劉合，裴曉含，賈德利，孫福超，郭桐

（中國石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

第四代分層注水技術(shù)內(nèi)涵、應(yīng)用與展望

劉合，裴曉含，賈德利，孫福超，郭桐

（中國石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

針對(duì)目前分層注水技術(shù)存在的問題及生產(chǎn)需求，開展了第 4代分層注水技術(shù)研究，介紹了其內(nèi)涵、核心工具及核心技術(shù)，分析了現(xiàn)場應(yīng)用情況，并進(jìn)行了技術(shù)發(fā)展展望。第 4代分層注水技術(shù)內(nèi)涵為實(shí)現(xiàn)注水井單井分層壓力和注水量的數(shù)字化實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)區(qū)塊和油藏注水動(dòng)態(tài)監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)信息化，實(shí)現(xiàn)注水方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化和井下分層注水實(shí)時(shí)調(diào)整為一體的油藏、工程一體化。研發(fā)了作為核心工具的一體化配水器，開發(fā)了層段流量檢測、配注量調(diào)整等關(guān)鍵技術(shù)，并開展了區(qū)塊試驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期效果。為進(jìn)一步滿足生產(chǎn)要求，對(duì)井下層段流量檢測、井筒無線通信、井下自發(fā)電和易損部件投撈技術(shù)等核心環(huán)節(jié)仍需持續(xù)攻關(guān)，并加強(qiáng)與油藏工程的有機(jī)結(jié)合，形成可持續(xù)支撐水驅(qū)開發(fā)的、系統(tǒng)的、完善的第4代分層注水技術(shù)。圖11參14

水驅(qū)開發(fā)；油藏工程；分層注水；注水合格率；電纜測調(diào)；流量檢測

0 引言

水驅(qū)開發(fā)是中國油田的主要開發(fā)方式，大慶油田依靠注水開發(fā)保持27年5 000×104t穩(wěn)產(chǎn)，目前仍有67%產(chǎn)量來自水驅(qū)，長慶油田98%以上產(chǎn)量來自水驅(qū)[1-3]。水驅(qū)開發(fā)的油田，其水驅(qū)采收率取決于注入水的驅(qū)油效率和波及體積。對(duì)于一個(gè)具體油田，即在儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)、流體與巖石表面性質(zhì)一定的情況下，如果不改變注入水的物理化學(xué)性質(zhì)，在一定注入孔隙體積倍數(shù)時(shí)，驅(qū)油效率基本上不會(huì)有大的變化[4-5]。因此，提高水驅(qū)采收率的關(guān)鍵在于擴(kuò)大注入水的波及體積，這對(duì)非均質(zhì)多油層油田尤為重要。

中國油田非均質(zhì)性普遍，開發(fā)對(duì)象物性差異大，平面和層間矛盾突出，油層動(dòng)用不均衡，為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)油控水，注入方式采用分層注入。分層注水的目的是通過層間結(jié)構(gòu)調(diào)整與層內(nèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整實(shí)現(xiàn)對(duì)薄差層與厚油層的進(jìn)一步挖潛。層間結(jié)構(gòu)調(diào)整主要通過注水井精細(xì)注水、采油井精細(xì)開采使層間各類油層得到均衡動(dòng)用；層內(nèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整主要利用層內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)界面進(jìn)行層內(nèi)細(xì)分調(diào)整，通過對(duì)現(xiàn)有注水層段進(jìn)一步細(xì)分，減少“段內(nèi)小層數(shù)和段內(nèi)射開厚度”，即針對(duì)各油層不同的滲透性能，采用不同的配水量進(jìn)行注水。分層注水是提高原油采收率和改善油田開發(fā)效果的主要途徑之一。

