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中石油注水驅替技術概述

發布日期:2015-04-17  來源:立方石油網 瀏覽次數:707
核心提示:破解技術密碼:突圍水路油長流注水開發是保持油層壓力,實現油田高產穩產和改善油田開發效果經濟、成熟、具潛力的方法。在
破解技術密碼:突圍水路油長流

注水開發是保持油層壓力,實現油田高產穩產和改善油田開發效果經濟、成熟、具潛力的方法。在我國油田儲集層中,92%為陸相碎屑巖沉積,非均質性強。為加強中、低滲透層注水,提高水驅開發效果,分層注水技術是油田開發系統的主攻方向之一。

注水工程是一門融合多學科的系統工程,涵蓋油藏工程、注水工藝、調剖調驅和地面工程等領域。注水技術的發展,是油田開發系統整體技術水平的體現。

在油藏工程方面,中國的注水開發油田大多采用內部切割注水方式開發。在中、低含水階段,由一套基礎井網進行開發,合注合采,主要對象是油層中分布比較穩定、滲透率和生產能力較高且有一定儲量的主力油層,同時適當兼顧其他油層。注入水主要進入高滲透層,導致高滲透層動用較好,而中、低滲透層動用較差或基本未動用。為解決層間干擾問題,油田開發系統開展了分層注水研究,以調整層間差異性影響。油田開發進入高含水期后,主力油層含水高,單純依靠井筒內的多層段分注,已不能很好解決中、低滲透層的動用問題,于是,油田廣泛地進行了開發層系細分和井網加密調整。油田開發進入特高含水階段后,剩余油呈現高度分散、局部富集的特點,厚油層內部及薄差層剩余油則成為挖潛重點,在精細油藏描述的基礎上發展新的分注工藝成為主要方向。

在分層注水工藝技術方面,多年來,為滿足油田不同開發階段的技術需要、解決油田開發層間矛盾、實現高效有效注水,技術創新的腳步從未停歇,進適用技術層出不窮。

從固定式分層注水工藝、活動式分層注水工藝、偏心分層注水工藝、液力投撈分層注水工藝、同心集成分層注水工藝等一系列注水技術,發展到目前的“橋式偏心+電纜測調”分注技術,技術的不斷進步帶來經濟效益和社會效益顯著提升,為油田實現可持續發展奠定基礎。目前,國內油田的分層注水技術,無論在技術水平、細分程度還是應用規模上都達到了很高的水平,處于國際領地位。

以橋式偏心和電纜直讀測調為代表的分層注水工藝技術的規模應用,大幅提高了注水井的測調效率,滿足了常規注水井的開發需要。目前,隨著水驅油田進入高含水開發后期,井筒完井方式加多樣化,已經發展到大斜度井、深井、高溫高壓井和低滲透油藏、疏松膠結油藏等,同時,油藏研究對井下分層參數長期連續監測的需求不斷提高。由此可見,發展適應大斜度井、深井、高溫高壓井、低配注量井、出砂井的分層注水工藝技術,將是分層注水今后的發展方向。此外,研究分層注水實時監測與控制技術,提高對生產過程的監測和控制水平,實現油藏高水平開發和生產優化,提高水驅油田開發效果,進而提高水驅采收率,也是未來攻關的主要方向。

我國的油藏以陸相沉積儲層為主,儲層非均質性強,加之長期注水開發,水流沖刷造成微粒運移、出砂等,久而久之就會在地下形成水流優勢滲流通道,使注入水大部分順著通道流走了,水驅效率越來越低。目前,大約注6立方米至7立方米的水,才能換取1噸油,代價很大。為解決注水低效無效循環的問題,深部液流轉向與調驅技術應運而生。利用化學劑堵住水流優勢滲流通道,再進行注水,水就會向其他地方流去,即擴大了波及體積,從而為提高水驅效率打下基礎。目前,在深部液流轉向與調驅技術方面,相對于國外機構的零散研究,我國在這方面的研究是系統、深入的,技術水平國際領,形成了針對不同類型油藏的分級調驅擴大波及體積、提高水驅效率技術,多個油田應用均見到良好的增油降水效果。

