朱振坤 李海成 高光磊 馬珺喆 李建云 舒紅宇

1.中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院；2.黑龍江省油氣藏增產(chǎn)增注重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

20世紀(jì)50年代，美國(guó)等國(guó)家首先開始了化學(xué)驅(qū)分層注入技術(shù)的研究，但由于開發(fā)成本較高、安全環(huán)保嚴(yán)格、缺乏理論支撐等原因，該技術(shù)長(zhǎng)時(shí)間停留在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)階段［1-2］。大慶油田化學(xué)驅(qū)提高采收率技術(shù)始于20世紀(jì)70年代初，于90年代中期開始工業(yè)化推廣應(yīng)用，已成為世界上應(yīng)用化學(xué)驅(qū)油規(guī)模最大的油田，產(chǎn)量連續(xù)20年超過(guò)千萬(wàn)噸?；瘜W(xué)驅(qū)分層注入技術(shù)已成為大慶油田保持高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要技術(shù)手段［3-6］。

多年來(lái)，化學(xué)驅(qū)分層注入技術(shù)為滿足大慶油田不同階段的開發(fā)需求，經(jīng)過(guò)不斷的技術(shù)發(fā)展，形成了較為成熟的注聚工藝體系，在整體上取得了較好的開發(fā)效果［7］。1991-1998年，大慶油田開展了聚合物驅(qū)籠統(tǒng)注入技術(shù)工業(yè)性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，平均提高采收率超過(guò) 12%［8］；1999-2003年，在化學(xué)驅(qū)提高采收率技術(shù)取得巨大成功的基礎(chǔ)上，段宏等［9-10］研發(fā)了聚合物驅(qū)同心分注技術(shù)，通過(guò)投撈同心節(jié)流芯實(shí)現(xiàn)了聚合物驅(qū)分層流量的控制；2004-2009年，在借鑒水驅(qū)橋式偏心分注技術(shù)的基礎(chǔ)上，裴曉含、李建云等［11-12］研發(fā)了聚合物驅(qū)分質(zhì)分壓技術(shù)；2010年至今，劉崇江、唐俊東等［13-14］研發(fā)了適應(yīng)二、三類油層2～7層化學(xué)驅(qū)全過(guò)程一體化分注技術(shù)。大慶油田的化學(xué)驅(qū)分注技術(shù)，無(wú)論從技術(shù)水平還是應(yīng)用化學(xué)驅(qū)提高采收率技術(shù)規(guī)模上，都已達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。

筆者對(duì)上述大慶油田已成熟應(yīng)用的化學(xué)驅(qū)分注技術(shù)的適用性、工藝管柱實(shí)現(xiàn)方式、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，分析了目前大慶油田化學(xué)驅(qū)分注技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用面臨的問(wèn)題，并對(duì)適用于大慶油田的化學(xué)驅(qū)分注技術(shù)進(jìn)一步的發(fā)展進(jìn)行了展望分析。

1 化學(xué)驅(qū)分注技術(shù)

近年來(lái)，隨著化學(xué)驅(qū)技術(shù)的工業(yè)化推廣應(yīng)用，化學(xué)驅(qū)分注技術(shù)發(fā)展迅速，技術(shù)水平不斷提高，較好地改善了化學(xué)驅(qū)效果。針對(duì)不同開發(fā)階段需求，大慶油田發(fā)展的化學(xué)驅(qū)分注技術(shù)，可分為同心分注技術(shù)，偏心分質(zhì)分壓分注技術(shù)和全過(guò)程一體化分注技術(shù)。

1.1 同心分注技術(shù)

