井下分层注水投捞调配技术基础讲座汇总

井下分层注水投捞调配技术基础讲座前言一、油田及油田注水开发的一般概念1、常见名词解释2、油藏及油水井基本概念3、油田为什么要注水4、油田常用注水方式二、井下分层注水工艺技术1、油田为什么实施分层注水2、分层注水实施的工艺原理3、井下分层注水方式及其工艺原理4、完井管柱结构5、井下分层注水配套工具三、井下分层注水井的投捞调配测试技术1、投捞调配的目的2、投捞调配的原理3、投捞调配的配套设备4、投捞调配的操作程序5、注意事项及事故应急处理程序前言为满足现场生产的需要，达到培训投捞调配队伍技术人员的目的，强化队伍的整体技术素养，公司组织人员编写了该教材，考虑到队伍人员基本技能的差异，该教材尽可能简单明了，尽可能简化专业术语，以满足队伍培训的需要。

一、油田及油田注水开发的一般概念1、常见名词解释●裂缝：岩层沿断裂面未发生明显的相对位移的断裂构造，称为裂缝。

●断层：岩层沿断裂面发生明显的相对位移的断裂构造，称为断层。

●孔隙度：岩石中所有孔隙（孔隙、洞穴、裂缝等）的总体积在该岩石总体积中所占的比例。

百分数表示。

●渗透率：在单位压差下，单位时间内流体通过岩石的能力称为渗透率。

●储集层：将具有孔隙、裂缝或空洞的，能使油气流通、聚集的岩层，称为储集层。

如砂岩、具有缝或孔洞的石灰岩、白云岩，具有裂缝的变质岩、火成岩等。

●盖层：也称隔层，盖在储集层之上、不渗透、能够阻止油、气散失的岩层，如泥岩、页岩、石膏、岩盐层等。

●储集层的非均质性：储集层中各个油砂体在纵向上和横向上的不同发育，表现在孔隙度和渗透率上会有较大的差异，导致同一构造中的井与井之间、同一口井中层与层之间流体流动能力的差异，就是储集层的非均质性。

2、油气藏及油水井基本概念地层中油气聚集在一定的储积层中，是石油就称为“油藏”，是天然气就称为“气藏”，同时聚集了游离天然气和石油则称为“油气藏”。

油图1 油藏及油水井示意图田开发过程中，在油气构造带上所打的生产井，从地层采出原油的井是油井，将注入水注入地层的井称为注水井。

3、油田为什么要注水？原油在地层中从远离油井井筒的地方流向油井井筒，需要一定的能量，也就是说，地层或地层中的流体必须具备一定的能量，才能完成这一过程。

这部分能量最初是由地层中流体的弹性、储积层弹性、气顶、溶解气、存在的边底水等这些天然能量来提供的。

但多数油田的天然能量是不充足的，同时天然能量的局限性很大，控制较难。

其次，天然能量的衰竭很快，很难实现长期的稳产，而且采收率会很低。

通过注水井向油层注水补充地层能量，保持油层压力，是在依靠天然能量进行采油之后或油田开发早期为了提高采收率和采油速度而被广泛采用的一项重要的开发措4、油田常用注水方式注水方式，就是注水井在油藏中所处的部位和注水井与生产井之间的排列关系，目前国内外油田应用的注水方式主要有边缘注水、切割注水、面积注水和点状注水等。

4.1 边缘注水●缘外注水（边外注水）注水井按一定方式，一般与储集层等高线平行，分布在油水边界外，向边水中注水。

这种注水方式要求边水区内渗透性较好，边水区与油区之间不存在低渗透带或断层。

●缘上注水在油区外缘以外的地层渗透率显著变差，为了保证注水井的驱油效率，将注水井布在油区外缘上或在油藏以内距油区外缘不远的地方。

●边内注水如果地层渗透率在油水图2 边缘注水示意图油水边界 等高线注水井 油井注水井 油井图3 边内切割注水示意图过渡带很差，或者在过渡带注水不适宜，而应将注水井布置在内含油边界以内，以保证油井充分见效和减少注水外逸。