隨著注水開發的不斷深入,儲層非均質性逐漸加劇,油水關系變得為復雜,剩余油分布加零散,在提高精細水驅效率方面,深部液流轉向與調驅技術變得越來越重要、越來越關鍵。無論是對儲層宏觀、微觀的非均質刻畫,還是對油水關系和剩余油分布的研究,甚至對調驅新體系的研發上,我們都遇到了許多困難,且研究難度不斷增大。這要求我們不斷努力,超前儲備諸如智能調驅等新技術,為開發后期精細有效注水提供技術保障。

◆創新技術

非接觸智能分層注水技術

大慶油田非接觸智能配注

【研發單位

大慶油田采油工程研究院

【技術描述】

非接觸智能分層注水技術,將壓力流量監測、控制調整系統置于井下智能配注器中,比對單層流量與配注量,發送指令實現井下全自動測調。其優勢在于:自動化——無需人工參與,節省測試班組;單層流量超出設定誤差范圍后,可進行自動調整。非接觸式——利用智能測控儀把井下監測數據傳至地面。這項技術可使注水合格率長期保持90%以上。

【適用條件】

這項技術適用于層間矛盾突出、層段壓力變化頻繁等注采關系復雜區塊的精細分層注水。特別是新開發投產區塊,基礎資料少、井下情況認識不清晰,應用這項技術可對井下壓力、流量數據進行2年至3年的連續監測。

【預期效果】

通過6口井的現場試驗,實現了注水井生產數據連續監測、流量自動測調、歷史數據非接觸上傳。試驗共錄取井下壓力、流量、溫度等監測數據12.6萬組,單層流量配注精度控制在10%以內。通過分析采集數據,制定井組匹配調整方案,層段注水平均合格率91.3%。(記者王志田 通訊員蔡萌)

層內精細分層注水

【研發單位】

長慶油田

【技術描述】

層內精細分層注水是解決油田開發中平面矛盾、層內矛盾和層間矛盾的新型技術工藝。實施層內精細分層注水,可以大限度地發揮油藏的地質潛能,實現注水效率大化。層內精細分層注水,是為油層單開“水道”,徹底消除了傳統注水中的“大鍋飯”現象。華慶油田主要開發層系為三疊系長63,通過層內精細分層注水,由原來的3個小層細分為目前的9個小層,確保有效注水。

【適用條件】

層內精細分層注水適用于多層系、多層段油藏,且各層系、層段的吸水能力差異大。在這種油藏中,如果采用一根油管的合注工藝籠統注水,一個大的油層段會由于局部構造上的差異,導致吸水出現“饑飽”不均的現象。

【預期效果】

層內精細分層注水,使華慶油田的水驅動用程度和壓力保持水平分別由2010年的50.5%、80.2%提升到目前的70.8%、92.1%。被列為集團公司分注示范區的白153區塊,分注率達93.7%,相比2010年,自然遞減率下降3個百分點。(記者楊文禮 通訊員黃慧)

分層注水實時監測與控制

【研發單位】

中國石油勘探開發研究院

【技術描述】

油田現有分層注水測調工藝能基本滿足生產作業需要,但不具備實時監測和調配等功能,不能輔助認識油藏。分層注水實時監測與控制技術是將流量監測、壓力監測、溫度監測和流量控制集成一體,形成可實時監測和控制的一體化配水器。長期置于井下,可實現井下分層參數的實時監測和配注量的自動測調。

【適用條件】

目前,這項技術適用于井深1500米以內的注水井,井下壓力小于40兆帕,環境溫度低于85攝氏度,分層流量范圍每日5立方米至60立方米。

【預期效果】

目前,預置電纜式分層注水實時監測與控制技術和可投撈式分層注水實時監測與控制技術,在大慶和吉林油田開展了4口井現場應用,實現了井下溫度、嘴后壓力和流量的實時監測和配注量自動測調,獲取了井下長期連續數據。(通訊員賈德利)

水平井與直井聯合井網重組

【研發單位】

大港油田采油六廠

【技術描述】

常規直井和水平井控制泄油面積的差異,導致兩種井型滲流規律不同。常規井的注采井網組合方式不完全適用于水平井注采井網,需要針對水平井部署區塊的井網特點,開展水平井與直井聯合井網重組技術研究。