1999-2003年，為了改善大慶油田化學(xué)驅(qū)籠統(tǒng)注入面臨的油層縱向非均質(zhì)性強(qiáng)、注聚開發(fā)過(guò)程中聚合物易沿高滲層竄流等問(wèn)題，研發(fā)了適應(yīng)一類油層2～3層聚合物驅(qū)同心分注技術(shù)［15］，其井下管柱由封隔器和同心配注器等井下工具組成，采用非集流存儲(chǔ)方式測(cè)試，如圖1所示。每個(gè)層段均下入配注器，在同一壓力系統(tǒng)條件下，通過(guò)鋼絲投撈調(diào)節(jié)配注器的節(jié)流芯，控制分層注入量，達(dá)到分層配注的目的。與籠統(tǒng)注聚相比，同心分注技術(shù)實(shí)現(xiàn)了化學(xué)驅(qū)分注技術(shù)的“從無(wú)到有”。該項(xiàng)技術(shù)單層注入量20～150 m3/d，最大控制壓差 3.0 MPa，聚合物溶液的黏損率小于4.0%。在大慶油田應(yīng)用1 008口井，大港油田、勝利油田、吉林油田應(yīng)用36口井?，F(xiàn)場(chǎng)資料表明，分層后吸入層數(shù)比例由54.0%上升到63.8%，吸入厚度比例由75.6%上升到85.9%，分注效果顯著。

圖1 化學(xué)驅(qū)同心分注工藝Fig.1 Concentric layered injection process in chemical flooding

1.2 偏心分質(zhì)分壓分注技術(shù)

2004-2009年，為了滿足大慶油田滲透率低、配注量低、層間差異大的二類油層細(xì)分注入需求，在借鑒水驅(qū)偏心分注技術(shù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)了適應(yīng)二類油層2～5層的偏心分質(zhì)分壓分注技術(shù)(如圖2所示，其中1 200萬(wàn)、800萬(wàn)、600萬(wàn)為聚合物分子量)［16-17］。井下管柱采用單管偏心形式，測(cè)試方法采用非集流存儲(chǔ)，主要結(jié)構(gòu)包括偏心配注器、壓力調(diào)節(jié)器和封隔器等部分。工作原理為封隔器將油層分隔開，根據(jù)層段的性質(zhì)下入不同壓力調(diào)節(jié)器，控制該層段的注入壓力，調(diào)節(jié)層段注入量。該項(xiàng)技術(shù)首次實(shí)現(xiàn)了同井分層注入量與分子量的雙重調(diào)節(jié)，在70 m3/d流量范圍內(nèi)分子量調(diào)節(jié)范圍可達(dá)到20%～50%，最大節(jié)流壓差1.5 MPa。壓力調(diào)節(jié)器在70 m3/d流量范圍內(nèi)，最大節(jié)流壓差可達(dá)到3.5 MPa，聚合物溶液黏損率小于8%。該分注技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用近800口井，分質(zhì)注入后，與正常分層注聚井對(duì)比，層數(shù)比例由68.2%提高到73.9%，厚度比例由73.9%提高到80.9%，油層動(dòng)用得到改善。

圖2 化學(xué)驅(qū)偏心分質(zhì)分壓分注工藝Fig.2 Eccentric separate mass, separate pressure and layered injection process in chemical flooding

1.3 全過(guò)程一體化分注技術(shù)

