采油工程(分层注水)

1、 注水工艺按注入通道可分为：注水工艺按注入通道可分为： 油管注水油管注水(正注正注)、 油套环空注水油套环空注水(反注反注) 油套管同时注水油套管同时注水(合注合注)；按是否分层又可分为：按是否分层又可分为： 笼统注水笼统注水 分层注水分层注水：分层注水是在进行非均质多油层开采中，：分层注水是在进行非均质多油层开采中，为加强中、低渗透层并控制高渗透层注水，按配注要为加强中、低渗透层并控制高渗透层注水，按配注要求，在注水井中实现分层控制注入的注水方式。求，在注水井中实现分层控制注入的注水方式。一、一、 分层注水方法分层注水方法1. 分层注水原理分层注水原理 将所射开的各层按油层性质、含油饱和度、

2、压力等相近，层与层相邻的原则，按开发方案要求划分几个注水层段，通常与采油井开采层段对应，采用一定的井下工艺措施，进行分层注水，以达到保持地层压力提高油井产量的目的。 常规分层注水各层之间应具有相对稳定的隔层，常规分层注水各层之间应具有相对稳定的隔层，隔层厚度一般要求在隔层厚度一般要求在2 m左右。细分层注水的隔层厚度左右。细分层注水的隔层厚度一般可控制在一般可控制在1.2 m以上。以上。 分层注水工艺主要包括分层注水工具、管柱、配水技分层注水工艺主要包括分层注水工具、管柱、配水技术、测试技术和增注技术。分层注水是通过分层注水术、测试技术和增注技术。分层注水是通过分层注水管柱来实现的。分层注水管

3、柱一般分二类：管柱来实现的。分层注水管柱一般分二类：同心式注同心式注水管柱和偏心式注水管柱。水管柱和偏心式注水管柱。2. 分层注水工艺分层注水工艺活动式活动式(1) 同心式注水管柱同心式注水管柱 扩张式封隔器扩张式封隔器 固定式配水器固定式配水器测试球座测试球座 扩张式封隔器扩张式封隔器空心活动配水器空心活动配水器 循环阀循环阀筛管筛管固定式固定式同心式注水管柱同心式注水管柱固定式注水管柱固定式注水管柱：管柱技术要求是各级配水器启动：管柱技术要求是各级配水器启动压力必须大于和等于封隔器坐封压力，以保证封隔压力必须大于和等于封隔器坐封压力，以保证封隔器坐封。由于是固定式配水器，所以换水嘴时需要器

4、坐封。由于是固定式配水器，所以换水嘴时需要起管柱。起管柱。活动式注水管柱活动式注水管柱 ：其配水嘴装在配水器芯子上，各：其配水嘴装在配水器芯子上，各级配水器的芯子直径自上而下，从大到小，故应从级配水器的芯子直径自上而下，从大到小，故应从下而上逐级投送，打捞配水器芯子时相反。由于配下而上逐级投送，打捞配水器芯子时相反。由于配水器芯子与管柱轴线同心，为保证每级投送顺利受水器芯子与管柱轴线同心，为保证每级投送顺利受油管内通径限制不可能分级过多，一般为三级，最油管内通径限制不可能分级过多，一般为三级，最多为四级。换水嘴时只需打捞配水器芯子，不需起多为四级。换水嘴时只需打捞配水器芯子，不需起管柱。管柱。

5、 偏心配水器由堵塞器和偏心工作筒组成由专用投偏心配水器由堵塞器和偏心工作筒组成由专用投捞器投捞堵塞器捞器投捞堵塞器(其中装有水嘴其中装有水嘴)可调本层位注水量。可调本层位注水量。偏心式注水管柱按其所用封隔器类型又分为可洗井、偏心式注水管柱按其所用封隔器类型又分为可洗井、不可洗井两种管柱。不可洗井两种管柱。 (2) 偏心注水管柱偏心注水管柱配水器芯子堵塞器与油管轴线不同心，故称偏心。配水器芯子堵塞器与油管轴线不同心，故称偏心。二、二、 分层注水指示曲线及其应用分层注水指示曲线及其应用1. 分层吸水能力研究的基本概念分层吸水能力研究的基本概念(1) 注水指示曲线注水指示曲线 定义：定义：注水指示曲