中國石油分層注水技術(shù)經(jīng)過60多年的發(fā)展，形成了以固定式、鋼絲投撈式、電纜測調(diào)式為代表的 3代分層注水技術(shù)，在支撐油田持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、提高水驅(qū)采收率等方面發(fā)揮了重要作用。但與油田開發(fā)初期確立的目標(biāo)還有很大差距，尤其是針對(duì)以大慶油田中高滲油藏高含水、長慶油田特低滲油藏中高含水開發(fā)階段為代表所面臨的注采關(guān)系復(fù)雜、驅(qū)替場動(dòng)態(tài)變化頻繁等問題，現(xiàn)有工藝技術(shù)與生產(chǎn)需求、油藏分析數(shù)據(jù)支撐間的矛盾還較為突出。因此，發(fā)展了第 4代精細(xì)分層注水技術(shù)，使分層注水工藝向數(shù)字化、自動(dòng)化和集成化方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)油藏、工程一體化，其核心是實(shí)現(xiàn)層段注入?yún)?shù)全過程實(shí)時(shí)監(jiān)測和自動(dòng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)邊注邊測邊調(diào)。利用監(jiān)測的實(shí)時(shí)連續(xù)數(shù)據(jù)為精細(xì)油藏分析提供有效數(shù)據(jù)支持，從而增強(qiáng)措施的針對(duì)性和合理性，實(shí)現(xiàn)精細(xì)注水；利用層段實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整功能保障注水合格率，實(shí)現(xiàn)有效注水。該套技術(shù)從提高地質(zhì)分析精度和注水合格率上保障注入水的波及體積，進(jìn)一步提高水驅(qū)開發(fā)效果。

1 分層注水技術(shù)發(fā)展歷程

中國油田儲(chǔ)集層中 92%為陸相碎屑巖沉積，縱向非均質(zhì)性強(qiáng)，水驅(qū)開發(fā)過程中注入水易沿高滲層水竄，在20世紀(jì)60年代提出并開展了分層注水工藝的研究。發(fā)展至今，出現(xiàn)了一系列分層注水工藝及配套技術(shù)，形成了以固定式、偏心投撈式、電纜測調(diào)式為代表的3代分層注水技術(shù)。調(diào)整方式從起下管柱調(diào)整發(fā)展到投撈水嘴調(diào)整、地面直讀測調(diào)，資料錄取從單參數(shù)發(fā)展到多參數(shù)，從卡片劃線發(fā)展到電子存儲(chǔ)、地面直讀[6]。分層注水管柱從固定式分層注水[7]、活動(dòng)式分層注水[8]、常規(guī)偏心分層注水發(fā)展到同心集成分層注水[9]、橋式偏心分層注水[10]，配套測調(diào)技術(shù)從鋼絲投撈發(fā)展到鋼管電纜直讀測調(diào)[11-14]。

1.1 固定式分層注水

20世紀(jì)60年代初期，研究應(yīng)用了475-8水力壓差式封隔器、745-4固定式配水器、循環(huán)凡爾、測試球座及配套的驗(yàn)封、分層測試為主要內(nèi)容的固定式分層注水工藝，也是首次實(shí)現(xiàn)了多層段的定量注水。該工藝的核心是研發(fā)了475-8水力壓差式封隔器，為中國最早自主研發(fā)的封隔器，成為了油田水驅(qū)開發(fā)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。層段測試時(shí)采用投球法進(jìn)行分層流量測試；層段注入量調(diào)整時(shí)需要起出井下管柱，在地面更換配水器水嘴。該工藝在大慶油田得到了廣泛應(yīng)用。

1.2 鋼絲投撈式分層注水

隨著油田開發(fā)面積不斷擴(kuò)大，注水井?dāng)?shù)隨之增加，含水率不斷上升，需要及時(shí)調(diào)整各層的注水量以保持注采平衡，第1代分層注水工藝已不能滿足生產(chǎn)要求。20世紀(jì)80年代，開發(fā)了以鋼絲投撈測調(diào)為特色的分層注水工藝，形成了空心活動(dòng)式分層注水、偏心分層注水、同心集成細(xì)分注水和橋式偏心分層注水等 4套工藝技術(shù)。在分層注水層段級(jí)數(shù)、作業(yè)測調(diào)時(shí)層間干擾方面，橋式偏心分層注水更具優(yōu)勢，成為 20世紀(jì) 80年代至90年代中國油田的主體分層注水工藝技術(shù)。

橋式偏心分層注水技術(shù)工藝管柱由Y341可洗井封隔器、內(nèi)徑46 mm橋式偏心配水器、配水堵塞器、單向閥等組成，利用試井鋼絲進(jìn)行投撈或流量、壓力測試，不影響其他注入層的注入狀況。以橋式偏心為代表的鋼絲投撈式分層注水工藝是當(dāng)時(shí)應(yīng)用規(guī)模最大、最成熟、適應(yīng)性最強(qiáng)的測調(diào)方式，至今國內(nèi)油田注水井仍有應(yīng)用。