2010年至今，隨著開發(fā)對(duì)象逐漸轉(zhuǎn)向薄差油層，為了滿足化學(xué)驅(qū)精細(xì)開發(fā)的需求，在緩解層間矛盾的同時(shí)，降低開發(fā)成本，研發(fā)了適應(yīng)二、三類油層2～7層化學(xué)驅(qū)全過(guò)程一體化分注技術(shù)。井下管柱采用偏心結(jié)構(gòu)，與常規(guī)偏心結(jié)構(gòu)基本相同，可滿足化學(xué)驅(qū)多層分注的需要，同時(shí)無(wú)需更換管柱即可實(shí)現(xiàn)空白水驅(qū)和后續(xù)水驅(qū)全過(guò)程分注，一趟管柱滿足油田不同開發(fā)階段開發(fā)需求。如圖3所示，該技術(shù)通過(guò)封隔器將油層分隔開，各注入層段配有偏心注聚器，化學(xué)驅(qū)溶液通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器控制注入壓力后進(jìn)入到高滲透油層，通過(guò)環(huán)形降壓結(jié)構(gòu)節(jié)流元件降低化學(xué)驅(qū)溶液黏度損失，實(shí)現(xiàn)分壓注入；化學(xué)驅(qū)溶液通過(guò)分子量調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)分子量后進(jìn)入到中低滲透油層，特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分子量調(diào)節(jié)元件可在保持較低壓力損失條件下獲得高剪切率，實(shí)現(xiàn)分質(zhì)注入［18-19］。最大節(jié)流壓差2.5 MPa，流量70 m3/d時(shí)黏損率8.2%，測(cè)試工藝與水驅(qū)兼容，投撈、驗(yàn)封、流量測(cè)調(diào)全電控，采用非集流電控直讀方式測(cè)試。目前該技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用超過(guò)15 000井次，儲(chǔ)集層儲(chǔ)量動(dòng)用程度提高12%，已成為大慶油田主體分注技術(shù)。

圖3 化學(xué)驅(qū)全過(guò)程一體化分注工藝Fig.3 Integrated layered injection process in the whole process of chemical flooding

1.4 配套電動(dòng)直讀高效測(cè)調(diào)技術(shù)

2014年至今，化學(xué)驅(qū)分注已進(jìn)入規(guī)模化推廣應(yīng)用階段，隨著開發(fā)的不斷深入，分注井?dāng)?shù)逐年升高，測(cè)試工作量不斷增加，且由于化學(xué)驅(qū)井測(cè)調(diào)周期較水驅(qū)更短，進(jìn)一步加大了測(cè)試工作量和測(cè)試壓力，而傳統(tǒng)的鋼絲測(cè)調(diào)技術(shù)單井測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)，測(cè)調(diào)效率需進(jìn)一步提高。隨著智能控制技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，大慶油田研發(fā)了適用于化學(xué)驅(qū)分注井的電動(dòng)直讀高效測(cè)調(diào)技術(shù)。該工藝主要由封隔器、可調(diào)壓力調(diào)節(jié)器、可調(diào)分子量調(diào)節(jié)器等井下工具組成［20-22］。鋼管電纜攜帶直讀電動(dòng)測(cè)調(diào)儀下入目的層與可調(diào)裝置對(duì)接，地面控制系統(tǒng)根據(jù)井下測(cè)調(diào)儀測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)井下裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)分層流量調(diào)節(jié)的目的。該技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用近5 000井次，3～5層段分注井平均測(cè)調(diào)時(shí)間由5.2 d縮至2.5 d，測(cè)試效率提高1倍以上，注入合格率提高6.7個(gè)百分點(diǎn)，有效保證了分層注入質(zhì)量。

2 化學(xué)驅(qū)分注技術(shù)存在的問(wèn)題

化學(xué)驅(qū)分注技術(shù)的發(fā)展適應(yīng)了大慶油田化學(xué)驅(qū)開發(fā)各個(gè)階段的生產(chǎn)需求，一定程度上解決了階段性生產(chǎn)矛盾。但隨著大慶油田化學(xué)驅(qū)分注技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，以及開發(fā)方向的轉(zhuǎn)變，對(duì)化學(xué)驅(qū)分注技術(shù)的適應(yīng)性仍然提出了一些新的要求。

