专题二注水油藏工程

1、注水 注水开发注水开发(waterflooding(waterflooding) )是最重是最重要的油田开发要的油田开发(development)(development)方式。方式。 注水是一种二次采油方法。注水是一种二次采油方法。通过注水井向地层注水，将通过注水井向地层注水，将地下原油驱替到生产井，增地下原油驱替到生产井，增加原油的采收率。加原油的采收率。 注水保持压力（waterfloodwaterflood pressure pressure maintenancemaintenance）是一项工艺技术。把水注入油）是一项工艺技术。把水注入油藏，补充油藏原有的天然能量，改善油田的生藏，

2、补充油藏原有的天然能量，改善油田的生产特性。产特性。1. 注水井动态2. 注水工艺主要内容主要内容注水井动态注水井动态基本概念注水井的注入量影响吸水能力因素注水指示曲线分析与应用1.基本概念l流度比流度比l吸水指数吸水指数l视（比）视（比）吸水指数与比吸水指数吸水指数与比吸水指数l相对吸水量相对吸水量l注水井指示曲线注水井指示曲线l吸水剖面吸水剖面 流度比 流度比指在注水油藏中水侵区的水的流度与油汇区的流度比指在注水油藏中水侵区的水的流度与油汇区的油的流度之比值油的流度之比值。wororwwwKKKKM00 在见水前，一个开发区流度比将一直不变；在见水后，流在见水前，一个开发区流度比将一直不变

3、；在见水后，流度比随含水饱和度、水的相对渗透率的增加而不断增大。人度比随含水饱和度、水的相对渗透率的增加而不断增大。人工注水时的流度比范围为工注水时的流度比范围为0.02 2.0。吸水指数吸水指数指注水井在单位井底压差下的日注水量，单位用m3/MPa.d。吸水指数表示注水井单井或单层的吸水能力。静压流压日注水量注水压差日注水量吸水指数压差相应两种工作制度下流量两种工作制度下日注水吸水指数 视吸水指数 视视吸水指数指日注水量与井口注入压力之比，单吸水指数指日注水量与井口注入压力之比，单位用位用m m3 3/MPa.d/MPa.d。 比比吸水指数指单位油层厚度上的吸水指数或称吸水指数指单位油层厚度

4、上的吸水指数或称“每米吸水指数每米吸水指数” ” 。比吸水指数比吸水指数相对吸水量 相对吸水量指对于多层注水井，在相同条件下某小相对吸水量指对于多层注水井，在相同条件下某小层的吸水量与全井吸水量之比层的吸水量与全井吸水量之比。%100全井吸水量小层吸水量相对吸水量 相对吸水量表示了各小层的相对吸水能力相对吸水量表示了各小层的相对吸水能力。注水井指示曲线注水井指示曲线指在稳定流动的条件下，注入压力与注水量的关系曲线。注水井指示曲线分层指示曲线吸水剖面 吸水剖面吸水剖面描述注水井在井底沿井筒各射开层分层吸水量的图形。 吸水剖面形象地表示注水井分层吸水能力大小。 同位素载体法是测注水井吸水剖面常用方

5、法。 井温测试可确定井下吸水层位。IIIIII层异常面积层异常面积层相对吸水量IIIIIIII层异常面积层异常面积层相对吸水量IIIIIIIIII层异常面积层异常面积层相对吸水量IIIIIIIIIIII吸水剖面2. 注水井的注水量 单井注水量方程：单井注水量方程：43ln)(543.0SrrBpphKQwiwwriwfwwQ Qw w注水量或吸水量，注水量或吸水量，m m3 3/d K/d Kw w水的有效渗透率，水的有效渗透率，1010-3-3 m m2 2h h吸水层段有效厚度，吸水层段有效厚度，m Pm Piwfiwf-P-Pr r注水压差，注水压差，kPakPaB Bw w水的体积系数