1.3 電纜測調(diào)式分層注水

隨著油田開發(fā)的深入，層間矛盾加大，需加密測調(diào)周期以保障注水合格率，對(duì)分層注水工藝測調(diào)作業(yè)提出了新的生產(chǎn)要求。為了有效縮短現(xiàn)場測試時(shí)間和減少工作量，20世紀(jì)90年代研制并規(guī)模應(yīng)用了以“橋式偏心、橋式同心和配套電纜高效測調(diào)”為核心的分層注水工藝。其核心是用鋼管電纜代替鋼絲，攜帶井下電動(dòng)測調(diào)儀作業(yè)，當(dāng)投入指定層段后利用測調(diào)儀上集成的傳感器實(shí)現(xiàn)井下層段流量、壓力、溫度等信號(hào)在線采集；利用測調(diào)儀上調(diào)節(jié)臂與橋式偏心配水器的堵塞器對(duì)接，通過電力拖動(dòng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)層段注入量調(diào)整。大幅度提高了注水井的測調(diào)效率，已成為目前中國油田注水井的主體分層注水技術(shù)。

2 第4代分層注水技術(shù)內(nèi)涵及應(yīng)用

2.1 生產(chǎn)需求及第4代分層注水技術(shù)內(nèi)涵

隨著中國油田開發(fā)的不斷深入，已進(jìn)入高—特高含水開發(fā)階段，綜合含水接近 90%，尤其是開發(fā)老區(qū)含水不斷上升?，F(xiàn)階段水驅(qū)開發(fā)面臨注采關(guān)系復(fù)雜、油層動(dòng)用不均衡、層間矛盾加劇等問題，導(dǎo)致無效水循環(huán)嚴(yán)重，含水上升快，儲(chǔ)量動(dòng)用程度低。這就需要不斷深入開展精細(xì)分層注水、精細(xì)管理工作，對(duì)分層注水技術(shù)提出了更高的要求。主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

①分層注水總井?dāng)?shù)逐年增加，單井分段日益精細(xì)，測調(diào)頻次逐步加密，這三者的共同作用使測調(diào)工作量成倍增長。截止到2015年年底，大慶油田分層注水井24 567口，年測調(diào)83 361井次（見圖1），長慶油田分層注水井6 887口，年測調(diào)14 112井次（見圖2）。大慶油田2015年的年測調(diào)工作量是2010年年測調(diào)工作量的2.2倍，長慶油田則是3.6倍。

圖1 大慶油田歷年分層注水井?dāng)?shù)及測調(diào)情況

圖2 長慶油田歷年分層注水井?dāng)?shù)及測調(diào)情況

②測調(diào)周期長，注水合格率下降，注入水無效循環(huán)日趨嚴(yán)重，無法實(shí)現(xiàn)分層注入量、分層壓力的長期連續(xù)監(jiān)測。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大慶油田分層注水 4個(gè)月后注水合格率下降到65.3%，長慶油田分層注水3個(gè)月后注水合格率下降到 55.6%（見圖 3）。在大慶油田獲取了具有中高滲油藏特高含水開發(fā)階段代表性的Z501-232注水井（4層段）偏3層段連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)（見圖4）。該層段配注量為30 m3/d，調(diào)整后該層段的實(shí)際注入量為33 m3/d，套壓為21.6 MPa。1個(gè)月后注入量下降到18 m3/d，套壓下降到21.3 MPa?？梢钥闯觯唐趦?nèi)該層段注入量已不合格，目前該區(qū)塊 4個(gè)月的調(diào)配周期已不能滿足生產(chǎn)要求。

圖3 大慶、長慶油田分層注水合格率變化情況

圖4 Z501-232注水井偏3層段監(jiān)測數(shù)據(jù)

新的開發(fā)形勢下，要實(shí)現(xiàn)深度控水穩(wěn)油，就要提升分層注水工藝技術(shù)水平和完善配套措施。近些年，結(jié)合先進(jìn)的傳感器、微電機(jī)拖動(dòng)和精密加工等技術(shù)，開展了分層注水全過程監(jiān)測與自動(dòng)控制技術(shù)研究和探索試驗(yàn)，現(xiàn)場試驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期效果。初步確立了第 4代分層注水技術(shù)內(nèi)涵，即可實(shí)現(xiàn)注水井單井分層壓力和注水量的數(shù)字化實(shí)時(shí)監(jiān)測，可實(shí)現(xiàn)區(qū)塊和油藏注水動(dòng)態(tài)監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)信息化，可實(shí)現(xiàn)注水方案設(shè)計(jì)、優(yōu)化與井下分層注水實(shí)時(shí)調(diào)整為一體的油藏、工程一體化，有效提高水驅(qū)動(dòng)用程度，控制含水上升，提高水驅(qū)開發(fā)效果。

