投球分层注水工艺模拟试验
郑亮
辽河油田分公司钻采工艺研究院，辽宁盘锦 124010
摘要：研制了可视化的投球分层注水模拟实验装置。利用该装置研究了多层不同吸水量剖面工况下调剖球的运动状态和封堵规律。试验结果表明，多层不同吸水量剖面工况下，调剖球的运动状态、封堵效果与剖面吸水流量占比、注水流量、目标层深度等因素具有重大相关性，其中剖面吸水流量占比是首要影响因素，目标层吸水流量占比大于60%时，投球工艺效果普遍较好。在目标剖面吸水流量占比较小时，注水流量和目标层深度共同决定了投球工艺效果。目标层在底部时，注水量大，投球效果较好；目标层在顶部时，注水量小，投球效果较好。
关键词：投球 分层注水 模拟 试验
投球分层注水工艺是一种新型的分注调剖工艺。该工艺针对工具无法下入、层内矛盾无法解决的特殊注水井，通过井口或井内投球，利用调堵球选择性封堵炮眼，实现注水层间剖面的调整，提高细分注水效果[1]。此新型分注调剖工艺具有施工工艺简单、不动管柱、工作量小；费用低,不使用大量的化学剂,不污染地层环境；经济效益和社会效益显著等优点，在辽河油田普遍存在的大斜度井、套损（变）井、出砂严重井，以及夹层发育不良或超薄隔层油藏具有广阔的应用前景。笔者研制了可视化的投球分层注水模拟实验装置。本文利用该装置研究了多层不同吸水量剖面工况下调剖球的运动状态和封堵规律。
1 模拟试验系统研制
根据投球分层注水工艺技术原理与试验需求，自主研制了投球分层注水模拟实验装置。该装置模拟管柱采用高强度有机玻璃制成，在管壁螺旋分布直径圆洞模拟射孔套管，高强度有机玻璃管连接三个出水口模拟吸水地层。通过调节主阀门及节流阀门的大小来控制干线排量，通过与有机玻璃管连接的3个回路阀门来控制回水量大小，通过流量计观测干线及各回路流量。在投球阀门控制的三通处进行投球操作。投球分层注水模拟实验装置工艺流程图见图1。投球分层注水模拟实验装置可模拟多层不同吸水量剖面工况下投球分层注水工艺，具有投球运动、封堵状态直观可视，注水流量、剖面吸水量动态可调，实验数据实时可测的特点。
图1 投球分层注水模拟实验装置工艺流程图
2 模拟试验方法与效果评价方法
2.1多层不同吸水量剖面工况的模拟方法
在实际工况下，多层剖面的不同吸的现象是由地层压力，油层孔隙率等多种因素综合作用的结果。为了在试验中模拟多层不同吸水量剖面的工况，通过对阀门的调节流量的原理进行了分析。管道中的流体流经阀门时，其流动参数可以由流体力学的公式求解。由于阀口为薄壁孔口，其流量公式可以由伯努利方程推导得出：
式中：
q为流经阀口的流量；
C为由阀口的形状、尺寸和流体性质决定的系数，由实验得出，为常量；
A（x）为阀门的过流断面面积，与阀口开度有关；
Δp为阀口两端的压力差。
因此，采用地层吸水量特性阀门调节的模拟方法可以实现模拟多层不同吸水量剖面工况，解决了多层不同吸水量剖面工况的模拟技术难题。
2.2 模拟试验效果评价方法
在投球分层注水模拟试验中，试验效果的科学评价是关键所在。根据实验装置的特点和工艺原理，采用直观定性评价和流量及流量占比变化定量评价相结合的方法，分析评价分注调剖工艺模拟试验效果。
（1）直观定性评价
利用实验装置透明可视的特点，将试验效果描述为封堵、部分封堵或未封堵。图2为封堵效果图，图3为未封堵效果图。 从图2中可以看出，调堵球有效封堵了模拟炮眼。从图3中可以看出调堵球处于游离状态，未封堵模拟炮眼。
图2 封堵效果图 图3 未封堵效果图
（2）流量及流量占比变化定量评价
设定评价参数L和β，L为注水流量，单位为m3/h; β为单层分注流量占比，单位为%。以第一层为例：
L =L1前-L1后 其中L 为第一层流量变化，L1前与L1后为第一层投球前后单层流量
β1前=L1前/L前 其β1前为第一层投球前单层分注流量占比，L前为投球前注水总流量
β1后=L1后/L后 其β1后为第一层投球后单层分注流量占比，L后为投球后注水总流量
通过比较投球前后L（注水流量）与β（单层分注流量占比）的变化来评价投球分注调剖工艺模拟试验效果。
3 试验结果与分析
多层不同吸水量剖面工况下，调剖球的运动状态、封堵效果与剖面吸水流量占比、注水流量、目标层深度等因素具有重大相关性。图4同一注水流量下，投球前后流量占比变化情况。实验结果表明，投球有效封堵高吸水层，达到了投球目的。
图4 注水流量2.5m3/h，初始流量占比为7:2:1，投球后，流量占比为4:2.9:3.1
4 结论
（1）试验表明，投球分层注水工艺可有效实现多层不同吸水量剖面工况下选择性注水层间剖面的调整，提高细分注水效果。
（2）剖面吸水流量占比是首要影响因素，目标层吸水流量占比大于60%时，投球工艺效果普遍较好。
（3）在目标剖面吸水流量占比较小时，注水流量和目标层深度共同决定了投球工艺效果。目标层在底部时，注水量大，投球效果较好；目标层在顶部时，注水量小，投球效果较好。
