分层注水管柱及工作原理分析,目 录,分层注水简介,1 第一章,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量得到加强，使各类油层都能发挥作用。,分层注水概念,当注水开发多油层非均质的油田时，由于油层渗透率在纵向上和平面上的非均一性，注入水就沿着高渗透层或高渗透区窜流。而中低渗透层或渗透区却吸水很少，从而引起一系列矛盾即层间矛盾、平面矛盾及层内矛盾。 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，有利于提高储层动用程度和油田的最终采收率。,分注的目的,国内外分层注水发展现状,国外油田如美国、俄罗斯在注水尤其是分注技术方面研究较早，目前处于世界的前列。据有关技术文献报道，他们的注水在工艺技术上形成了一整套适合不同油田特点的系列分注工艺，在分注配套工具上，分注封隔器、配水器等配套工具都已经标准化、规格化、系列化。总体上已经由原来的定压注水向定量注水转化，定量注水技术已经非常成熟，现场应用也取得了相当的技术水平和经济效益。,国外现状,国内外分层注水发展现状,国内油田如大庆、胜利、冀东、江汉等油田，经过多年的技术研究，各自研制了适合本油田特点的分注工艺技术，分注工具基本配套、完善。 华北油田注水工艺的研究应用与实施伴随油田开发的全过程已经历史较长，根据华北油田深井及高温等不同区块的特异性，分注工艺技术及井下工具的应用也已成熟并普遍推广应用。,国外现状,分层吸水能力测试方法,2 第二章,分层吸水能力可用指示曲线、吸水指数、视吸水指数等指标表示，还可以用相对吸水量来 表示。 相对吸水量：在同一注入压力下，某一层吸水量占全井吸水量的百分数，用来表示各小层相对吸水能力的指标。 分层注水指示曲线：注水层段注入压力与注入量的相关曲线。指示曲线的形状主要取决于油层条件和井下配水工具的工作状况。,目前分层吸水能力的测试方法主要有两类：一类是测定注水井的吸水剖面；另一类是在注水过程中直接进行分层测试。 测定注水井的吸水剖面：用各层的相对吸水量来表示分层吸水能力的大小。 直接进行分层测试：用分层测试整理分层指示曲线，求出分层吸水指数来表示分层吸水能力的好坏。,测试方法一：放射性同位素载体法测吸水剖面,将吸附有放射性同位素（比如Zn65）离子的固相 载体加入水中，调配成一定浓度的活化悬浮液，在 正常注水条件下将悬浮液注入井内，悬浮液将按井 筒剖面的原有吸水能力按比例进入各注水层。由于 固相载体颗粒直径稍大于地层孔隙，因此可被滤积 在岩层表面，而清水进入深处。另外，固相载体能 均匀悬浮且有牢固吸附性，所以吸水量大的层岩层 表面滤积的固相载体就多，仪器测得的放射性强度 就大，反之则小。地层的吸水量、对应射孔井段滤 积的载体量、放射性强度三者之间成正比关系。,测全井指示曲线 就是井下各注水层段在该井下管柱条件下同时吸水时，注入 压力和全井吸水量的关系曲线。 测分层指示曲线 方法是先投小球入井，小球坐在最下一级球座上，将最下一 层封住（图中第3层），然后对其上1、2层进行测试，每个注水 压力点应与全井测试时相同；其次投入第二个球将第2层封住， 便可测得第1层的资料。依此类推，根据分注层数的数量，需从 下到上逐级投入由小直径到大直径的球，进行测试。,测试方法二:投球法分层测试,资料整理 投第一个球后的注水量为第1层和第2层注水量之和，投入第二个球之后的注水量为第1层的注水量。全井注水量是1、2、3三个层段同时吸水时的注水量。 第层段注水量=投最后一个球后测得的注水量 第层段注水量=(投第一个球后的注水量)(投第二个球后的注水量) 第层段注水量=(全井注水量)(投第一个球后的注水量),测试方法二:投球法分层测试,分层注水管柱结构,3 第三章,分层注水管柱按配水器结构一般分为三类，即固定配水管柱、 空心配水管柱、偏心配水管柱。固定配水管柱目前已不常用。