2.2 一體化配水器及其核心技術(shù)

第 4代分層注水技術(shù)中，核心工具為井下一體化配水器（見圖5），是層段配注過程中配注參數(shù)的檢測和調(diào)整終端，其功能和性能指標(biāo)直接關(guān)系到第 4代分層注水技術(shù)水平。一體化配水器集成了流量計(jì)、兩路壓力計(jì)、溫度計(jì)、通信模塊和調(diào)節(jié)總成（由傳動(dòng)總成、堵塞器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成）?？蓪?shí)現(xiàn)層段注入流量、注入流壓、地層壓力（堵塞器嘴后壓力）、溫度的檢測，利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)堵塞器水嘴開度的變化實(shí)現(xiàn)層段注水量的流量閉環(huán)或人工調(diào)整。一體化配水器利用有線或無線等方式與地面系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙向通信，從而完成分層注水全過程連續(xù)/實(shí)時(shí)監(jiān)測和層段自動(dòng)調(diào)整。一體化配水器的核心技術(shù)為層段流量的檢測和調(diào)整。

圖5 一體化配水器結(jié)構(gòu)

2.2.1 層段流量檢測技術(shù)

注水井井下流量檢測一直是分層注水技術(shù)的重點(diǎn)，也是第 4代分層注水技術(shù)中一體化配水器開發(fā)的難點(diǎn)。目前分層注水流量測試環(huán)節(jié)中采用電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等，此類流量計(jì)具有量程大、對(duì)穩(wěn)流段要求小等優(yōu)點(diǎn)。但由于其測量原理和傳感器結(jié)構(gòu)的限制，存在電極易腐蝕、粘污附著等問題，大大降低了傳感器壽命及測量精度。同時(shí)該類流量計(jì)體積大、功耗高，因此主要應(yīng)用在測試車攜帶的投撈式層段流量測量裝置中，需定期在地面進(jìn)行維護(hù)和標(biāo)定。

第 4代分層注水技術(shù)中一體化配水器長期置于井下，對(duì)流量計(jì)的基本要求為可靠性高、體積小和功耗低。鑒于此，采用渦街流量計(jì)（見圖 6）來實(shí)現(xiàn)一體化配水器層段流量檢測。在實(shí)際應(yīng)用中，由于渦街流量計(jì)探頭受井下流體噪聲和注水閥截流壓差大引起的穩(wěn)流場性能差等影響，傳感器輸出包含大量噪聲，導(dǎo)致流量計(jì)輸出值跳變嚴(yán)重、誤差大，并間接影響累計(jì)流量。

圖6 一體化配水器中渦街流量計(jì)空間結(jié)構(gòu)

針對(duì)上述問題，可設(shè)計(jì)一種自組雙通濾波器，通過分解方式尋找渦街流量計(jì)探頭輸出的有效真值數(shù)據(jù)，提高井下層段流量檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性。渦街流量計(jì)是利用流體力學(xué)中卡門渦街原理開發(fā)的一種流量測量儀表，其管道內(nèi)體積流量為：

渦街流量計(jì)探頭采用壓電應(yīng)力式傳感器，流體經(jīng)過渦街發(fā)生體后所產(chǎn)生的渦街信號(hào)理論上為純正的正余弦信號(hào)，但實(shí)際中由于受到管壁震動(dòng)、電磁干擾、白噪聲的影響，其信號(hào)為復(fù)合信號(hào)。根據(jù)實(shí)際情況及理論分析，渦街流量計(jì)的輸出信號(hào)模型可表示為：

根據(jù)渦街流量計(jì)輸出信號(hào)的特性，以 Mallat算法為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一種自組雙通濾波器，通過分解方式尋找有效數(shù)據(jù)。由于渦街產(chǎn)生的信號(hào)s(t)為連續(xù)信號(hào)，而所處理的信號(hào)為離散信號(hào)，因此需要將數(shù)據(jù)離散化為As(n)。根據(jù)渦街流量計(jì)特性與噪聲信號(hào)的特點(diǎn)，所設(shè)計(jì)濾波器均為正交小波濾波器，其表達(dá)式為：