6、水的体积系数 w w水的粘度，水的粘度，mPa.smPa.sS S注水井综合表皮系数注水井综合表皮系数 RiRi水前缘半径，水前缘半径，m mr rw w井筒半径，井筒半径，m m 注水量方程变量变化注水量方程变量变化 导致导致吸水能力降低的现场因素吸水能力降低的现场因素 注水量方程条件变化注水量方程条件变化3.吸水能力的因素分析 注水量方程变量变化l有效渗透率变化l注水压差l流体粘度l表皮系数 注水量方程条件变化u流度比变化流度比变化u注水时间注水时间u井网调整和井间干扰井网调整和井间干扰引起吸水能力下降的现场因素u井下作业及注水井管理和有关的因素井下作业及注水井管理和有关的因素u水质有关的

7、因素水质有关的因素4. 注水指示曲线分析与应用n 常见指示曲线常见指示曲线n 用指示曲线分析油层吸水能力变化用指示曲线分析油层吸水能力变化n 井下工具管柱工况判断井下工具管柱工况判断n 检查配注准确程度和分配层段注水量检查配注准确程度和分配层段注水量（1）常见指示曲线l 曲线曲线1 1：直线递增式，反映了：直线递增式，反映了地层的吸水规律。地层的吸水规律。l 曲线曲线2 2：垂直式，曲线出现在：垂直式，曲线出现在油层渗透性极差的情况，或测油层渗透性极差的情况，或测试故障或水嘴堵死。试故障或水嘴堵死。l 曲线曲线3 3：递减式，是一种不正：递减式，是一种不正常的曲线。常的曲线。（1）常见指示曲线

8、l 曲线曲线4 4：曲折式，反映仪器设：曲折式，反映仪器设备有问题。备有问题。l 曲线曲线5 5：上翘式，与仪表、操：上翘式，与仪表、操作、设备、油层性质有关。作、设备、油层性质有关。l 曲线曲线6 6：折线式，表示有新油：折线式，表示有新油层在注水压力较高时开始吸水，层在注水压力较高时开始吸水，或地层产生微小裂缝。或地层产生微小裂缝。1 1 ）直线式：）直线式： 特点：油层吸水量和注水压力成正比。随压特点：油层吸水量和注水压力成正比。随压力增加，注水量均匀地增加。力增加，注水量均匀地增加。 产生原因：地层结构和渗透率比较均质；测产生原因：地层结构和渗透率比较均质；测试范围小，只反映某一压力的

9、吸水指数试范围小，只反映某一压力的吸水指数Q Q吸水指数是单位生产压差下日注水量。吸水指数是单位生产压差下日注水量。 Q QK K吸吸=-=- Pf PfPePe 2 2） 垂直式：垂直式： 特点：注水压力增加时注水量不变。特点：注水压力增加时注水量不变。 产生原因：油层渗透性差或粘度高，虽然泵压增产生原因：油层渗透性差或粘度高，虽然泵压增加，只是用来克服油层阻力；水嘴小或堵；测试加，只是用来克服油层阻力；水嘴小或堵；测试仪表故障。仪表故障。Q 3 ）折线式）折线式 特点：随注水压力增加注水量也增加，当注水量特点：随注水压力增加注水量也增加，当注水量增加到某点时，吸水指数突然增大，出现拐点；增

10、加到某点时，吸水指数突然增大，出现拐点；有两个以上吸水指数。有两个以上吸水指数。 产生原因：各层段渗透率变化较大；当注水压力产生原因：各层段渗透率变化较大；当注水压力增大时又有新的小层吸水；注水压力超过了地层增大时又有新的小层吸水；注水压力超过了地层破裂压力，出现新的裂缝，渗透率增加而造成吸破裂压力，出现新的裂缝，渗透率增加而造成吸水能力增加。水能力增加。 4 ）上翘式指示曲线）上翘式指示曲线 特点：注水压力与注水量可是呈正比关系，但当压特点：注水压力与注水量可是呈正比关系，但当压力增加到一定程度时吸水力突然降低，呈一反折线。力增加到一定程度时吸水力突然降低，呈一反折线。 产生原因：油层非均质