主要是偏心配水管柱、空心配水管柱两类。偏心配水管柱是使用最广泛的配水管柱，空心配水管柱在许多领域又有新的发展。,偏心配水管柱,结 构 由扩张式封隔器和偏心配水器等构成。 技术要求 （1）各级配水器的水嘴压力损失必须大于 0.7MPa,以保证封隔器坐封； （2）各级偏心配水器的堵塞器编号不能搞错， 以免数据混乱，资料不清。 存在问题 扩张式封隔器的胶筒不能适应深井高温要求。,偏心配水管柱（ I ）,偏心配水管柱,偏心配水管柱（ II ）,结 构 由压缩式封隔器和偏心配水器等构成。 技术要求 （1）筛管应下在油层以下10m左右； （2）因各级封隔器的解封销钉直径和解封负荷是从上到下逐渐减少，所以封隔器应按编号下井，否则造成解封困难； （3）各级偏心配水器的堵塞器编号不能搞错。,空心分层注水管柱,空心分层注水管柱可分为深井分层注水管柱、深井双向锚定分注工艺管柱、空心配水斜井分注管柱及液力投捞组合式斜井分注管柱等多种类型。,结 构 该管柱主要由可洗井封隔 器、空心配水器、球座等井 下工具组成。,深井分层注水管柱,空心分层注水管柱,工艺特点 （1）根据工艺要求可以组成一级两段、两级三段分注工艺管柱。 （2）投捞的成功率较高，通过来自现场的资料，成功率达到90%以上。 （3）封隔器具有反洗井通道，能够在封隔器不解封的情况下进行反洗井。 （4）调配时投捞次数较多，不能实现单独任意层的投捞调配。,深井分层注水管柱,技术指标,深井分层注水管柱,结 构 该管柱主要由SLY241115型封隔器、防定卡瓦,空心配水器、挡球等井下工具组成。 工艺特点 （1）利用防顶卡瓦、Y241型封隔器组合来双向锚定管柱，限制其蠕动，延长管柱使用寿命； （2）具有反洗井功能； （3）封隔器耐温140、承压差35MPa。,深井双向锚定分注工艺管柱,结 构 该管柱由斜井注水封隔器、任意转向短节、液力锚定扶正器、空心活动配水器等组成。 适应条件,空心配水斜井分注管柱,技术要求 验封 单级验封过程是提起球棒，油管憋压观察套管溢流情况，判断封隔器是否坐封。双级验封过程是提出球棒，下压力计，油管憋压，根据压力曲线变化情况，判断封隔器坐封情况。 注水调配 下级配水芯子由压送器送入，以保证通过上部配套工具内孔。打捞时，下入液力打捞器于配水器芯子中，由套管反憋压冲动后，由试井钢丝捞出。更换管柱时，直接上提管柱解封封隔器，起出管柱。,空心配水斜井分注管柱,结 构 主要由HNY341115C型配水封隔器、HNY341115C型封隔器、缓冲器、扶正器、连通器和KHD114型配水器芯子组成。 适应条件,液力投捞组合式斜井分注管柱,技术要求 坐封封隔器 配水器芯子装死嘴从井口投入，依靠注水力量投送，坐到配水封隔器上后，继续升高压力，坐封封隔器，并打开底部注水层对应的连通器。 调配水嘴及分层测试 通过反冲，将配水器芯子冲出，井口捕捉，取出死嘴调换合适水嘴，同时将3支小直径流量计放入芯子内，然后把芯子投入井内，坐到配水封隔器上之后，注入水通过3个水嘴对3个地层注水，同时3支电子存储式井下流量计工作，测试分层水量。通过控制35个压力点测试不同压力下的分层注水量。,液力投捞组合式斜井分注管柱,技术特点 （1）工艺适用于124mm套管井23个层段的注水。最小卡距可以控制在1.2m，可实现小卡距的细分注水； （2）通过液力投捞实施注水量的调配，测试工艺简单； （3）更换配水器芯子时，一次可完成3个层段注水量的测试和调整。,液力投捞组合式斜井分注管柱,分层注水工具及其工作原理,4 第四章,封隔器,工作原理 从油管内加液压，当油管内外压差达0.50.7MPa，液压经滤罩，下接头的孔眼和中心管的水槽，作用于胶筒的内腔，使胶筒胀大，密封油套管环形空间。放掉油管内的压力，使其油管内外压差低于0.50.7MPa时，胶筒即收回解封。