6、线是表示注水井在稳定流条件下，注入压力与注入量之间的关系曲线。分为分层指示曲线和全井指示曲线。分层注水指示曲线：分层注水指示曲线：表示各分层(小层)段注入压力(指经过井下水嘴后的)与分层注水量之间的关系曲线。 (2) 吸水指数吸水指数 吸水指数是指单位注水压差下的日注水量，是反映注吸水指数是指单位注水压差下的日注水量，是反映注水井水井(或油层或油层)吸水能力的指标，其表达式为：吸水能力的指标，其表达式为：iwsiwfiwiwiwwppqpqi 吸水指数的大小表示地层吸水能力的好坏，其数值等吸水指数的大小表示地层吸水能力的好坏，其数值等于注水指示曲线斜率的倒数。因此，只要测得注水井指于注水指示曲

7、线斜率的倒数。因此，只要测得注水井指示曲线示曲线(或分层指示曲线或分层指示曲线)就可得到注水井吸水指数。就可得到注水井吸水指数。 生产中不可能经常关井测注水井地层静压，生产中不可能经常关井测注水井地层静压，因此采用测指示曲线的办法，取得在不同流压下因此采用测指示曲线的办法，取得在不同流压下的注水量，求吸水指数，即：的注水量，求吸水指数，即：iwfiwwpqi(3) 比吸水指数比吸水指数 比较不同地层的吸水能力时，为了消除油层厚度的比较不同地层的吸水能力时，为了消除油层厚度的影响，常用每米油层有效厚度的吸水指数即比吸水指影响，常用每米油层有效厚度的吸水指数即比吸水指数来表示数来表示hiiwwr

8、用吸水指数进行动态分析时，需要对注水井测用吸水指数进行动态分析时，需要对注水井测试取得流压资料之后进行。日常动态分析中，为及试取得流压资料之后进行。日常动态分析中，为及时掌握注水井地层吸水能力变化，常用日注水量与时掌握注水井地层吸水能力变化，常用日注水量与井口注水压力之比所求得的视吸水指数对比吸水能井口注水压力之比所求得的视吸水指数对比吸水能力。力。 iwhiwwaqqi在笼统注水情况下，若用油管注水，在笼统注水情况下，若用油管注水， 则式中则式中 取套管压力；若采用套管环空注水，则取套管压力；若采用套管环空注水，则 取油管取油管压力，以消除管柱摩阻影响。压力，以消除管柱摩阻影响。iwhpiw

9、hp(4) 视吸水指数视吸水指数(5) 相对吸水量相对吸水量 相对吸水量相对吸水量是指在同一注入压力下，某分层吸是指在同一注入压力下，某分层吸水量占全井吸水量的百分数，是用来衡量各分层相水量占全井吸水量的百分数，是用来衡量各分层相对吸水能力的指标。对吸水能力的指标。 用途：有了各分层的相对吸水量，就可由全井指示用途：有了各分层的相对吸水量，就可由全井指示曲线绘制出各分层指示曲线，不必分层测试。曲线绘制出各分层指示曲线，不必分层测试。%100全井吸水量子层吸水量相对吸水量大，则好；小，则差分层吸水指数直接进行分层测试大，则好；小，则差相对吸水量测注水井的吸水剖面法分层吸水能力的研究方 测吸水剖面

10、就是在一定的注入压力下测定沿井筒测吸水剖面就是在一定的注入压力下测定沿井筒各射开层段吸收注入量的多少（既分层吸水量）。有各射开层段吸收注入量的多少（既分层吸水量）。有放射性同位素测法和投球测试法。放射性同位素测法和投球测试法。2. 分层指示曲线的压力校正分层指示曲线的压力校正 在实际生产中由于注入水通过油管、水嘴和打开节流器阀在实际生产中由于注入水通过油管、水嘴和打开节流器阀时产生压力损失，因此在同一井口压力下各层段真正有效时产生压力损失，因此在同一井口压力下各层段真正有效的注水压力并不不同，因此需要进行层段注水压力校正，的注水压力并不不同，因此需要进行层段注水压力校正，以消除井下注水管柱结构

11、的影响。以消除井下注水管柱结构的影响。有效注入压力表示为：有效注入压力表示为：vachfrhiwhiefpppppp有效注入压力 实测井口注入压力 静水柱压力过油管的摩擦压力损失 chpvap注入水通过配水嘴的压力损失 注入水打开配水器阀的压力损失 3. 典典型型注注水水指指示示曲曲线线(1) 正常指示曲线正常指示曲线正常指示曲线分为直线递增式、上翘式和折线式。正常指示曲线分为直线递增式、上翘式和折线式。 1）直线递增式指示曲线如图12-8中所示。它反映了地层吸水量与注入压力成正比，在直图12-8 典型的注水指示曲线。 线上任取两点可求出吸水指数。当用指示曲线线上任取两点可求出吸水指数。当用指

