低滲透致密巖性儲(chǔ)層注水工藝技術(shù)研究

彭敘凱，何 強(qiáng)，張 昕

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710069;2.延長(zhǎng)油田永寧采油廠勘探開發(fā)研究所，陜西 延安717500;3.英國(guó)曼徹斯特大學(xué)地球大氣和環(huán)境科學(xué)學(xué)院，Manchester M139PL，UK)

鄂爾多斯盆地是國(guó)內(nèi)典型的低滲特低滲透油氣田富集區(qū)，低滲透致密儲(chǔ)集層包括低滲透儲(chǔ)集層和致密儲(chǔ)集層兩類[1]。鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組儲(chǔ)集層多數(shù)屬于低滲透致密儲(chǔ)集層，其中石油探明儲(chǔ)量的73.3%分布于低滲透致密儲(chǔ)集層中。經(jīng)過幾代石油人的開發(fā)實(shí)踐后，總結(jié)出只有通過建立起一套適合于低滲透致密儲(chǔ)層特點(diǎn)的分層注水工藝，才可以保持低滲透儲(chǔ)層的長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)[2]。

延長(zhǎng)油田永寧采油廠屬于延長(zhǎng)集團(tuán)產(chǎn)量排名較為靠前的采油廠之一，位于延安市志丹縣，產(chǎn)層主要有延長(zhǎng)組和延安組油層，屬于巖性圈閉，具有壓力低、滲透率低、產(chǎn)能低、油層埋藏淺、巖性致密、物性差的特點(diǎn)。平均滲透率在0.5～1.44×10－3μm2，平均孔隙度 10%，屬于低(特低)滲透油田。隨著開采的不斷進(jìn)行含水率在不斷的攀升，壓力和產(chǎn)油量在不斷的遞減，為了提高水驅(qū)油總體的開發(fā)效果，發(fā)展分層注水技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多油層的有效注水成為各采油廠的當(dāng)務(wù)之急[3]。

1 國(guó)內(nèi)外分層注水技術(shù)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)分層注水技術(shù)雖然起步較國(guó)外晚很多但是發(fā)展速度非常的快，大有趕超國(guó)外的趨勢(shì)，目前的分層注水技術(shù)具備了分層、測(cè)試、調(diào)配、洗井、作業(yè)的特點(diǎn)和功能，為油田實(shí)現(xiàn)分層開發(fā)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[4－5]。

圖1 中國(guó)分層注水工藝技術(shù)發(fā)展歷程(據(jù)劉合，2013)

國(guó)外油田在分層注水工藝上面的研究起步相對(duì)國(guó)內(nèi)早很多，在根據(jù)不同油田不同儲(chǔ)層不同地質(zhì)特征的分層注水工藝有了一套詳細(xì)的分類方案，并且實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化。國(guó)外的注水處理技術(shù)較為先進(jìn)，在注入水的過程中不會(huì)出現(xiàn)地層堵塞的狀況，洗井解堵周期較長(zhǎng)，注水過程中不存在不動(dòng)管住洗井，所以注水分隔器沒有洗井通道，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，從而減少了定期洗井工序，大大延長(zhǎng)了管柱的使用壽命[4－5](見圖1)。

2 低滲透致密儲(chǔ)層分層注水工藝技術(shù)

2.1 油套分注工藝技術(shù)

管柱帶封隔器、注水滑套、底部球座(帶球)下入預(yù)定位置，座好井口，地面打壓20 Mpa，使封隔器座封;隨后投入直徑38.1 mm鋼球，油管打壓5 Mpa將滑套剪釘剪斷，即可完成井注水[6]。延長(zhǎng)集團(tuán)下屬采油廠現(xiàn)階段多采用這一分層注水技術(shù)(見圖2)。

圖2 油套分注示意圖

2.2 偏心配水分注工藝技術(shù)

目前常用的主導(dǎo)技術(shù)，完井施工如圖3所示，管柱將各工具下入井內(nèi)設(shè)計(jì)位置，然后從油管打液壓20 Mpa使封隔器座封井完井，隨后用投撈器撈出帶死水嘴的堵塞器，正常注水穩(wěn)定后進(jìn)行封隔器驗(yàn)封及流量測(cè)試調(diào)配。

該工藝施工簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，可進(jìn)行多層分注及反洗井作業(yè)，并對(duì)任意層進(jìn)行調(diào)配，流量測(cè)試一般采用浮子式流量計(jì)，調(diào)配時(shí)需下投撈器分層將堵塞器撈出，根據(jù)每層注水量在堵塞器中裝好水嘴，用投撈器送入配水器，開始測(cè)試水量，水量調(diào)配不準(zhǔn)時(shí)要重復(fù)該過程，直至達(dá)到配注要求。