,1-下接头；2-滤网罩；3-中心管；4-胶筒； 5-硫化芯子；6-胶筒座；7-O形胶圈；8-上接头,K344型封隔器,封隔器,工作原理 按施工设计将封隔器管柱下到设计 位置后，上提一定解封距，从油管内 加液压，液压经中心管小孔传入扩张 式胶筒内，将胶筒撑开，稳压下放管 柱，即可坐封。解封时直接上提管柱 就可以实现解封。,K341115型封隔器,封隔器,工作原理 该封隔器上下各两个胶筒，中间有一个爆破阀。将封隔器下到预定位置后，上提管柱，下测试球杆，将油管密闭。从油管打压，液体从油管进入活塞室，推动活塞上行，坐封压力达20MPa，钢体压缩胶筒使其密封油套环空。继续打压22MPa时，封隔器爆破阀破裂，根据油管内压力变化情况可以判断封隔器密封性，即停止打压。油管内压力保持不变，说明封隔器密封良好，如果油管内的压力下降，不能保持稳压，则说明封隔器不密封。,Y341115型自验封封隔器,封隔器,Y241115型封隔器,工作原理 坐封 向油管内打压，液体从内中心管的传压 孔进入活塞缸，推动控制活塞下行，锁块离位， 连接体与外中心管脱开，连接体上行推动卡瓦伸 出卡瓦套，卡瓦卡住套管，建立支点。下放管柱 压缩胶筒。连接体通过活塞套带动锁环上行，锁 环与锁套的倒齿扣咬合在一起，形成自锁。 洗井 从套管打压，缓慢打开套管洗井阀门， 便可洗井。 解封 将管柱提到原悬重后，继续上提管柱， 胶筒恢复原状，封隔器解封；同时，外中心管带 动锥体上行，锥体收回卡瓦，封隔器解卡。,配水器,KHD-110型空心配水器,工作原理 KHD-110型空心配水器由油管加液压，液压经水嘴作用在阀上，阀压缩压簧，离开阀座上行，阀启开，高压水经油、套管环形空间后注入地层。配水器按芯子大小排列，分甲、乙、丙和丁。,配水器,KHD-110型空心配水器,配水器,KHD-110新型空心配水器,工作原理 KHD-110新型空心配水器由油管加 液压，液压经水嘴作用在阀上，阀压缩 压簧，离开阀座上行，阀启开，高压水 经油、套管环形空间后注入地层。新空 心配水器具有单流作用，可有效防止停 注后通过配水器发生层间窜注。设计将 盘根改在本体上，投捞不掉盘根。 配水器按芯子大小排列，分甲、乙、 丙和丁。,配水器,KHD-110新型空心配水器,配水器,KHD-110新型空心配水器,配水器,空心液力助捞器,空心液力助捞器是专门为空心分注设计的投捞工具，空心液力助捞器（KKTLQ）目前在现场应用较好，投捞成功率较高。 由于空心分注所采用的封隔器为Y341- 115型封隔器，它具有可大排量反洗井的功 能。空心分注的投捞相应采用的是液力助捞 的方法，即用空心助捞器捞住空心配水器芯 子，靠液力反冲的办法将配水芯子活动并冲 出配水器工作筒，用试井钢丝将配水器芯子 打捞至地面。在多年的打捞过程中，经过对 空心打捞器的多次修改、完善和配套，形成 了目前所应用的震击打捞，从现场打捞情况 看，打捞的成功率较高，达到90%以上。,配水器,滑道式配水器,工作原理 配水器在下井过程中内套和中心管处于 密闭状态，配水器下到预定位置后正打压， 在压力作用下外套剪钉剪断，内套开始向上 移动，并同时推动滑钉沿着第一道短轨道运 动，停止打压后在弹簧的作用下滑钉自动被 推入第二道短轨道，第二次打压，滑钉沿着 第二道短轨道运动，停止打压后在弹簧的作 用下滑钉自动被推入第三道长轨道，此时进 入正常配水状态。第三道轨道较长，滑钉运 动空间增大，在压力作用下内套上行，中心 管出水孔与油套连通，注入水由油管通过芯 子的水嘴进入油套环空注入地层。,配水器,地面定量配水器,结 构 由壳体、滤网、支坐、定量机构等组成。 工作原理 注入水经配水器壳体、滤网到达定量机构，首先进入滤网进行过滤，然后进入定量水嘴，流向油管或套管注入地层。地面定量配水装置的关键部位是定量配水芯子，它不受注水压力波动的影响，起到定量配水的目 的。 其进口压力为P1 ，即注水压力；喷嘴内压力为P2 ；出口压力为P3，即地层压力；P=P1-P3。当P1=P3时无流量，P1P3时无实际意义，不考虑。P