11、严重，油层连通不好或不连产生原因：油层非均质严重，油层连通不好或不连通，注入水不易扩散，使油层压力升高，注水量逐通，注入水不易扩散，使油层压力升高，注水量逐渐减少；测试仪表故障。渐减少；测试仪表故障。Q（2）指示曲线分析油层吸水能力变化 指示曲线右移，斜率变小： 吸水指数变大，地层吸水能力变好。一般封隔器失效时出现（2）指示曲线分析油层吸水能力变化 指数曲线左移，斜率变大： 吸水指数变小，地层吸水能力变差。一般水嘴堵或油层堵时出现。（2）指示曲线分析油层吸水能力变化 指示曲线平行上移，斜率不变： 吸水能力未变，在相同注水压力下注水量减小，说明地层压力升高。（2）指示曲线分析油层吸水能力变化指示

12、曲线平行下移，斜率不变： 吸水能力未变，在相同压力下注水量增大。说明说明地层压力下降。一般在酸化压裂措施后出现。（3）井下工具管柱工况判断 封隔器失效封隔器失效: :油、套压平衡，注水量上升，注水压力不变而油、套压平衡，注水量上升，注水压力不变而注水量上升，封隔的两层段指示曲线相似。注水量上升，封隔的两层段指示曲线相似。 配水器失效：注水量逐渐下降，直至不进水，指示曲线向压配水器失效：注水量逐渐下降，直至不进水，指示曲线向压力轴方向偏移；注水量逐渐上升，指示曲线向注水轴偏移；注水力轴方向偏移；注水量逐渐上升，指示曲线向注水轴偏移；注水量突然上升，指示曲线向注水轴偏移。量突然上升，指示曲线向注水

13、轴偏移。 管柱失效：全井注水量猛增，层段指示曲线与全井指示曲线管柱失效：全井注水量猛增，层段指示曲线与全井指示曲线相似；层段指示曲线与水嘴掉时相似；注水量上升，油压下降套相似；层段指示曲线与水嘴掉时相似；注水量上升，油压下降套压上升，层段指示曲线向注水轴偏移。压上升，层段指示曲线向注水轴偏移。（4）检查配注准确程度和分配层段注水量注水工艺参数设计注水工艺参数设计注入系统注入系统实施注水实施注水注水工艺1. 注水工艺参数设计注水量预测与设计注水量预测与设计注水压力设计注水压力设计注水温度预测与设计注水温度预测与设计注水井节点系统分析注水井节点系统分析注 水 量 预 测 与 设 计 不同含水阶段日

14、注水量wwwywffBBCQQ)1(00 单井平均日注水量NQqwiwN全油田注水井数，口 Qy产油量，t/dC注水系数，取C=1.01.2 B注采比(injection-production ratio)fw含水率，%（重量百分比） B0原油体积系数0地面原油密度，t/m3 w注入水密度，t/m3Qw全油田所需的注水总量,m3/d qiw单井日注水量，m3/d注 水 量 预 测 与 设 计 单井油层临界注入量qiwc油层厚度h的日平均临界注入量，m3/dd实验岩芯直径，cmh油层厚度，mrw井眼半径（射孔井为孔眼端部距井中心距离）,cmqc实验岩心的临界流量，cm3/minhdqrqcwiw

15、c2152.1注水压力设计 启动压差：油层开始吸水时的注入压差，pr 设计注水压力采用临界压力原则：中、高渗油层，最大井底注水压力不得超过地层破裂压力的90%；对低渗油层，井底压力不超过地层破裂压力的100%。 注水压差：rriwfpppp注水压力设计注水井井口压力：注水井井口压力：hfiwfjpppppp pf f油管摩阻损失，油管摩阻损失，MPaMPa p ph h井筒静水压头，井筒静水压头，MPaMPap p配水器嘴流损失，配水器嘴流损失，MPaMPa注水井节点系统分析分析步骤：l 按注水井动态方程绘制IPR曲线；l 绘制油管流动曲线或不同管径注水压力梯度曲线；l 将IPR和油管曲线联合