設(shè)計(jì)9階濾波器，低通濾波器表達(dá)式為：

其中

高通濾波器表達(dá)式為：

該濾波器用于信號(hào)的頻帶分解，逐級(jí)連成樹狀濾波器組，實(shí)現(xiàn)小波變換過程。利用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)井下單層段流量的穩(wěn)定檢測，檢測范圍為5～100 m3/d，精度為3%。

2.2.2 層段流量調(diào)整技術(shù)

層段流量調(diào)整技術(shù)是一體化配水器中另一重要環(huán)節(jié)。隨著微電機(jī)拖動(dòng)、精密加工等技術(shù)的發(fā)展，高溫、高壓工況下長期穩(wěn)定的井下層段調(diào)整控制功能得以實(shí)現(xiàn)。層段調(diào)整總成結(jié)構(gòu)如圖 7所示，包括電氣連接、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)總成和陶瓷水嘴等結(jié)構(gòu)，既能滿足高壓動(dòng)密封又能實(shí)現(xiàn)低扭矩驅(qū)動(dòng)，同時(shí)設(shè)置了陶瓷水嘴全關(guān)狀態(tài)下壓力平衡結(jié)構(gòu)。

圖7 一體化配水器中調(diào)整總成結(jié)構(gòu)

自動(dòng)模式下工作時(shí)以流量計(jì)反饋信號(hào)作為判斷依據(jù)，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過拖動(dòng)傳動(dòng)總成將回旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)陶瓷水嘴開度的調(diào)節(jié)。傳動(dòng)總成內(nèi)置一套調(diào)節(jié)復(fù)位彈簧，實(shí)現(xiàn)左右兩端端部運(yùn)動(dòng)的復(fù)位，即實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)后螺紋的咬合。陶瓷水嘴是井下流量調(diào)節(jié)的關(guān)鍵部件，需選用高密度氧化鋯陶瓷為原材料，以提高堵塞器強(qiáng)度和壽命，采用高精度模壓技術(shù)，制作出原始元件后再二次加工打磨形成定型的陶瓷。陶瓷靜閥芯內(nèi)孔與陶瓷動(dòng)閥芯的外圓周小間隙配合，并在陶瓷靜閥芯設(shè)計(jì)了V形流通口，實(shí)現(xiàn)層段注入量節(jié)流調(diào)整。所設(shè)計(jì)的動(dòng)、靜閥芯接觸面直徑為14 mm，長度為20 mm，調(diào)節(jié)行程為15 mm/7.5 r。

未來企業(yè)端重點(diǎn)提供的是好的產(chǎn)品和好的服務(wù)。那么好的產(chǎn)品一定是在顏值、核心科技、懂得用戶這幾方面擁有立體化的優(yōu)勢，才能稱得上好產(chǎn)品。最后就是一定牢記：我們追求美好生活的愿望不會(huì)改變。

層段調(diào)整總成中采用微型永磁同步電機(jī)作為執(zhí)行驅(qū)動(dòng)部件，選用一種低速高扭矩減速電機(jī)組件，滿足體積小、輸出扭矩大這一工程要求。驅(qū)動(dòng)電機(jī)外徑為28 mm，驅(qū)動(dòng)電壓為12 V，額定電流為2 A，最大輸出扭矩為3 N·m，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為1.5 r/min。

2.3 現(xiàn)場應(yīng)用

第 4代分層注水技術(shù)可實(shí)現(xiàn)注水全過程的分層壓力、注水量及其動(dòng)態(tài)變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測和層段注水量自動(dòng)調(diào)整。結(jié)合井組無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，可將監(jiān)測數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到生產(chǎn)管理系統(tǒng)中以便后續(xù)分析，并可在室內(nèi)操作終端實(shí)現(xiàn)層段的調(diào)整和生產(chǎn)測試。利用實(shí)時(shí)監(jiān)測功能達(dá)到注水井精細(xì)分析和管理要求，利用實(shí)時(shí)調(diào)整功能達(dá)到有效注水要求。在大慶、長慶、吉林和華北等油田先后開展了小規(guī)模先導(dǎo)應(yīng)用試驗(yàn)，取得了預(yù)期效果。