4.2切割注水利用注水井排将油藏切割成较小的单元，每一块面积，也叫一个切割区，可以看成一个独立的开发单元，可以分区进行开发和调整。

如图3所示。

4.3面积注水面积注水方式是把注水井和生产井按一定的几何形状和密度均匀地分布在整个开发区上，这种注水方式实质上是把油层分割成许多更小的单元，每一口水井对应几口油井，而每一口油井受几个方向注水井的影响（如A. 正四点法B. 正七点法C. 五点法D. 正九点法E. 正对式排状注F. 交错式排状注图4. 面积注水示意图下图所示为几种常用面积注水方式的井位图）。

二、井下分层注水工艺技术1、油田为什么实施分层注水储集层中各个油砂体在纵向上和横向上的不同发育，表现在孔隙度和渗透率上会有较大的差异，导致同一构造中的井与井之间、同一口井中层与层之间流体流动能力有较大差异，对于注水井而言，体现在相同的注水压力体系下，注入水主要进入渗透率高的层段，而渗透率低的层段注水量很少或注不进水，注水井的吸水剖面往往很不均匀，且非均质性常常随着注水时间的延长而加剧，从而产生单层、单向的水驱突进，甚至出现水淹等现象，导致油井的含水率大幅度上升，而对于注水很少或注不进水的层位，由于得不到注水能量的有效补充，储集在地层的原油无法到达油井井筒，从而无法开采出来。

图5为提高注入水的波及系数，改善水驱效果，降低含水率，提高开采效益，提高最终采收率，需要改善注水井的吸水剖面。

对于注水井而言，目前所普遍采用的方式为油层改造（化学调剖、分层压裂、分层酸化等措施）和分层注水技术。

前者通过改造油层来降低剖面的非均质性，只能定性的改善吸水剖面，降低高渗层的渗透率，提高低渗透层渗透率；而分层注水技术经过多年来的发展，目前已基本可以满足注水井单层的定量配注的需要，对于小层的定量注水意义重大。

我们这里重点讨论注水井的分层注水技术。

2、分层注水工艺分层注水的方法比较多，如油套分层注水、多管分层注水、单管井下分层注水等。

其所采用的基本原理就是利用井下封隔器将水井的各个储层段分开，然后根据各个储层段的实际配注需要，形成相对独立的注水压力系统。

其中，油套分层注水、多管分层注水均可以在地面控制并调整单层注水量；图6分别是油套分层注水和多管分层注水示意图。

而单管井下分层注水则需要利用调整井下的工具来调整单层注水量，所采用的方式就是注水井的投捞调配。

油套分注是从油管和套管同时注水，在油管和套管进口安装节流阀、流量表，分别控制水量，层间使用封隔器隔开实现两层分注，油套分层注水只能满足两层分注的需要。

图6A所示；多管分注采用较大口径套管，下多根小口径油管，每根油管的底端下在相对应的油层，层间用封隔器卡开，每根油管在井口安装节流阀和流量表实现多层分注。

图6B所示。

以上两种分注工艺因为分注层数有限（一般只能达到两层），实施难度及操作难度大，所以目前各油田基本上已经不采用了。

随着工艺技术的进步和测试手段的日趋完善，采用单管柱多层段配水的分注方式及其配套技术在各油田得到广泛的应用。

3、井下分层注水方式及其工艺原理单管柱多层段分注是指井下只有一根管柱，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，由每个层段配水器上的水嘴控制水量，注入到每个层段的地层中。

由于该方A. 油套分注B. 多管分注图6 两种分注方式图7 同心配水器及相应的配水芯子、嘴子部位图8 偏心配水器及相应的配水芯子、嘴子部位 式控制、调配单层注水量是通过调整井下工具实现的，所以我们一般称其为井下分层注水目前，井下分层注水按照其所采用的原理一般分为同心分注和偏心分注。

同心分注完井管柱所配套的井下工具均具有相同的同轴度，装有水嘴的配水芯子安装在配水器的中心，其对应的配水器称为同心配水器（图7），相应的分注称为同心分注；偏心分注完井管柱所配套的井下工具不完全在相同的同轴线上，装有水嘴的配水芯子（也称堵塞器）由专用投放工具安装在配水器的边部，这种配水器称为偏心配水器（图8），相应的分注称为偏心分注。