16、，获得合适的注水压力、注水量或油管直径；l 按系统分析方法获得其他相关的工艺参数；注水IPR与油管曲线砾石充填注水井压降曲线注水井节点系统分析注水井注水井注水管网注水管网注水站注水站系统效率系统效率2. 注入系统注入系统 油田注水系统包括：油田供水系统、油田注水地面系统、井筒流动系统、油藏流动系统。 油田注入系统包括：油田注水地面系统、井筒流动系统。由注水站(waterflood plant)、配水间、井口、井下配水管柱及相连管网组成。l 生产井转成的井：低产井、特高含水油井或边缘井。l 专门钻的井：因转换注水井的费用会比钻新注水井的费用高。l 多个注水井构成注水井组，注水井组的注入由配水间来

17、完成。注入系统典型注水井井口和注水管线连接方式注水井注水井注水井井下系统 经济流速：注水管道运行费最低时的流速，对应的流量为经济流量。 注水管网最远点水力压降限定值：在注水系统正常运行的情况下，注水成本最低时，高压水输送到最远点的压力下降值。是确定注水站(waterflood plant)的规模、管辖范围或输水距离的依据。注水管网注水管网 管道运行费：GKHQtaFHD71.361.0 注水成本降低的因素主要是基建折旧费G、K、Q、H、H，D等参数。 是注水系统的核心，注水站场是注水系统的核心，注水站场(waterflood(waterflood plant) plant) 设计包括确设计包括

18、确定总注水量和设计注水压力，并规划站内工艺流程。定总注水量和设计注水压力，并规划站内工艺流程。 注水站规模：以管辖范围的注水量及用水量为依据。fxwzQQQQQZ 注水站(waterflood plant)用水量，m3/d Qw 注水站(waterflood plant)注水总量，m3/dQx 日洗井水量，m3/d Qf 日附加用水量，m3/d注水站注水站 注水站(waterflood plant)压力设计：由油层注水压力决定。多油层混注时，以各油层均能完成配注水量的最高压力为依据。 站内注水工艺流程： 来水进站计量水质处理贮水罐泵出 地面注入系统效率：指注水站(waterflood plan

19、t)到井口的效率，包括注水泵机组效率及注水管网的效率。321地地 地面注入系统效率 1 电动机平均效率2 注水泵平均效率 3 注水管网平均效率系统效率系统效率 注入系统效率：注注水系统效率 供供水系统效率地地面注入系统效率 井井筒流动系统效率藏油藏流动系统效率藏井地供注3.实施注水试注与转注分层注水试注与转注试注目的：获得吸水指数及地层注水启动压力等重试注目的：获得吸水指数及地层注水启动压力等重要参数及检验水质标准要参数及检验水质标准(water quality criteria)(water quality criteria)的适应性。的适应性。转注：对于特高含水的采油井，有时改为注水井转注

20、：对于特高含水的采油井，有时改为注水井即转注。即转注。分层注水 分层注水：在井口保持同一压力的条件下，控制高渗透层的注水量，加强中、低渗透层的注入量，防止注入水单层突进，使之均匀推进。 分层注水技术的核心：基于分层吸水能力的掌握，按开发要求设计分层注水管柱分层注水管柱regulating separate stratum regulating separate stratum injection stringinjection string和分层配水（injection prorationinjection proration）。分层配水 嘴损曲线：描述配水嘴尺寸，配水量和通过配水嘴的节流损失

21、三者之间的定量关系曲线。 嘴损曲线法选择水嘴嘴损曲线法选择水嘴： 据测试资料绘制分层吸水指示曲线据测试资料绘制分层吸水指示曲线 在分层指示曲线上，查出与各层段注水量相对应在分层指示曲线上，查出与各层段注水量相对应的井口配注压力的井口配注压力 计算各分层的嘴损压差或确定嘴损压差计算各分层的嘴损压差或确定嘴损压差 借用嘴损压差值和需要的配注量在嘴损曲线上查借用嘴损压差值和需要的配注量在嘴损曲线上查出水嘴尺寸出水嘴尺寸分层配水 简易法选择水嘴： 对于调整水量不大的层段0112QQddD1原用水嘴直径，mm d2需调整水嘴直径,mmQ0原注入量，m3 Q1配注量，m3分层配水l 注水井工艺措施分类注水

