分单卡，分小层进行配注。

③分层配水时对油水同层段或产水层段控制注水，在油层段加强注水，特别是射开未划砂岩较多的层段要尽可能加强注水，使油井尽早受效。

④油井见水后，对见水层段要适当控制注水，对连通差、吸水能力低的层段加强注水。

工艺管柱

为了解决层间矛盾，调整油层平面上注入水分布不均匀的状况，以控制油井含水上升和油田综合含水率的上升速度，提高油田的开发效果，需进行分层注水。

分层注水的工艺方法比较多，如油、套管分层注水，单管分层注水，多管分层注水等。单管配水器多层段配水的方式，是指井中只下一根管柱，利用封隔器将整个注水井段封隔成几个互不相通的层段，每个层段都装有配水器。注入水从油管入井，由每个层段上配水器上的水嘴控制水量，注入到各层段的地层中。

单管分层注水管柱，按配水器结构可分为固定配水管柱、活动配水管柱和偏心配水管柱。其中，由于固定配水管柱不便于调配水量，因此已不再使用，而偏心配水管柱可比活动配水管柱进行更多级的分层注水，且具有测试起下工作量小和测试效率高等优点，因而广泛应用。

桥式偏心分层注水

1、管柱结构及工作原理

①管柱结构

桥式偏心分层注水管柱结构如图1所示。

工艺过程如下：

a.关井降压至压力平稳后，起出原井管柱。

b.下入刮削通井管柱。

c.起出刮削通井管柱后，下验窜管柱验窜，验窜压力9—12—9 MPa，各稳压10 min，观察套压变化，然后上提管柱至射孔井段以上，验证封隔器密封情况。

d.起出验窜管柱，下入桥式偏心分层注水管柱，要求磁性定位校深，核实封隔器卡点是否正确。

e.坐封封隔器，要求从油管憋压15 MPa，稳压5 min，反复3次，后压力升至18 MPa，稳压5min，观察套压变化。

f.按要求进行分层流量调配。

②工作原理：桥式偏心分层注水工艺原理见图2。配水器主体上有¢20 mm偏孔，用以坐入堵塞器。堵塞器在进、出液孔之间装有水嘴。偏孔内壁出液孔与工作筒中心¢46 mm主通道相通，当测试密封段坐到位后，恰好对准测试密封段2组皮碗之间的中心管进液孔，因此可测得本层的单层参数。同时，由于¢46 mm主通道周围布有桥式通道，使得本层段在进行流量或压力测试时，其它层段依然可以通过桥式通道正常注水，不改变其它层段工作状态，最大限度地减小了各层间的层间干扰，从而有效地提高了分层流量调配效率及分层测压效率。

2、工艺特点

桥式偏心分层注水工艺有以下的特点：

①可实现7层以内的分层注水。

②桥式偏心结构，在偏心主体上采用桥式通道，使本层段测试时不影响其它层段的正常注入。可以在实际注入情况下直接测取分层流量，测试仪器采用双卡测单层，避免了递减法流量测试的误差，可以提高测试准确性。

③分层压力测试不用投捞堵塞器，在主通道内下入测试仪器即可直接测试分层压力。

④桥式偏心分层注水及配套测试技术是原有偏心测试技术的继承和发展；最大程度保留了与原有偏心测试技术的兼容性，可以满足磁性定位测试、验封、测压、分层流量测试、同位素吸水剖面测试等测试要求，易于大面积推广应用。

锚定补偿式分层注水

1、管柱结构

锚定补偿式分层注水管柱结构见图3。根据现场实际情况，这种分层注水管柱分为有套营保护和无套管保护两种形式，有套管保护的营柱结构就是在无套营保护的管柱的最上一级配水器和水力锚之间加上一级保护套管封隔器。其中补偿器、水力锚和支撑卡瓦三种工具组成管柱的锚定补偿机构，有效减小了因注水工作状态改变时温度效应和压力效应引起的管柱蠕动，使封隔器的工作条件优化，密封压力提高，从而延长封隔器及注水管柱的工作寿命。

2、工作原理

①封隔器坐封：从油管内打入高压液体水力锚和支撑卡瓦在液压作用下撑开，整个注水管柱被下端的支撑卡瓦和上部的水力锚支撑锚定，各级Y341封隔器在液压作用下完成坐封和锁紧。ZJK配水器的活塞在液压作用下进入短轨道上死点，坐封后，油管泄压，ZJK配水器的活塞在弹簧力作用下沿轨道换向。

②注水：水力锚在液压作用下张开，锚定管柱，同时ZJK配水器的活塞在注水压力下沿长轨道上移，打开注水通道，顺利实现注水。补偿器处于自由伸缩状态，能够补偿管柱蠕动引起的长度变化，保证封隔器位置固定不动，并改善其受力条件，从而提高封隔器的工作寿命。

