提高水井分注测试成功率配套技术研究与应用

许国晨，刘晓文

（中国石化华东油气分公司泰州采油厂，江苏 泰州 225300）

分层注水是实现均衡水驱的重要技术手段[1-2]，苏北复杂断块油田主要应用同心分注测调一体化技术，相较于传统偏心投捞工艺，极大提高了分层测试施工效率，实现了提质增效[3-6]。近年来，受产出水处理回注、井下出砂、地面管理等因素的影响，致使井筒状况愈加复杂，测试仪器无法到达指定位置，另外，还存在部分井分层注水量调配难度大的问题。目前电缆携带测试仪器下井测调仍为各油田主流分注测试手段，行业内针对注水管柱内不清洁问题试验了小直径连续油管冲洗清垢[7]、替酸酸浸等方法，能够达到清洗注水管柱的效果，但存在连油作业施工费用高以及酸洗损伤井下工具的问题。电缆携带机械或机电通管工具进入油管内部进行处理也可清理注水管柱内壁[8]，但无法在油管内部形成洗井循环通道，清洗不彻底。另外，近年来在苏北复杂断块油田研究试验了无缆智能分注技术[9]，无需下入测试仪器，依靠压力波传送指令和反馈数据，避免测试仪器遇阻，该工艺受限于单井设备成本太高，无法大面积推广应用。

为了提高同心分层注水井测试成功率，结合苏北复杂断块油田注水情况，从保持注水管柱清洁与降低层间级差两方面出发，设计应用小接箍空心抽油杆，冲洗井下注水管柱，实现不动管柱恢复分层注水测试；改进配水器结构，增加单流功能防止地层返吐；改进化学防砂技术治理注水井出砂；实验设计了适应苏北复杂断块地质条件的聚丙烯酰胺-有机铬冻胶调剖体系来缓解层间矛盾，降低分层注水量调配难度。2022 年各项配套技术累计应用13 井次，措施井后续测试成功率达100%，同心分层注水井整体测试成功率由74.4 %提升至84.4 %，总体形成了标本兼治的低成本配套治理技术，降本增效的同时实现精细化注水。

1 同心分层测试成功率低原因分析

同心分层测试成功率低主要原因为测试仪器遇阻，占比78.3%。受注水管柱内部不清洁影响，仪器无法达到指定位置，分层注水井检管作业中发现，CX、GZ 区块仪器遇阻主要原因为井下管柱及工具内壁结垢、油污附着沉积致使通道缩颈，NH、JG、C8 区块仪器遇阻主要原因为地层出砂进入注水管柱，尾管及工具串内砂堵。

另外，分注井测试过程中发现部分井受层间大级差影响，分层注水量难以调整到配注要求导致测试失败，占比17.4%。例如GS 区块G1-3 井，采取两级三段同心分层注水工艺，层间矛盾导致分层调配难度大，吸水剖面监测显示（表1），调配后分层吸水差异仍然较大，单靠同心分注工艺无法满足分层配注要求。

表1 苏北复杂断块油田GS区块G1-3井分层注水情况Table 1 Stratified water injection of Well G1-3 in GS block of Subei complex fault block oilfield

2 井筒清洁与调剖技术研究

提高分层注水井测试成功率需从源头抓起，加强水质提升工作，加大注水干线冲洗力度，加强稳定注水管理等工作[10-11]，在持续做好基础工作的情况下，开展保持井筒清洁与降低测调难度配套技术研究。

2.1 井筒清洁技术

2.1.1 空心杆冲洗清管

1）技术方案

注水管柱内通径62 mm，尝试在管柱内部建立一条循环通道，下入空心抽油杆进行通径冲洗。常规空心抽油杆主要用于螺杆泵举升井，其本体外径36 mm，内通径25 mm，接箍外径为50 mm，现场试验其能够形成有效冲击力将管柱内沉积物冲出，但注水管柱底部配水器内通径为46 mm，通径受限，空心杆接箍无法通过。