偏心配水也存在著很多問題，偏心管柱下所用封隔器是可洗井封隔器，性能不穩(wěn)定，有時(shí)在反洗井時(shí)會(huì)因垢塊、臟物滯留在洗井通道中，造成洗井凡爾關(guān)閉不嚴(yán)而形成關(guān)外竄漏，起不到分注的作用。受井斜影響，調(diào)配時(shí)儀器易遇卡遇阻，加之偏心管柱的堵塞器安裝在配水器一側(cè)，投撈堵塞器時(shí)投撈器的導(dǎo)向爪必須進(jìn)入工作筒的螺旋面，打撈頭才可能抓住堵塞器的打撈頭，若對(duì)不準(zhǔn)有可能投撈不上堵塞器，影響投撈成功率及分層配注合格率。

圖3 偏心配水分注管注圖

2.3 空心集成分層注水工藝技術(shù)

空心集成分層注水管柱分為錨定補(bǔ)償管柱和懸掛式管柱，懸掛式管住主要由 SLM水力錨，Y341－114G封隔器，ZJK配水器、單流閥，篩管和母堵組成，管柱結(jié)構(gòu)見圖4，錨定補(bǔ)償式管柱是在懸掛式管柱基礎(chǔ)上增加了一套補(bǔ)償器和一套水利卡瓦[6]。

該工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，工具性能可靠，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方便，配置了外流式電磁流量計(jì)后可獨(dú)立完成現(xiàn)場(chǎng)施工、測(cè)試調(diào)配及吸水剖面測(cè)試等工作。管柱設(shè)計(jì)了水力錨，克服了因溫度、壓力效應(yīng)下的管柱蠕動(dòng)、伸縮，改善了管柱的受力條件，延長(zhǎng)了分注井壽命。ZJK配水器采用了軌道換向機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)封隔器座封后自動(dòng)換向，直接轉(zhuǎn)入正常注水，減少投撈死芯子的作業(yè)工序。

圖4 空心分注管柱圖

2.4 橋式偏心分層注水技術(shù)

分層注水工藝管柱及井下工具、配套的測(cè)調(diào)工藝不斷發(fā)展完善，形成了以橋式偏心分層注水工藝為代表的分層注水技術(shù)系列[7]。橋式偏心分層注水是由Y341可洗井封隔器、橋式偏心配水器、配水堵塞器、水力循環(huán)凡爾等組成。采用橋式過流通道結(jié)構(gòu)，使用測(cè)試密封段，集流式流量計(jì)和雙通道壓力計(jì)實(shí)現(xiàn)了流量單層直測(cè)和中心通道測(cè)壓[8]。

橋式偏心分層注水技術(shù)，作為現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的分層注水技術(shù)有很多的優(yōu)勢(shì)。橋式分層注水技術(shù)采用集流測(cè)試，單層流量直測(cè)，這樣減少了層間干擾，測(cè)試絕對(duì)誤差不疊加，從而提高了分層流量測(cè)試資料的準(zhǔn)確度。橋式的測(cè)試技術(shù)的適用范圍也非常的廣，主要是用集流法測(cè)試，但也可以采用非集流和測(cè)調(diào)聯(lián)動(dòng)進(jìn)行測(cè)試。驗(yàn)封效率較其他技術(shù)高，多級(jí)封隔器管柱，一次驗(yàn)封過程可以驗(yàn)兩級(jí)封隔器密封情況。在中心通道分層測(cè)壓時(shí)，不用投撈偏心配水堵塞器，減少了投撈次數(shù)提高測(cè)試效率。

3 低滲透儲(chǔ)層分層注水工藝技術(shù)對(duì)比分析

通過上述的分層注水工藝，結(jié)合永寧采油廠實(shí)際情況，對(duì)上述四種低滲透注水技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)歸納總結(jié)分析如下:

3.1 油套分注工藝

優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡(jiǎn)單、施工方便，無須試井隊(duì)進(jìn)行測(cè)試調(diào)配，分層注水量由井口控制。缺點(diǎn)在于無法保護(hù)油層以上套管、不能洗井、不能測(cè)上層吸水剖面，只能進(jìn)行分層注水。而低滲透儲(chǔ)層油層以上套管恰恰需要很好的保護(hù)，且由于低滲透儲(chǔ)層特殊的地質(zhì)因素影響洗井作業(yè)也是必須的，故而油套分注技術(shù)并不是理想的低滲透注水技術(shù)。

3.2 空心集成分注工藝

優(yōu)點(diǎn)在于施工作業(yè)簡(jiǎn)單，分注有效期長(zhǎng)，投撈成功率高。缺點(diǎn)在于投撈調(diào)配工作量大。空心集成分注技術(shù)雖然優(yōu)點(diǎn)明顯，但是這種技術(shù)主要是應(yīng)用于油田高含水后期，且對(duì)于注入水的水質(zhì)非常的要求相對(duì)較高，考慮到油田單位施工成本問題和技術(shù)支持問題故而也并不是較為理想的低滲透注水技術(shù)。

3.3 偏心分注工藝

優(yōu)點(diǎn)在于可進(jìn)行多層分注，可對(duì)任意層進(jìn)行測(cè)試調(diào)配。缺點(diǎn)在于調(diào)配工作量大，壓力測(cè)試效率低。由于低滲透儲(chǔ)層隔夾層較多，儲(chǔ)層敏感性較高，所以這就導(dǎo)致了在配注過程中要隨時(shí)對(duì)注水層進(jìn)行測(cè)試調(diào)配，這恰恰是偏心分注的優(yōu)點(diǎn)所在，相較上述兩種偏心分注在低滲透儲(chǔ)層中更加適用。