12、示曲线求吸水指数时，应当用有效注入压力绘制的曲线。求吸水指数时，应当用有效注入压力绘制的曲线。iw=(q2-q1)/(p2-p1) 2) 上翘式曲线如图上翘式曲线如图12-8中中所示。这种上翘式曲线除所示。这种上翘式曲线除与设备仪表有关外，还与油层性质有关。如在断层蔽与设备仪表有关外，还与油层性质有关。如在断层蔽挡或连通较差的挡或连通较差的“死胡同死胡同”油层中，注入水不易扩散，油层中，注入水不易扩散，油层压力升高，注入水受到的阻力越来越大，造成曲油层压力升高，注入水受到的阻力越来越大，造成曲线上翘。线上翘。3) 折线式指示曲线如图折线式指示曲线如图12-8中中所示。压力较低时随所示。压力较低

13、时随压力增加注入量增加，而压力较高时，随压力增加曲压力增加注入量增加，而压力较高时，随压力增加曲线偏向注入量轴，说明低渗油层部位随压力增大由不线偏向注入量轴，说明低渗油层部位随压力增大由不吸水转为吸水；或有新的油层在较高压力下开始吸水；吸水转为吸水；或有新的油层在较高压力下开始吸水；或因较高压力下地层产生微小裂缝使吸水量突然增大。或因较高压力下地层产生微小裂缝使吸水量突然增大。(2) 不正常指示曲线不正常指示曲线 不正常指示曲线有下述几种情况：不正常指示曲线有下述几种情况：1) 垂直式指示曲线如图垂直式指示曲线如图12-8中的曲线中的曲线所示，注水压所示，注水压力增加，注水量不增。产生此种指示

14、曲线可能是设备力增加，注水量不增。产生此种指示曲线可能是设备发生故障发生故障(如井下水嘴堵塞、流量计失灵如井下水嘴堵塞、流量计失灵)或是油层渗或是油层渗透性极差所造成的。透性极差所造成的。2) 直线递减式指示曲线如图直线递减式指示曲线如图12-8中的曲线中的曲线，说明设，说明设备或仪表有问题，曲线不能用。备或仪表有问题，曲线不能用。3) 曲拐式指示曲线如图曲拐式指示曲线如图12-8中的曲线中的曲线，主要反映设，主要反映设备、仪表有问题，曲线不能用。备、仪表有问题，曲线不能用。4) 嘴后有汽穴。图嘴后有汽穴。图12-8中的曲线中的曲线是注水量很大时，是注水量很大时，通过水嘴的液流速度过高，水嘴喉

15、部可能产生汽穴现通过水嘴的液流速度过高，水嘴喉部可能产生汽穴现象，这一特性可运用到液流的流量自动控制上。象，这一特性可运用到液流的流量自动控制上。 4. 分层指示曲线的应用分层指示曲线的应用 因正确的指示曲线变化反映了地层吸水能力或井下工因正确的指示曲线变化反映了地层吸水能力或井下工具工作状态的变化，因此可用来判断地层吸水能力具工作状态的变化，因此可用来判断地层吸水能力的变化与井下工具的工作状况。的变化与井下工具的工作状况。（1）指示曲线右移，）指示曲线右移，斜率变小斜率变小在相同注入压力下，在相同注入压力下，注入量增加。注入量增加。主要原因有：主要原因有：1) 地层吸水能力增强。地层吸水能力

16、增强。如实施洗井或酸化、压裂等作业。如实施洗井或酸化、压裂等作业。2) 井下配水嘴脱落。井下配水嘴脱落。分层分层(段段)注水失去控制，指示曲线明注水失去控制，指示曲线明显偏向注水量轴，至使全井指示曲线突然向右偏移，且斜显偏向注水量轴，至使全井指示曲线突然向右偏移，且斜率变小。通常可根据井下水嘴性能率变小。通常可根据井下水嘴性能(是否易脱落是否易脱落)及分层测及分层测试资料验证，即可发现。试资料验证，即可发现。3) 水嘴刺大。水嘴刺大。由于长期注水或水中可能含有砂及其它固由于长期注水或水中可能含有砂及其它固体微粒，将水嘴刺大，某分层配水失控，亦可出现指示曲体微粒，将水嘴刺大，某分层配水失控，亦可