【適用條件】

這項技術適用于水平井和直井在同一開采單元同時開采的區域。隨著水平井的日益增多,老油田注采井網不完善的矛盾日益突出。在這樣的區塊,就需要采用水平井與直井聯合進行注采井網重構以提高采收率。

【預期效果】

通過實施此項技術,預計可提高采收率1.5個百分點,減緩自然遞減率2個百分點,對老油田特高含水期綜合調整具有重要參考價值。(記者李建 通訊員趙學勇)

雙臺階水平井分層注水

【研發單位】

塔里木油田油氣工程研究院

【技術描述】

雙臺階水平井分層注水工藝是一套分層酸化、分層注水一體化同心分層注水工藝,解決了雙臺階水平井分層注水、分層酸化的難題。作業時,將起出原井管柱,之后對不吸水的薄砂層油藏2號層單獨酸化,后下入分層注水管柱。

雙臺階分層注水技術,不僅能夠在超薄油層中有較長的注水段,而且實現了對兩個開發層系同時注水。

【適用條件】

適用于埋深超過5000米的超深、超薄、大面積、儲量豐度特低的邊水層狀油藏。

【預期效果】

歷經1個多月的現場施工試驗,11月16日,雙臺階水平井分層注水技術在哈得1-H34井一次性試驗成功。此項技術試驗成功,填補了國內外超深、雙臺階水平井分層注水工藝的空白,為哈得油田雙臺階水平井分層注水創造出合適的技術,為大幅提高儲量動用程度提供了技術保障。(記者高向東)

高溫分注技術

【研發單位】

華北油田鉆采工程部、華北油田采油工程研究院

【技術描述】

高溫分注技術是針對高溫井中常規分注封隔器容易出現密封橡膠老化、密封性不嚴、壓縮形變,剛體易被磨損、腐蝕,洗井閥密封面易受雜質影響等問題,采取的適合深井、高溫地層的分注技術。

新研制的系列封隔器的膠筒、密封件,均采用氫化丁腈橡膠;所有零部件均采用鎳磷鍍防腐處理;封隔器的反洗閥,采用線密封及自動回位機構。新封隔器承壓差由25兆帕提高到50兆帕,耐溫由120攝氏度提高到150攝氏度。

【適用條件】

在井深超過3000米、溫度高于100攝氏度的情況下,高溫分注設備所采用的密封橡膠,可高到150攝氏度極限條件不出問題。高溫分注設備所采用的剛體,在同等溫度條件下,其抗腐蝕和耐磨性優于其他常規分注設備。

【預期效果】

華北油田在大井斜59.3度、大井深3590米、高井溫127攝氏度的條件下,實現密封合格率98.9%、測調合格率93%。(記者李長開 通訊員夏健)

大斜度井分層注水技術

【研發單位】

冀東油田、中國石油勘探開發研究院

【技術描述】

大斜度井分層注水測調效率較低,影響開發效果。為此,冀東油田與中國石油勘探開發研究院聯合開展基于偏心閥結構和單層直讀測試的橋式同心分層注水工藝技術研究,配水器與井下儀器同心對接、同心測調,免投撈配水堵塞器。

配水器漏失小,22兆帕壓差下漏失僅為每日0.5立方米,且調節加容易。在測調方面,采用電動雙皮囊設計,保證儀器在大斜度井中居中、集流測試,實現單層直接測試,避免遞減法產生的誤差,進而提高小水量的測試精度。在封隔器驗封方面,采用三壓力傳感器驗封,皮囊密封狀態可監測,一次下井可完成全部驗封作業。

【適用條件】

目前,這項技術適用于井斜60度以內、單層注入量每日5立方米以上、溫度135攝氏度以內、壓力60兆帕以下的大斜度井的分層注水和測調。

【預期效果】

今年年初以來,這項技術在冀東油田進行5口井現場試驗,在吉林油田進行2口井現場試驗,大井斜55.11度,高溫度135攝氏度,高壓力51兆帕,小注入量每日10立方米。經過不斷完善,目前工藝對接成功率,分層流量測試誤差5%以內,井深3000米、3層段注水井測調時間控制在1天以內,測試精度和測調效率得到提高。(記者朱米福 通訊員韓晶)