2.3.1 層段流量、壓力在線實(shí)時(shí)監(jiān)測與自動(dòng)調(diào)整

針對(duì)大慶油田中高滲特高含水區(qū)塊開展了小規(guī)模先導(dǎo)應(yīng)用試驗(yàn)。圖 8為大慶油田 Z50-310注水井偏 2層段自動(dòng)調(diào)整的連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，層段配注量為60 m3/d，設(shè)置配注精度為±10%。5個(gè)月內(nèi)對(duì)配注量影響較大的因素被調(diào)整了 4次，在無需人工參與的情況下，注水合格率得到了嚴(yán)格保障，達(dá)到了配注要求，套壓穩(wěn)步上升，從19.9 MPa上升到21.7 MPa。對(duì)該區(qū)塊進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)分析，注水合格率得到嚴(yán)格保障后，砂巖厚度動(dòng)用比例由42%提高到52%。

圖8 Z50-310注水井偏2層段監(jiān)測數(shù)據(jù)

2.3.2 指示曲線在線測試

第 4代分層注水技術(shù)可實(shí)現(xiàn)注水指示曲線在線測試，無需動(dòng)用測試車，滿足環(huán)保需求，大大節(jié)省了現(xiàn)場作業(yè)工作量。如圖9a所示，在油壓17.4、17.9、18.4 MPa這3個(gè)臺(tái)階下同步監(jiān)測到注入流量分別為18.7、24.9、29.8 m3/d。可直接繪制出該層段注水指示曲線（見圖9b），啟動(dòng)壓力為15.5 MPa，吸水指數(shù)為33.7 m3/（d·MPa）。同步監(jiān)測到 3個(gè)臺(tái)階下對(duì)應(yīng)套壓，變化趨勢類似。

圖9 Z50-310井偏1層段壓力流量監(jiān)測數(shù)據(jù)和注水指示曲線

2.3.3 靜壓曲線在線測試

采用傳統(tǒng)方法對(duì)某層段進(jìn)行靜壓測試時(shí)，需利用測試車將該層段配水器中堵塞器撈出，再投入存儲(chǔ)式測壓儀，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在一段時(shí)間后（大慶油田一般為3 d）撈出存儲(chǔ)式測壓儀進(jìn)行地面數(shù)據(jù)回放分析，再恢復(fù)原有堵塞器。可見，這一過程需要作業(yè)兩天、投撈4次，現(xiàn)場工作量大，又存在投撈遇卡風(fēng)險(xiǎn)、穩(wěn)定時(shí)間不確定（若在3 d內(nèi)出現(xiàn)穩(wěn)壓段則影響正常生產(chǎn)，若3 d內(nèi)未出現(xiàn)穩(wěn)壓段則需重新作業(yè)）等問題。利用第 4代分層注水技術(shù)在線調(diào)整的功能全關(guān)被測層段，即可實(shí)現(xiàn)靜壓測試，同時(shí)利用實(shí)時(shí)監(jiān)測的壓力數(shù)據(jù)可獲取靜壓曲線達(dá)到合格的穩(wěn)定時(shí)間，消除了傳統(tǒng)靜壓測試方法的弊端。以Z501-323井偏2層段靜壓測試為例，得到如圖10所示的測試曲線，該層段關(guān)閉2 d后，套壓由17.71 MPa降至15.03 MPa。

圖10 Z501-323井偏2層段靜壓測試曲線

2.3.4 在線驗(yàn)封測試

第 4代分層注水技術(shù)可實(shí)現(xiàn)在線驗(yàn)封測試，無需測試車、驗(yàn)封儀及測試工。圖11為Z50-310注水井偏1層段驗(yàn)封曲線，層段實(shí)際注入量近似為零，套壓衰減且不隨油壓變化而變化，期間出現(xiàn)一次油壓下降過快導(dǎo)致洗凈凡爾打開的現(xiàn)象，被系統(tǒng)監(jiān)測到。在線驗(yàn)封測試不僅可以實(shí)現(xiàn)兩年驗(yàn)封1次的管理要求（大慶油田），還能根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行驗(yàn)封，無需增加任何生產(chǎn)成本。