17、出现指示曲线向右偏移，且斜率变小。每测一次曲线逐渐向注水量轴线向右偏移，且斜率变小。每测一次曲线逐渐向注水量轴偏移，与水嘴脱落不同之处在于其变化不是突然的，实际偏移，与水嘴脱落不同之处在于其变化不是突然的，实际中可通过分层测试曲线对比分析。中可通过分层测试曲线对比分析。4) 底部阀不密封。底部阀不密封。造成注入水自油管末端进入油套环形造成注入水自油管末端进入油套环形空间，使油套压基本平衡空间，使油套压基本平衡(或相等或相等)，封隔器不密封，控制，封隔器不密封，控制注水量段失控，分层注水量大大小于全井注水量，可用分注水量段失控，分层注水量大大小于全井注水量，可用分层测试或洗井后测试来确定。层测试

18、或洗井后测试来确定。(2) 指示曲线左移，斜率变大指示曲线左移，斜率变大 图图12-9中虚线中虚线，在相同注入压力下，注入量下降，其，在相同注入压力下，注入量下降，其原因可能为：原因可能为：1) 井下有污染，地层有堵塞井下有污染，地层有堵塞。因注入水不合格或滤器失。因注入水不合格或滤器失效使井底污染，地层堵塞，地层吸水能力下降，使指示效使井底污染，地层堵塞，地层吸水能力下降，使指示曲线左移，斜率变大；相同注水压力下注水量由下降到，曲线左移，斜率变大；相同注水压力下注水量由下降到，而要达到原注水量需提高注水压力到。处理方法：洗井而要达到原注水量需提高注水压力到。处理方法：洗井或酸化解堵。或酸化解

19、堵。2) 水嘴堵塞水嘴堵塞。因注入水不合格或井下结垢、腐蚀等产物。因注入水不合格或井下结垢、腐蚀等产物堵塞水嘴，使有效注入压力降低，没达到设计注水量，堵塞水嘴，使有效注入压力降低，没达到设计注水量，有与图有与图12-9虚线虚线相似的曲线。水嘴堵塞的层位可从分相似的曲线。水嘴堵塞的层位可从分层测试资料看出。从经验上看水嘴堵塞比油层污染要快层测试资料看出。从经验上看水嘴堵塞比油层污染要快些些(从两次测试曲线的时间上看从两次测试曲线的时间上看)，有时二者兼有。，有时二者兼有。(3) 指示曲线平行上移或下移指示曲线平行上移或下移上移：地层压力上升上移：地层压力上升下移：地层压力下降下移：地层压力下降（

20、4）判断封隔器的密封性）判断封隔器的密封性可用指示曲线的变化来判可用指示曲线的变化来判断其密封性。封隔器失效断其密封性。封隔器失效主要是因主要是因胶筒变形或破裂胶筒变形或破裂无法密封，或由于配水器无法密封，或由于配水器弹簧失灵及管柱底部阀不弹簧失灵及管柱底部阀不严造成封隔胶筒密封失效。严造成封隔胶筒密封失效。 封隔器失效的主要表现：油套压平衡，分层配注失效，注封隔器失效的主要表现：油套压平衡，分层配注失效，注水量上升；注水压力不变水量上升；注水压力不变(或下降或下降)，而注入量上升，而注入量上升(封隔器封隔器失效后上下层串通，使吸水量高的控制层段注水量增加失效后上下层串通，使吸水量高的控制层段

21、注水量增加)。例如：例如：第一级封隔器失效时，正注井中油、套压平衡，第一级封隔器失效时，正注井中油、套压平衡，或注水量突然增加，油压相应下降，套压上升；合注井油、或注水量突然增加，油压相应下降，套压上升；合注井油、套压平衡，改正注后，套压随油压变化而变化。套压平衡，改正注后，套压随油压变化而变化。 三、三、 分层配水嘴的选择与调配分层配水嘴的选择与调配 水嘴直径、通过水嘴的配水量及水嘴直径、通过水嘴的配水量及节流压力损失三者之间的关系曲节流压力损失三者之间的关系曲线，称为线，称为嘴损曲线嘴损曲线，如图，如图12-11所所示。嘴损曲线常通过室内模拟试示。嘴损曲线常通过室内模拟试验确定。验确定。分