2）改进方案

在保障连接强度及密封性前提下，将常规空心抽油杆接箍外径加工为44 mm（图1）。该特制空心抽油杆仅需配合第一级配水器至注水管柱最下部这段距离长度即可，上端仍采用常规空心抽油杆，中间变扣连接，充分利用现有材料节省成本的同时实现分层注水管柱通径冲洗。

图1 空心抽油杆冲洗Fig.1 Hollow rod flushing

3）实施方法

分层注水井测试遇阻后，首先，根据水井未动管柱时间、测试情况、注水情况分析小接箍空心杆冲洗免动管柱复注可行性。然后，水井停注扩散压力，下入小接箍空心抽油杆进行通径冲洗。针对结垢较为严重、配水器水嘴开关困难等情况可以利用空心抽油杆实施小体量定点替酸酸浸。小接箍空心抽油杆通径冲洗后，下测试仪器下井对接配水器开关水嘴测试，若测试正常则可不动管柱作业恢复分层注水。利用小接箍空心抽油杆冲洗施工成本低，可有效延长注水井检管周期。

2.1.2 防返吐配水器辅助平稳注水

苏北复杂断块油田注水采用单干管多井注入方式，高低压注水井同干线。而分层注水井普遍注入压力高，井口单流阀维保工作量大，易出现干线停注遇到井口单流阀失效的情况，引起注入水回流、地层返吐，导致地层泥砂等进入管串，造成测试仪器遇阻。

1）改进方案

常规配水器无单流机构，水嘴打开后，油管内外连通，对此设计在配水器水嘴外侧加装一道防返吐结构（图2、图3）。

图2 防返吐配水器Fig.2 Anti backflow water distributor

图3 防返吐结构Fig.3 Backflow prevention structure

2）实现功能

防返吐配水器能够实现停注时，在弹簧力作用下，凡尔球关闭过流通道，防止注入水返吐，减弱高低压层之间干扰，辅助平稳注水，可有效防止地层返吐携带泥沙等进入油管内部。

2.1.3 化学固砂剂固砂防砂

苏北复杂断块油田浅层阜三段油藏储层岩性以粉砂岩、泥质粉砂岩为主，泥质含量较高，岩石胶结差，胶结类型为孔隙式-线接触，扫描电镜显示矿物颗粒疏松接触，粒间孔极为发育，储层易出砂。注水井储层出砂不仅能造成测试遇阻、砂埋管柱，严重时造成储层的支撑结构损坏，导致储层坍塌，挤压套管变形[12]，在做好防返吐以及加强注水管理情况下，固砂防砂工作也很有必要。

传统精密滤砂管结合砾石充填防砂工艺影响分注管柱的下入，并且存在防砂后堵塞问题。新型环氧树脂型化学防砂剂耐介质稳定性和耐温性较高，对细粉砂有较好的适应性，措施后地层渗透率损失小[13]，但室内实验发现，对含油砂样的固结效果不理想，推断可能受油膜影响，需对固砂剂进行改性提升。

1）改性方案

环氧树脂的分子结构中，环氧基团的存在使它具有一定的分子链活性，而含有活性氢的化合物则是在分子链上形成支链结构，这些支链结构可以与其他分子链交联，发生接枝聚合反应，反应生成改性的含有亲水基团羧基、长链亲油基团的环氧树脂，起到降低表面张力，剥离砂粒表面油膜的作用，强化固砂效果。

2）固砂强度试验

取NH 区块砂样做固砂强度实验：砂样粒径中值0.28 mm，泥质含量14.57 %，使用NH 区块原油配制不同体积分数含油砂样，分别使用改性前后的固砂剂固砂，按相同比例混配后在50 ℃水浴环境中固结，按照石油天然气行业标准《化学防砂人工岩心抗折强度、抗压强度及气体渗透率的测定：SY/T 5276—2000》用抗折抗压试验机测试岩心的抗压强度。