圖11 Z50-310注水井偏1層段驗(yàn)封曲線

3 展望

近些年，通過理論研究、新材料與新工具研發(fā)、新工藝現(xiàn)場試驗(yàn)，攻克了層段流量檢測和調(diào)整等核心技術(shù)，奠定了第 4代分層注水工藝技術(shù)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了分層注水全過程監(jiān)測與自動(dòng)控制等功能，通過小規(guī)模區(qū)塊應(yīng)用達(dá)到了預(yù)期效果。為了進(jìn)一步加快第 4代分層注水技術(shù)研制與應(yīng)用步伐，滿足不同油藏、特殊井型及降本增效的要求，在未來幾年甚至十幾年仍需對(duì)井下層段流量檢測、井筒無線通信、井下自發(fā)電和易損部件投撈等技術(shù)加大研究力度，持續(xù)攻關(guān)核心技術(shù)和配套措施，并加強(qiáng)與油藏工程的有機(jī)結(jié)合，形成可持續(xù)支撐水驅(qū)開發(fā)的、系統(tǒng)的、完善的第 4代分層注水技術(shù)。技術(shù)發(fā)展路線分兩個(gè)階段。第 1階段，分析注采端動(dòng)態(tài)關(guān)系，有針對(duì)性開展措施調(diào)整，進(jìn)行區(qū)塊規(guī)?；瘧?yīng)用：①開展區(qū)塊應(yīng)用和綜合效果評(píng)估；②輔助油藏動(dòng)態(tài)分析，提高水驅(qū)動(dòng)用程度。第2階段，利用顛覆性技術(shù)進(jìn)一步引領(lǐng)和完善注水工藝，形成工藝規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)：①開發(fā)第4代工藝中調(diào)整端可投撈技術(shù)；②開發(fā)井下自發(fā)電和可溶解發(fā)電技術(shù)；③研制強(qiáng)電磁、聲波井下無線通信技術(shù)；④形成工藝規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)3～5套。

要實(shí)現(xiàn)控制含水上升速度、降低自然遞減、提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度和降本增效的目標(biāo)，仍需圍繞油藏、工程一體化發(fā)展方向開展精細(xì)注水相關(guān)研究工作，具體內(nèi)容如下。

①開展配注方案符合率研究，監(jiān)測區(qū)塊注水合格率的變化趨勢，與現(xiàn)有測調(diào)周期進(jìn)行對(duì)比分析，重新核實(shí)分層注水合格率指標(biāo)，并為測調(diào)周期的差別化管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

②開展注水井分層測試和調(diào)配方法研究，利用監(jiān)測的壓力數(shù)據(jù)輔助區(qū)塊某一層段累計(jì)注入量分析，建立區(qū)塊化資料驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

③研究油層動(dòng)用厚度變化動(dòng)態(tài)規(guī)律，通過吸水厚度動(dòng)態(tài)變化比例對(duì)比分析，最大化提高水驅(qū)動(dòng)用厚度。

④研究油層最大注水壓力，達(dá)到充分利用壓力空間的目的，同時(shí)研究壓力預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)及解決辦法，確定套損報(bào)警技術(shù)指標(biāo)。

⑤開展注水工藝技術(shù)與油田開發(fā)適應(yīng)性的研究，建立更合理的井網(wǎng)平衡注采比；針對(duì)性質(zhì)不同的油層開展周期注水、輪換注水研究。

⑥開展油藏、工程一體化研究，將第 4代分層注水技術(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)與油藏工程分析和油藏模擬相結(jié)合，根據(jù)油藏剩余油分布和壓力分布研究結(jié)果，調(diào)整油藏開發(fā)方案，制定分層注水方案，使注水措施與油藏開發(fā)狀態(tài)銜接匹配更加緊密，進(jìn)一步提高油藏采收率，改善開發(fā)效果。

4 結(jié)語

中國油田已進(jìn)入高含水開發(fā)后期，如何在注采關(guān)系更加復(fù)雜、驅(qū)替場動(dòng)態(tài)變化頻繁的情況下實(shí)現(xiàn)油田穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)、有效挖潛剩余油、提高水驅(qū)開發(fā)效果，給分層注水工藝提出了更高的要求：實(shí)現(xiàn)層段實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整、無需動(dòng)用測試車和人工現(xiàn)場操作，可嚴(yán)格保障注水合格率，投入成本低；實(shí)現(xiàn)分層注入量、分層壓力的長期連續(xù)監(jiān)測，滿足可輔助油藏精細(xì)分析的數(shù)據(jù)要求，為油藏、工程一體化研究提供技術(shù)支撐，從而實(shí)現(xiàn)有效注水、精細(xì)注水，提高水驅(qū)開發(fā)效果。

對(duì)層段流量檢測、配注量調(diào)整等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了開發(fā)并進(jìn)行了先導(dǎo)性區(qū)塊試驗(yàn)，證明以“分層注水全過程實(shí)時(shí)監(jiān)測與自動(dòng)控制技術(shù)”為特點(diǎn)的第 4代分層注水技術(shù)為油田水驅(qū)開發(fā)分層注水工藝的必然選擇。隨著該套技術(shù)的不斷完善并與油藏工程有機(jī)結(jié)合，將在油田分層注水生產(chǎn)環(huán)節(jié)中發(fā)揮重要作用。