2.1 測(cè)試工作量逐年增多

隨著化學(xué)驅(qū)分注井?dāng)?shù)的逐年增加，年測(cè)試工作量已達(dá)7.6萬(wàn)井次，測(cè)試?yán)щy井日益增多。據(jù)2021年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，聚驅(qū)分注井一次投撈成功率61.0%，三元分注井一次投撈成功率只有48.5%，嚴(yán)重影響了測(cè)調(diào)效率和成功率。目前分層測(cè)試仍以常規(guī)測(cè)試為主，3～5層段平均測(cè)調(diào)時(shí)間5.2 d，與高效測(cè)調(diào)技術(shù)相比，時(shí)間更長(zhǎng)(圖4)。班組測(cè)試工作量已達(dá)極限，很難確?；瘜W(xué)驅(qū)溶液長(zhǎng)期高質(zhì)量注入。

圖4 普通鋼絲測(cè)調(diào)與高效測(cè)調(diào)時(shí)間對(duì)比Fig.4 Time of measurement by the conventional steel wire and high efficiency measurement and adjustment

2.2 化學(xué)驅(qū)分注合格率下降過(guò)快

由于注入介質(zhì)的特殊性，壓力波動(dòng)較水驅(qū)頻繁，測(cè)調(diào)周期已縮短至2～3個(gè)月，統(tǒng)計(jì)2個(gè)區(qū)塊的化學(xué)驅(qū)分注井分注合格率變化情況如圖5所示，2個(gè)月后分注合格率分別為為60%、45%。若需分注合格率長(zhǎng)期保持在80%以上，測(cè)調(diào)周期至少縮短至1個(gè)月以內(nèi)。現(xiàn)有測(cè)試技術(shù)屬于點(diǎn)狀間隔測(cè)試，且無(wú)法直接測(cè)量地層壓力變化，缺乏有效的井下參數(shù)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的技術(shù)手段，不能及時(shí)準(zhǔn)確掌握油藏變化規(guī)律，已無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)加密測(cè)試需求。

圖5 分注井合格率變化情況Fig.5 Qualification rate of separate injection wells

2.3 油藏開發(fā)層系轉(zhuǎn)變

大慶油田老區(qū)對(duì)厚度較大、滲透率高的一類和二類油層進(jìn)行工業(yè)性化學(xué)驅(qū)，取得了較好的開發(fā)效果。聚合物驅(qū)平均提高采收率超過(guò)12%，三元復(fù)合驅(qū)平均提高采收率超過(guò)18%，但占總儲(chǔ)量45%以上的三類油層在特高含水期仍以水驅(qū)開發(fā)為主，采收率低、含水高、水驅(qū)調(diào)整效果差。未來(lái)三類油層三次采油將接替一類、二類油層發(fā)揮增儲(chǔ)增產(chǎn)的作用。由于三類油層存在滲透率低(0.1 μm2以下)、油層薄(1 m以下)、隔層薄(0.5～1 m之間)的特點(diǎn)，井筒、油藏條件更加復(fù)雜，采用化學(xué)驅(qū)開采難度大，各油層具體數(shù)據(jù)對(duì)比見表1。

表1 大慶油田油層類型劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criterion for oil layer classification in Daqing Oilfield

3 化學(xué)驅(qū)分注技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

化學(xué)驅(qū)分注技術(shù)的發(fā)展適應(yīng)了大慶油田開發(fā)各個(gè)階段的生產(chǎn)需求，一定程度上解決了階段性生產(chǎn)矛盾。針對(duì)測(cè)試工作量逐年增大、分注合格率下降較快、油藏開發(fā)層系的轉(zhuǎn)變等問(wèn)題，未來(lái)化學(xué)驅(qū)分注技術(shù)應(yīng)向智能分注與小卡距、小隔層、低注入量分注技術(shù)的方向發(fā)展，以滿足大慶油田化學(xué)驅(qū)分注的發(fā)展需求。

3.1 智能連續(xù)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)測(cè)調(diào)技術(shù)