③反洗井：从油套环空注入洗井液，在液压作用下，Y341封隔器的反洗通道被打开，注入水沿通道，经底部筛管和底球从油管中返出，达到洗井目的。

④测试、调配：从油管内下入测试仪器，即可进行逐级测试。调配时，下入打捞工具将原配水芯子捞出，重新投入所需配水芯子即可。

⑤解封：管柱需要解封时，油管泄压后直接上提管柱，释放封隔器内部的锁紧机构，管柱即可解封，并从井下顺利起出。

新型偏心分层注水

1、组成

该管柱主要由定压开启恒流量偏心配水器、自验封封隔器、撞击筒、单流阀等工具组成(见图4)。

2、工艺特点

该工艺具有以下特点：

1）主要用于井径为121～127mm井的多级细分注水。 2）不需要投捞死嘴，即可保证坐封封隔器。

3）各小层的水嘴一次性随管柱入井，不需反复投捞即可在3～35MPa波动压差下，实现10、15、20„300m3

的恒流量配注，达到地质配注要求，大大减少了投捞次数，减轻了工作强度。

4）多级分注时封隔器能自行验证其密封性。

5）注水量测试方便，有效期1年以上。

3、结论

该工艺使用免投死嘴偏心配水器，达到不投捞死嘴使封隔器坐封的目的；使用恒流量堵塞器，实现水嘴一次随管柱下井，不需要投捞调配水嘴即可达到配注量；使用自验封封隔器，确保修井管柱多级封隔器密封可靠。

机械分层防砂分层注水

1、管柱结构

新型管柱由防砂管柱和注水管柱组成。防砂管柱分为内、外管柱，两者通过Y445悬挂丢手封隔器连接成一体。外层管柱结构见图5左图。Y445悬挂丢手封隔器用来悬挂管柱；Y341分层防砂封隔器用于分层；锚定工具用于支撑管柱；滤砂管用于防止地层砂进入“内井筒”；安全接头用于后期作业防砂管柱的顺利起出。内层管柱用于将外层防砂管柱的各级封隔器坐封，结构见图5右图。

②工作原理

1)防砂：滤砂管阻挡地层砂进入防砂管内，注入水经滤砂管注入地层，当杂质堵塞滤砂管时，可通过反洗井将滤砂管内壁的杂质冲出，改善滤砂管的渗透性。

2)注水：正常注水时，总注水量Q1在402配水器上端分为两部分，一部分水流量Q2 经402配水器注水芯子上的水嘴注入层1，另一部分水流量Q3沿402配水器下行；水流量Q3在403配水器的上端又分为两部分，水流量Q4经403配水器注水芯子上的水嘴注入层2，水流量Q5，经404配水器注入层3。

3)洗井：各级配水器在弹簧作用下关闭，洗井液从套管注入，推开Y241封隔器的洗井阀经封隔器沿防砂管内腔与注水管柱间的环空下行，推开Y341可洗井封隔器的洗井阀，从注水管柱底部单流阀进入油管，直至井口，完成一个循环。

4)测试调配：测试时，利用钢丝绞车带下存储式井下流量计，下至402配水器以上位置，测得总注入量Q1 ，然后下到402配水器和403配水器之间，测得注入量Q3 ，然后再下到403配水器和404配水器之间，测得注入量Q5。计算上部地层注入量Q 上= Q1 —Q3，中间地层注入量Q中=Q3一Q5，下部地层注入量Q下=Q5。测试结束后起出流量计便可正常注水。调配时，再次利用钢丝绞车带下相应的芯子的打捞工具将芯子捞出进行水嘴的更换。

防聚合物返吐分层注水

1、管柱结构

防聚合物返吐分层注水管柱与一般分层注水管柱的不同之处在于采用了单流偏心配水器和底部球座。将普通KPX—ll5偏心配水器主体加装锥阀改装成单流偏心注水器，保证返吐出来的聚合物不能进入偏心配水器，防止偏心配水器堵塞。将普通洗井阀上部加装一个弹簧改为防返吐底部球座，保证洗井时对地层有一定压力，避免地层返吐聚合物。HNY341 C— ll4封隔器采用液压坐封，上提管柱解封。与普通Y341一ll4封隔器不同：解封时封隔器中心管上移，中心管上的凸台内斜面碰到锁套的外斜面，使锁套沿径向收缩，与外套上的倒刺脱开，实现解封。

2、工作原理

正注水时，来水从油管进入单流偏心配水器中心孔，经工作筒滤网过滤后由偏孔中的堵塞器滤网和配水嘴到达堵塞器的出液孔，在高压作用下通过单流配水器内的锥阀压缩弹簧，此时锥阀与锥孔之间产生间隙，注水通道打开，开始注水。停井、反洗井时，油管内压力降低，压缩弹簧在套压作用下复位，锥阀关闭，洗井液或地层返出物无法通过锥阀进入堵塞器，不会造成聚合物堵塞偏心或管柱。反洗井时，洗井液需要顶开防返吐底部球上的定压弹簧，才能进入油管。

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