3.4 橋式偏心分注入工藝

優(yōu)點(diǎn)在于可直接進(jìn)行單層流量測(cè)試，適應(yīng)性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確測(cè)壓，使用時(shí)不受級(jí)數(shù)限制。缺點(diǎn)在于配水器橋式通道較多，易引起測(cè)試儀器遇卡遇阻。橋式偏心分層注水技術(shù)再結(jié)合了偏心注水技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，適應(yīng)性大大的增強(qiáng)，通過橋式偏心主體與測(cè)試密封段的發(fā)明和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了多級(jí)雙封單卡分層流量測(cè)試，調(diào)配簡(jiǎn)單、效率高、功能強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了井下瞬間關(guān)、測(cè)、調(diào)、堵功能[8]。故而橋式偏心分注工藝是現(xiàn)下最為理想的低滲透儲(chǔ)層注水技術(shù)。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工成本和油田技術(shù)支持等因素，選擇橋式偏心分注工藝為主，輔助偏心分注工藝的方式來對(duì)低滲透儲(chǔ)層進(jìn)行注水作業(yè)。

4 測(cè)試試驗(yàn)分析及效果

4.1 測(cè)試試驗(yàn)實(shí)例

4.1.1 試注 －1井測(cè)試結(jié)果

該井采用橋式偏心注水技術(shù)，井下總下水量為32 m3/d，在長(zhǎng)2儲(chǔ)層中計(jì)劃注水量為15 m3/d，實(shí)測(cè)注水量16 m3/d，水嘴直徑2.0 mm，配水器深度在1 625.0 m;在長(zhǎng)6儲(chǔ)層中計(jì)劃注水量為15 m3/d，實(shí)測(cè)注水量為16 m3/d，水嘴直徑2.2 mm，配水器深度 1 775.0 m。

4.1.2 試注 －2井測(cè)試結(jié)果

該井采用橋式偏心注水技術(shù)，井下總下水量為33 m3/d，在長(zhǎng)2儲(chǔ)層中計(jì)劃注水量為15 m3/d，實(shí)測(cè)注水量13 m3/d，水嘴直徑2.0 mm，配水器深度在1 635.0 m;在長(zhǎng)6儲(chǔ)層中計(jì)劃注水量為20 m3/d，實(shí)測(cè)注水量為21 m3/d，水嘴直徑2.0 mm，配水器深度 1 785.0 m。

4.1.3 試注 －3井測(cè)試結(jié)果

該井采用偏心注水技術(shù)，井下總下水量為31 m3/d，在長(zhǎng)2儲(chǔ)層中計(jì)劃注水量為15 m3/d，實(shí)測(cè)注水量17 m3/d，水嘴直徑2.4 mm，配水器深度在1 580.0 m;在長(zhǎng)6儲(chǔ)層中計(jì)劃注水量為 15 m3/d，實(shí)測(cè)注水量為 14 m3/d，水嘴直徑2.2 mm，配水器深度 1 720.0 m。

4.2 實(shí)施效果

4.2.1 層間矛盾明顯改善

注水井實(shí)施分層注水后，吸水厚度增加，剖面上吸水狀況變好。由于底層滲透性的差異，在過去的合采合注過程，沒有過多考慮到水沿低滲透性地層向高滲透性地層突進(jìn)的情況，從而使注水收效不大，嚴(yán)重者使部分油層出水。分層注水緩解了層間層內(nèi)矛盾，扭轉(zhuǎn)了注水沿高滲層的突進(jìn)趨勢(shì)，從而抑制了油井見水。分注后老井未出現(xiàn)新增見水井，已見水井含水率保持穩(wěn)定，且略有下降。

4.2.2 水驅(qū)厚度增加，單元油井產(chǎn)量上升

試驗(yàn)中的三口注水井均已經(jīng)明顯見到增液、增油效果，試注－1井對(duì)應(yīng)的5口采油井井組液量從18.05 m3/d上升到 21.93 m3/d、油量從 16.11 t上升到 19.18 t;試注 －2 井對(duì)應(yīng)的8口采油井井組液量從30.8 m3/d上升到34 m3/d，油量從28.58 t上升到31.48 t;試注 －3井對(duì)應(yīng)的7口采油井井組液量從 23.52 m3/d 上升到 26.95 m3/d、油量從 20.51 t上升到 23.57 t。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)偏心分層和橋式偏心分層注水工藝相比較其他注水工藝而言，更適用于鄂爾多斯盆地的低滲透致密砂巖儲(chǔ)層。

(2)這些工藝只在研究區(qū)注清水區(qū)塊(不易結(jié)垢井，可防止鉆具卡死)進(jìn)行試驗(yàn)并取得良好的效果，對(duì)于已污染地層的分層注水工藝技術(shù)將會(huì)是以后研究的重點(diǎn)方向。

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