试验结果表明，改性后的固砂剂明显提高了固砂强度，含油量越大，提升效果越显著（图4）。针对出砂严重注水井使用改性固砂剂进行治砂防砂施工。

图4 固砂效果对比Fig.4 Comparison of sand consolidation effects

固砂剂用量计算公式：

式中：V1为防砂剂用量，单位m³；A为附加系数（根据出砂严重程度取值1.1~1.5）；R2为防砂半径，单位m；R1为井筒半径，单位m；h1为出砂层厚度，单位m；φ1为出砂层的原始孔隙度，单位%。

2.2 降低分层测试调配难度技术

多层系开发油藏渗透率级差大，层间矛盾大，导致低渗层难吸水，水驱效果差[14]。GS 区块Ⅳ油组渗透率级差达到67.2，层间吸水严重不均，测试调配难度大，水驱开发效果差。

1）技术方案

聚合物溶液在水驱过程中调整吸水剖面、改善油水流度比方面发挥重要作用。聚合物调剖体系的成胶时间与黏度可以根据现场实际需求在措施过程中随时进行动态调整，体系的成胶条件由地面控制，在降低层间矛盾影响，提高采收率方面有较好的效果[15-20]。GS区块为中、高渗油藏，储层温度在80 ℃左右，聚丙烯酰胺-有机铬冻胶调剖体系可适用于GS区块。

2）最佳体系配方研究

采用控制变量的实验方法，针对多种因素（聚合物、交联剂质量分数，环境因素）对冻胶性能的影响进行了实验研究，确定调剖体系最佳配方。主要评价体系的成胶时间和最终成胶强度，评价成胶时间采用落球法、评价成胶强度采用旋转黏度计法/真空压力突破法。

通过实验确定聚丙烯酰胺-有机铬冻胶调剖体系主体成分的最佳配方为：聚合物（0.4%~0.5%）+交联剂（0.35 % ~ 0.4 %）（图5、图6），添加氯化钠（0.3%~0.4%）可提高体系性能（图7），温度影响实验表明GS 区块地层温度能够适用该调剖体系（图8）。

图5 聚丙烯酰胺影响实验Fig.5 Experiment on influence of HPAM

图6 交联剂影响实验Fig.6 Experiment on influence of crosslinking agent

图7 氯化钠影响实验Fig.7 Experiment on influence of sodium chloride

图8 温度影响实验Fig.8 Experiments on temperature effects

堵剂用量计算公式：

式中：V2为堵剂用量，单位m³；Rq为体系在高渗透层前沿的半径，单位m；Rh为体系在高渗透层后沿的半径，单位m；h2为油层厚度，单位m；φ2为油层的孔隙度，单位%；α为高渗透层厚度占地层厚度的百分数；β为方向系数。

3 矿场应用效果

3.1 井筒清洁

3.1.1 空心杆冲洗清管效果

NH2-11、CX3-26、G3-1 井测试过程中出现仪器遇阻状况，起出测试仪器发现表面附着一层硬质油蜡，井下注水管柱内不清洁甚至缩径导致测试仪器到达不了指定位置，3口井距上次作业时间均不足1 a，对此实施小接箍空心抽油杆冲洗施工，清洗干净后测试队重新上井下测试仪器调配水嘴，成功恢复正常注水及分层测试，3口井平均延长检管周期312 d。

采用空心杆冲洗清管单井作业费用仅4.2 万元，相较于动管柱作业单井节省施工、材料等费用10.5万元，相较于连续油管冲洗作业单井节省施工费用9.8万元，降本增效明显。

3.1.2 防返吐配水器应用效果

NH、JG、CX 区块注水井多，且地层易出砂，稳定注水管理难度大，压力波动、注入水回流已加剧了多口井出砂状况，针对易出砂且井口单流阀频繁失效的注水井，检管作业时下入防返吐配水器，配合使用防砂筛管，防止泥砂进入注水管柱内部，分注管柱组配见图9。