化學(xué)驅(qū)智能連續(xù)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)測(cè)調(diào)技術(shù)主要由計(jì)算機(jī)、地面控制箱、井口密封裝置、過(guò)電纜封隔器、化學(xué)驅(qū)自動(dòng)測(cè)調(diào)配注器等部分組成，通過(guò)配套控制程序?qū)ε渥⒘?、注入壓力、地層壓力等井下各層段?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)配注量不滿足方案要求時(shí)，可以實(shí)時(shí)利用控制程序發(fā)送控制指令調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)元件水嘴大小，地面控制箱將指令轉(zhuǎn)發(fā)至井下目標(biāo)層段自動(dòng)測(cè)調(diào)配注器，配注器內(nèi)調(diào)節(jié)電機(jī)接收指令后開始動(dòng)作，帶動(dòng)流量調(diào)節(jié)元件閥芯旋轉(zhuǎn)。該工藝可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分層注入量的自動(dòng)調(diào)控，有效緩解化學(xué)驅(qū)分注井測(cè)試工作量大的問(wèn)題。

3.2 化學(xué)驅(qū)2層地面智能分質(zhì)分壓技術(shù)

化學(xué)驅(qū)2層地面智能分質(zhì)分壓技術(shù)主要由計(jì)算機(jī)、地面控制箱、地面智能分質(zhì)分壓流量調(diào)節(jié)裝置、雙管井口、內(nèi)外油管、封隔器密封插接裝置等組成，采用同心方式，內(nèi)管注下層，內(nèi)外油管環(huán)空注上層，通過(guò)配套自動(dòng)控制及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)井下生產(chǎn)數(shù)據(jù)，當(dāng)配注量不滿足方案時(shí)，可利用控制程序發(fā)送指令控制井口流量調(diào)節(jié)裝置水嘴大小，實(shí)現(xiàn)配注量的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。該工藝將分注工具移至井口，取消了投撈測(cè)試，解決了因雜質(zhì)堆積導(dǎo)致測(cè)調(diào)成功率降低的問(wèn)題。

3.3 三類油層化學(xué)驅(qū)分注技術(shù)

三類油層化學(xué)驅(qū)分注技術(shù)的研發(fā)，可綜合考慮三類油層注入量低、分注工具技術(shù)指標(biāo)、設(shè)計(jì)難度、加工成本以及后續(xù)的投撈、驗(yàn)封、測(cè)調(diào)兼容性等方面，借鑒已成熟推廣應(yīng)用的全過(guò)程一體化分注工藝技術(shù)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)特點(diǎn)，采用偏心結(jié)構(gòu)、流線型環(huán)形降壓槽結(jié)構(gòu)節(jié)流元件，利用疊加原理，采用串聯(lián)的方式，設(shè)計(jì)了雙偏孔結(jié)構(gòu)偏心分注工具，在其他機(jī)械尺寸不變的情況下，增加節(jié)流元件的槽數(shù)，來(lái)提高同等條件下節(jié)流性能，從而實(shí)現(xiàn)三類油層地層條件下的低配注量注入。同時(shí)，研究小卡距和小隔層細(xì)分工藝，突破細(xì)分層段受卡距和隔層的限制，使更多薄層得到動(dòng)用。

4 結(jié)論

(1)化學(xué)驅(qū)分注技術(shù)在大慶油田穩(wěn)產(chǎn)和提高采油率方面發(fā)揮了重要作用，目前以“全過(guò)程一體化+電動(dòng)直讀高效測(cè)調(diào)技術(shù)”為主體的工藝技術(shù)已在大慶油田推廣應(yīng)用，滿足了一、二類油層化學(xué)驅(qū)開發(fā)的需求。

(2)針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)分注井測(cè)試工作量逐年增大、分注合格率下降較快、油藏開發(fā)層系的轉(zhuǎn)變等問(wèn)題，化學(xué)驅(qū)分注應(yīng)向智能分注與小卡距、小隔層、低注入量分注技術(shù)方向發(fā)展，提高注入過(guò)程中數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和流量控制水平，突破細(xì)分卡距限制，提高化學(xué)驅(qū)開發(fā)效果。