国内外油田分层注水工艺技术主要以偏心、同心两种方式为主。

同心分层注水工艺技术由于其对配套完井工具、配套钢丝作业工具的要求相对简单，早期曾经有很强的实用性，胜利、大庆、辽河、江汉等油田曾经进行过同心分层注水的研究及现场应用。

随着偏心分层注水完井工具（偏心配水器、配水阀）以及配套的钢丝投捞工具逐步完善，偏心分层注水工艺技术由于其自身的特征，在生产测试、投捞工艺、管柱设计、分层注水层数等方面有着较为明显的优势（表一）。

为此，目前国内外油田的分层注水主要以偏心分层注水为主，包括大庆、辽河、新疆、中原、华北、塔里木、吐哈等油田在内的国内大部分油田选用偏心分层注水；同心分层注水目前主要在胜利油田和长庆油田应用。

表1 井下分层注水工艺技术指标对比4、完井管柱结构分注井完井管柱结构长庆油田最近几年的注水井分注也同时选用同心和偏心分注，图11、12所示分别为这两种分注管柱结构。

5、井下分层注水配套工具A 、封隔器： 根据注水井定期反洗的需要，分层注水所需要配套的封隔图11 同心分注井配水管柱图12 偏心分注井配水管柱器应具备反洗井的特点。

目前国内外普遍采用的注水封隔器主要有K344型水力扩张式可洗井封隔器、Y341型水力压缩式可洗井封隔器。

●K344型水力扩张式可洗井封隔器工作原理：水力扩张密闭式封隔器是在原来水力扩张式封隔器的基础上发展而来的,当油管内外造成一定的压差时，胶皮筒即可涨开密封油套环行空间；当套压高于油压，封隔器胶筒自动回缩解封。

主要结构特点：Ⅰ. 在封隔器内部胶筒进液通道上设计了自密封机构,使胶筒内形成一个环形密闭腔.坐封时液体在油套压差作用下进入胶筒内使胶筒扩张封隔油套环空,由于液体在胶筒内处于密封状态,因此封隔器不解封.Ⅱ. 在封隔器外部设计了解封机构,可以使胶筒内腔液体泄掉.解封时油管内泄压,套管打压,从而使解封机构工作,胶筒内腔液体泄出,胶筒收缩,封隔器解封.Ⅲ. 施工简单.由于坐封压差小,通过正常注水既能实现封隔器坐封,Ⅳ. 密封性好.与水力压缩式封隔器相比,由于采用扩张式胶筒并且胶筒内充满高压水,因此胶筒封隔油套环空的能力大大提高.Ⅴ. 洗井排量大.洗井时封隔器解封,胶筒回收,油套环空既是洗井通道,远远大于压缩式封隔器专门设计的洗井通道.Ⅵ. 该封隔器可以多级灵活应用，可以重复坐封，地层出砂不会影响封隔器坐封等特点。

●Y341型水力压缩式可洗井封隔器工作原理座封：从中心管打压，压力升高到一定值时，防座剪钉被剪断，两级活塞随着压力的升高不断上移，压缩上、下组胶筒，同时卡瓦装置起作用，直到活塞移至最大行程，完成座封。

解封：上提管柱解封。

主要特点Ⅰ. 无卡瓦支撑，避免座封时对套管内壁造成伤害；Ⅱ. 液压坐封，上提管柱解封；Ⅲ. 在座封完成的同时，可以判断出座封是否良好；Ⅳ. 可在不解封的情况下实现反洗井作业。

B、配水器：根据注水井配注量调整的需要，配水器及其配套的工具应具备可以更换水嘴等特点。

根据其结构特征，一般可分为同心配水器、偏心配水器两种规格。

●KPX偏心配水器主要结构特点：Ⅰ.配水阀在工作筒的侧面，不影响工作筒的通径（图10），Ⅱ.所配套的配水阀直径小，相应的密封断面小，密封容易，同时，由于密封断面小，投捞力量较小，Ⅲ.成熟的偏心投捞工具配套以及成熟的投捞调配技术，可保证完井后投捞调配工作的顺利进行。