符號(hào)注釋：

As(n)——離散化后的渦街傳感器輸出信號(hào)函數(shù)；Ap——信號(hào)As(n)在第p層的近似部分（即低頻部分）的小波系數(shù)；d——旋渦發(fā)生體迎面寬度，m；D——節(jié)流通徑，m；Dp——信號(hào)As(n)在第p層的細(xì)節(jié)部分（即高頻部分）的小波系數(shù)；f——旋渦發(fā)生頻率，Hz；fai——低于流體實(shí)際頻率的第i個(gè)頻率分量，Hz；fbj——高于流體實(shí)際頻率的第j個(gè)頻率分量，Hz；fv——流體頻率，Hz；g——高通濾波器； g?， h?——時(shí)域中的小波分解高通、低通濾波器；h——低通濾波器；H0——低通濾波器組；J——小波分解求和運(yùn)算級(jí)數(shù)，J=log2N；k——渦街流量計(jì)理想信號(hào)幅值的比例系數(shù)；Ki——低于流體實(shí)際頻率的頻率分量 i對(duì)應(yīng)信號(hào)的幅值；Kj——高于流體實(shí)際頻率的頻率分量 j對(duì)應(yīng)信號(hào)的幅值；l，q——求和序號(hào)；m——旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面積之比；n——離散時(shí)間序號(hào)；N——傳感器采集信號(hào)點(diǎn)數(shù)；p——小波分解層數(shù)；qv——流量計(jì)管道內(nèi)液體的體積流量，m3/s；s(t)——渦街傳感器輸出信號(hào)函數(shù)；Sr——斯特勞哈爾數(shù)，無因次；t——時(shí)間，s；v——被測流體平均流速，m/s；z——變換方程中的自變量。

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（編輯 胡葦瑋）

Connotation, application and prospect of the fourth-generation separated layer water injection technology

LIU He, PEI Xiaohan, JIA Deli, SUN Fuchao, GUO Tong
(PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing 100083, China)

The fourth-generation separated layer water injection technology was studied aiming at problems existing in current separated layer water-flooding technologies and production requirements. This paper discussed the connotation, core tool and key technologies,analyzed field application and prospected further development. The connotation is to realize digital real-time monitoring on single-well separated layer pressure and injection rate of injectors, network informationization of injection performance monitoring of blocks and reservoirs, and integrated reservoir and production engineering by combining injection program design and optimization with real-time adjustment of down hole separated layer water injection. An integrated water distributor, a core tool for this technology, and some key technologies including interval flow rate detection and injection allocation adjustment were developed. Moreover, this new technology was piloted in blocks and achieved expected results. In order to meet production requirements, it is necessary to keep research on key technologies,such as downhole interval flow rate detection, wellbore wireless communication, downhole self-power generation and vulnerable components fishing. In addition, this technology shall be properly combined with reservoir engineering, thereby developing a systematical and complete fourth-generation separated layer water injection technology that can underpin water flooding development sustainably.

water flooding development; reservoir engineering; separated layer water injection; qualification rate of water injection;cable measuring and adjusting; flow rate measuring

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863）項(xiàng)目“采油井筒控制工程關(guān)鍵技術(shù)與裝備”（2012AA061300）

TE357.6

A

1000-0747(2017)04-0608-07

10.11698/PED.2017.04.14

劉合, 裴曉含, 賈德利, 等. 第四代分層注水技術(shù)內(nèi)涵、應(yīng)用與展望[J]. 石油勘探與開發(fā), 2017, 44(4)： 608-614, 637.

LIU He, PEI Xiaohan, JIA Deli, et al. Connotation, application and prospect of the fourth-generation separated layer water injection technology[J]. Petroleum Exploration and Development, 2017, 44(4)： 608-614, 637.

劉合（1961-），男，黑龍江哈爾濱人，博士，中國石油勘探開發(fā)研究院教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事低滲透油氣藏增產(chǎn)改造、機(jī)采系統(tǒng)提高系統(tǒng)效率、分層注水和井筒工程控制技術(shù)等方面的研究工作。地址：北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號(hào)，中國石油勘探開發(fā)研究院院辦，郵政編碼：100083。E-mail： liuhe@petrochina.com.cn

2016-08-19

2017-03-15