分級調驅技術

【研發單位】

中國石油勘探開發研究院

【技術描述】

分級調驅提高水驅波及效率技術(簡稱分級調驅技術), 即把儲層中的優勢流動通道按照發育程度及對水驅效果的影響進行分級,并針對不同級別的優勢流動通道研制和應用相應的調驅劑新材料。將這些新材料優化組合后注入,持續改變和調整水驅方向,把擴大波及系數落到有效波及上來,從而提高注入水利用效率。

【適用條件】

非均質水驅開發油田存在不同級別的水流優勢通道,導致注入水無效或低效循環,注入水利用率低。分級調驅技術可有效解決這一問題,是提高水驅波及效率的有效手段。

【預期效果】

目前,這項技術在新疆礫巖普通稠油、大港砂巖高溫稀油、遼河砂巖高凝油、華北砂巖普通稠油、青海砂巖高溫高鹽稀油等不同類型油藏進行了礦場試驗應用,提高采收率3個至6個百分點,見到明顯的增油降水效果。

以新疆六中東礫巖普通稠油油藏T6032井區為例,這個區注入水指進、舌進現象嚴重,含水上升快、穩產難度大,項目施工前采出程度25.5%、含水 80.8%。根據分級調驅技術理念,采用聚合物弱凝膠攜帶SLG大顆粒和不同粒徑的SMG微凝膠顆粒段塞優化組合、交替注入,井區日產油由25噸提高到75噸,含水下降20%以上。(通訊員吳興才)

◆我國分層注水工藝發展歷程

我國油田的分層注水工藝及配套測調技術歷經60多年發展,配水工藝從籠統注水發展到分層注水,從起下管柱調整發展到投撈水嘴調整、地面直讀測調,資料錄取從單參數發展到多參數、從卡片畫線發展到電子存儲、地面直讀。分層注水工藝管柱從固定式分層注水、活動式分層注水、常規偏心分層注水,發展到同心集成分層注水、橋式偏心分層注水,配套測調技術從鋼絲投撈發展到電纜直讀測調。

20世紀60年代至80年代

大慶油田開發初期,油田注水采取籠統注水的方式,出現了主力油層“單層突進”“過早見水”的問題,拉開了分層注水的序幕。

在這個階段,油田主要采用固定式分層注水工藝管柱,由K344型封隔器和固定式配水器、球座等井下工具組成,并于1964年至1974年在油田廣泛應用,緩解了注入水單層突進,控制了油井含水上升。

固定式分層注水工藝首次實現了多層段定量注水。由于固定式配水器中的水嘴無法換,因此在調整層段注水量時,必須將注水管柱起出,作業工作量很大,且沒有形成配套的分層測試工藝。

20世紀60年代后期,隨著油田含水上升,需要不斷調整各層注水量以保持注采平衡,并由此研制出活動式配水管柱。水嘴裝配在堵塞器上,換、調整水嘴時,用鋼絲投撈堵塞器即可。

20世紀80年代至90年代

活動式分層注水技術的使用受級數限制,且存在投撈堵塞器工作量大、不能進行注水剖面測試等問題。20世紀80年代初,為滿足注水井多段分注需要,研制出偏心式分層注水工藝,較好地解決了封隔器驗封和壓力、流量測試問題,使分層注水技術達到比較完善的程度。

偏心分層注水管柱主要由Y341型封隔器、偏心配水器和球座組成,配水器采用偏心結構,以保證注水管柱中心通徑,可實現任意層段投撈堵塞器調換水嘴,可進行同位素吸水剖面測試。

20世紀90年代至今

20世紀90年代,油田開發井網層系進一步調整,為實現小卡距層段細分,研究出以集成式配水封隔器為核心的同心集成分層注水技術。這項技術采用配水器、封隔器一體化設計,單級配水封隔器能夠滿足兩個層段注水、各層段同步測試,可采用鋼絲或液力投撈方式進行測調。

集成式分層注水技術可實現小卡距井的分層注水,測試工藝能在同一工況下進行,削弱了層間干擾的影響,測試精度高。但是,它能實現的分注級數有限,測調、驗封需采用特殊的測試儀器,與現有測試工具不兼容。