22、层配水的实质分层配水的实质是在井口压力相同的情况下，利用不同是在井口压力相同的情况下，利用不同水嘴的过流能力及产生的压力损失的大小，对各层段注水嘴的过流能力及产生的压力损失的大小，对各层段注水量进行控制，达到分层段定量配水的目的，因此通过水量进行控制，达到分层段定量配水的目的，因此通过水嘴需要降低的压力值，可求得配水嘴尺寸。水嘴需要降低的压力值，可求得配水嘴尺寸。1. 确定层段注水量确定层段注水量当油层不装水咀注水时，注水量和注入压力之间的关系：iwwiwpiqiwsfrhiwhiwppppp（无控制注水）当油层装水咀时（控制注水）iwdwpiqiwschfrhiwhiwdpppppp2. 水

23、嘴选择水嘴选择(1) 新投注井水嘴选择新投注井水嘴选择 新投注井进行水嘴选择步骤如下：新投注井进行水嘴选择步骤如下：1) 下入分层测试管柱，并进行分层测试。根据分层测试下入分层测试管柱，并进行分层测试。根据分层测试资料整理出分层与全井指示曲线资料整理出分层与全井指示曲线(按实测井口注入压力按实测井口注入压力绘制绘制)，如图，如图12-12所示。所示。2) 用各分层段配注量用各分层段配注量 在分层指示曲线上查得各层的在分层指示曲线上查得各层的配注压力配注压力 ，见图，见图12-12。3) 确定井口注入压力，确定井口注入压力， 。4) 求层段井口嘴损。用已确定的井口注入压力求层段井口嘴损。用已确定

24、的井口注入压力减去减去各层段达到配注量时井口配注压力各层段达到配注量时井口配注压力 ，得各层段的井，得各层段的井口嘴损压力口嘴损压力 。iwqiwpiwhpiwhpiwhpchp5) 根据各层段所需的配注量根据各层段所需的配注量 与井口嘴损与井口嘴损 ，在相，在相应嘴损曲线版应嘴损曲线版(图图12-11)上查得应选水嘴的大小及个数。上查得应选水嘴的大小及个数。iwqchp(2)水嘴调配水嘴调配指示曲线法：指示曲线法：图图12-13 水嘴调配水嘴调配1) 按井下配水管柱按井下配水管柱(常用偏常用偏心管柱心管柱)进行分层测试，并进行分层测试，并整理测试资料，实测井口压整理测试资料，实测井口压力绘制

25、各层段指示曲线；力绘制各层段指示曲线；2) 根据分层配注量根据分层配注量 要求，在层段指示曲线上求出要求，在层段指示曲线上求出相应的井口分层配注压力相应的井口分层配注压力 ；3) 按实际情况确定井口注入压力按实际情况确定井口注入压力 ；iwqiwhpiwhp4) 求出井口水嘴损失求出井口水嘴损失5) 由嘴损曲线求需新调配水嘴由嘴损曲线求需新调配水嘴直径与个数，方法如图直径与个数，方法如图12-13所示，在嘴损曲线上，先由目所示，在嘴损曲线上，先由目前注水量前注水量 作一垂线与目前作一垂线与目前已下水嘴直径已下水嘴直径线相交，由此线相交，由此交点作一水平线交嘴损压力轴交点作一水平线交嘴损压力轴于

26、于a点；当需将水嘴调小时点；当需将水嘴调小时( )，向上量取，向上量取 线线段长得段长得b点，过点，过b点作一水平线与过点作一水平线与过 的垂线相交，交的垂线相交，交点处的水嘴直径与个数，即为新调配的水嘴。点处的水嘴直径与个数，即为新调配的水嘴。 iwhiwhchppp0iwq0d0iwqiwqchpiwq当需将水嘴调大时当需将水嘴调大时( )，则应向下量取，则应向下量取 线段长。线段长。经验法调配水嘴用下式求水嘴直径经验法调配水嘴用下式求水嘴直径式中式中， 分别为目前注水量和新调配注水量，分别为目前注水量和新调配注水量， ，d分别为目前水嘴直径与新调配水嘴直径，分别为目前水嘴直径与新调配水嘴直径，mm； b层段系数，一般加强层取层段系数，一般加强层取1.1，控制层取，控制层取0.9。0iwqiwqchpiwoiwqqbdd00iwqiwq0d四、四、 检查