防返吐配水器试验应用了5口井，截止到统计之日均正常注入，且能够保障每季度1次的正常分注测试，累计测试22井次，测试成功率100%。

3.1.3 化学固砂剂防砂效果

改性环氧树脂固砂剂设计为A 液、B 液分装送至施工现场，施工准备齐全后按照比例混配乳化，泵送至地层，在地层温度下遇砂固结，施工方便、安全性高。

评价化学固砂效果主要考虑渗透率损失率及后续井筒出砂情况。在2 口分注井C4-3、NH2-19 进行了矿场试验，对比措施前后视吸水指数（表2），渗透率损失控制在10%以内，防砂结束后水井注入正常，未出现高压难注情况。

表2 化学固砂剂防砂效果Table 2 Sand control effect of chemical sand consolidation agent

截止到统计之日，2 口井已正常注水超300 d，分层测试暂未出现仪器遇阻状况。

3.2 聚合物冻胶调剖

地面装置配套关系到堵剂配制质量和能否顺利注入目的层，充分考虑泵注排量、配液速度、堵剂溶胀熟化所需时间等工艺要求，研制了“储水-交替配液”一体化调剖罐（图10），利用文丘里效应研制了射流配液泵实现聚合物与配液水的充分混合（图11、图12），整体形成一套适合单井调剖堵水施工的撬装式调堵设备。

图10 调剖罐Fig.10 Profile control tanks

图11 射流配液泵结构示意图Fig.11 Structure of jet pump

图12 射流配液泵Fig.12 JET pump

储水罐内清水经过射流泵与丙烯酰胺干粉、添加剂混合进入配液罐，交联剂单独加入，启动搅拌机，堵剂体系混配均匀并进行溶胀熟化，熟化后通过配液罐出口进入压注泵注入地层。该撬装式调堵设备能够满足1~6 m³/h 排量的堵剂注入速度，通过交替配液实现堵剂不间断注入。

在GS 区块顺利完成3 口注水井调剖施工，采取调剖措施后继续实施同心分层注水工艺，分层测试调配难度明显降低，后期多次测试各层注水量均能调配到位，提高了测试调配效率，吸水剖面监测显示各层基本满足配注要求（图13），实现均衡注入。另外，区块整体开发效果明显变好，3 个井组年度累计增油2 609 t。

图13 苏北复杂断块油田GS区块GG1井调剖后分注效果Fig.13 Stratified water injection effect after profile control of Well-GG1 in GS block of Subei complex fault block oilfield

为提高同心分层注水井测试成功率而实施的配套工艺技术经矿场验证均取得较好的效果，2022 年苏北油田同心分注测试成功率整体为84.4 %，较2021 年提升10%。现阶段各项技术处于推广期，待其余井普及应用配套工艺技术后测试成功率还有较大的提升空间。前期各项技术单独进行了矿场试验，后期对于井况复杂分层注水井也可多项配套措施结合使用。

4 结论

1）通过矿场应用证明小接箍空心抽油杆冲洗清管能够有效解决测试仪器遇阻问题，能够大幅度降低作业成本并延长分注井检管周期；另外，防返吐配水器与改性环氧树脂固砂剂在保持分注井注水管柱内清洁方面起到良好作用，形成了较为可靠的提高测试成功率配套技术。

2）针对多层系、层间矛盾严重的注水开发区块，先调剖，再分注能够明显降低分注测试调配难度，提高测试效率；聚丙烯酰胺（0.4%~0.5%）+有机铬交联剂（0.35%~0.4%）冻胶调剖主剂体系能够较好地适应苏北复杂断块油藏，改善层间矛盾方面效果良好；配套研制的堵调设备能够满足聚合物冻胶堵剂体系的配制与高效注入，已推广至油田油水井堵调控水增油工程中。

3）做好注水工作是一个综合工程，注入过程中腐蚀结垢问题也严重影响分注井测试成功率，因此加强水质提升、强化注水管理等基础工作也尤为重要，在此基础上还要继续完善配套工艺，使同心分注井的分层测试成功率迈上一个新台阶。