隨著分層注水井數的逐年增加,測試調整工作量越來越大。油田開發后期,層間矛盾加劇導致偏心注水測調效率低。20世紀90年代后期,橋式偏心分層注水技術的出現,實現了分層流量和壓力的直接測試。

橋式偏心分層注水管柱由Y341型封隔器、橋式偏心配水器及球座等組成配水器并帶有橋式通道,可實現在測試單層流量和壓力時,不影響對其他層段的正常注入。橋式偏心分層注水工藝實現了流量單層直接測試,避免了常規測試采用遞減法帶來的疊加誤差,提高了測試精度和效率,測壓效率相對常規偏心提高2倍以上。

目前,“橋式偏心+電纜測調”因其在測試方面的優勢,已成為我國油田注水井的主體分注技術,并不斷改進完善配套,向精細化、工藝簡化、智能化方向發展。(通訊員楊清海)

◆前沿攻關

探索仍在繼續,創新沒有終點。未來10年甚至長時間,在精細注水領域會出現哪些革命性技術?又能解決哪些瓶頸問題?

同井注采工藝技術

高含水老油田開發后期,采出液量急劇升高,地面水處理矛盾加突出,能耗大幅上升,設備投入和運行費用不斷增加。井下油水分離是解決這些問題的有效途徑。通過井下油水分離,將油井舉升系統進行改進并與油水分離工藝相結合, 對產出液進行井下油水分離。分離出的水直接回注到注入層,分離出的富油流則被舉升至地面,實現在同一生產井筒內注水與采油工藝同步進行。

同井注采關鍵技術包括:井下高效旋流分離技術、同井注采管柱與工具、井下監測與控制技術和同井注采層系匹配技術。這項技術一旦取得突破,將實現特高含水井高效節能、安全環保生產,可保持產油量穩定,地面產水降低75%以上,終顛覆傳統油田注水開發模式,實現注采合一。

井下實時監測與控制的油藏工藝一體化技術

通過在重點區塊、重點井布置多層段注水井實時監測與控制工具,實時獲取注水井的分層溫度、嘴后壓力和分層流量等數據,與對應的油井監測技術配套使用,進一步了解油藏動態變化過程,并在此基礎上實現油藏工程一體化。同時,在地面配套無線數據傳輸,在中央處理室可以實現對各注水井隨時監測和調配。

未來20年,分層注水工藝技術、分層采油工藝技術、油藏工程及地面信息處理等技術將緊密結合,油田數字化水平將得到極大提高。

無線傳輸井筒控制技術

目前,注水井測調主要通過電纜實現,一種是通過測調車下入井下儀器實現測調,一種是通過隨管柱下入預置電纜實現井下與地面通信。

下一步,井下分層注水技術將向自充電、井下信號無線傳輸方向發展。通過自充電保證井下能量,通過壓力波、聲波、電子標簽等無線通信方式,實現井下信號的雙向無線傳輸。在這種情況下,無需電纜就可以快速實現井下信息監測和配注量自動測調,大幅度提高測調效率和準確度。

智能調驅技術

在注采井間,如何讓注入水有效波及未水洗或弱水洗的區域和相對分散的剩余油,是未來水驅開發的難題。智能調驅技術在此背景下應運而生。智能調驅技術強調注入水在注采流場中的導向性和可控性,是多學科的系統集成技術。

未來,智能調驅技術攻關方向主要包括以下三個方面。

一是智能調驅材料。目前,可基本明確的研究方向有:水油比自控制粒徑變化的分散性微凝膠顆粒,自修復凝膠體系,活性納米智能分散和聚集調驅體系。

二是高含水期儲層再認識(精細描述)技術。這項技術將現有的儲層描述技術尺度進一步微觀化,對不同類型、級別的水流優勢通道定量描述,研究微觀形態剩余油貯存特征及其優的啟動機制。

三是機理研究及數學模型建立。建立不同智能材料作用機理的物理模擬方法及在此基礎上的數學模型,并研制配套軟件。

智能調驅技術的突破,可使進入開發后期的油田提升經濟開采價值。這項技術基本成熟預計需要10年時間,但發展過程中的每一步進展都將帶來油田水驅開發水平的不斷提升。

 
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