22、井工艺措施分类l 改变改变注水井工作制度的工艺措施注水井工作制度的工艺措施l 注水井调剖技术注水井调剖技术l 粘土控制技术粘土控制技术第五节 注水井工艺措施分类 工艺措施(Technolgy /Measures)包括：l改变注水井工作制度的措施 l注水井增注措施l注水井调堵措施l粘土控制措施增压注水 增压注水增压注水: :是为了提高井底砂岩面注入压力，来增是为了提高井底砂岩面注入压力，来增加注水井吸水量的工艺措施。加注水井吸水量的工艺措施。 实现实现增压注水：提高井口注入压力（提高泵压或增压注水：提高井口注入压力（提高泵压或在配水间添加增压泵）或井下潜油电泵增压。在配水间添加增压泵）或井下潜油

23、电泵增压。 提提高注水压力后，不能保证达到各层吸水能力均衡高注水压力后，不能保证达到各层吸水能力均衡增加。增加。脉冲注水 脉冲水嘴增压的基本理论是流体瞬间理论和水声学原理。高压水流过亥姆霍兹振荡器可产生大幅度脉动，形成高频水射流，经实验测试，注水压力10MPa时，出口压力可达11.2MPa左右。 间歇注水或不稳定注水：周期性地改变注水间歇注水或不稳定注水：周期性地改变注水量和注入压力，在油层中形成不稳定的压力状态，量和注入压力，在油层中形成不稳定的压力状态，引起不同渗透率层间或裂缝与基岩块间液体的相引起不同渗透率层间或裂缝与基岩块间液体的相互交换。储层非均质性，尤其是纵向非均质性，互交换。储层

24、非均质性，尤其是纵向非均质性，是采用周期注水方法的必要条件。是采用周期注水方法的必要条件。周期注水周期注水提高采收率机理微观驱油机理是微观驱油机理是: :弹性力引起的压力扰动，使一部分油克弹性力引起的压力扰动，使一部分油克服贾敏效而向前流动，这种现象在核磁共振成像实验中已服贾敏效而向前流动，这种现象在核磁共振成像实验中已经被观察到；经被观察到；宏观驱油机理是宏观驱油机理是: :高低渗透层产生附加压差高低渗透层产生附加压差, ,引起油水窜流。引起油水窜流。周期注水提高采收率机理周期注水过程中毛管力的作用周期注水过程中毛管力的作用微观驱油机理是：消除常规注水时毛管力的微观驱油机理是：消除常规注水时

25、毛管力的“润湿滞后润湿滞后”现象，能够将小孔隙中的原油驱替出来；现象，能够将小孔隙中的原油驱替出来；宏观驱油机理是：停注阶段，毛管力作用下引起宏观驱油机理是：停注阶段，毛管力作用下引起“自吸渗自吸渗”现象，油从低含水饱和度区流向高含水饱和度区，而水则现象，油从低含水饱和度区流向高含水饱和度区，而水则从高含水饱和度区流向低含水饱和度区，产生从高含水饱和度区流向低含水饱和度区，产生“对流对流”。 注水量的波动幅度因数：注水量的波动幅度因数：bBiwqqqb21iwiwqqq1122iwiwqqqb b 注水量波动幅度注水量波动幅度 水的滞留系数水的滞留系数q qiw1iw1升幅注水注入量，升幅注水

26、注入量，m m3 3/d/dq qiw2iw2降幅注水注入量，降幅注水注入量，m m3 3/d/d常规注水注入量，常规注水注入量，m m3 3/d/diwq周期注水波动幅度增加，产油量增加以注采平衡为前提波动幅度增加，产油量增加以注采平衡为前提周期注水注水频率：表示注水量增加和减少阶段一个周期的时间。周期最佳工作（绝对）频率：半个周期时间的长短t： foCKEt25.0周期注水p合理的间注周期既要保证停注后油水置换所需时间，又要保持一定的压力水平使产油量保持相对稳定。p间注周期应根据区块开发的实际情况而定，不同的含水阶段，不同压力水平所需间注时间也应有所区别。p在低含水阶段，周期注水间注时间不

27、宜过长（如5070天）p在中高含水阶段，停注时间可以适当延长。p压力水平较高，停注时间可适当延长。p当流压在最低流压界限时，应适当缩短停注经时间而延长注水时间，以恢复压力为主，避免因脱气严重造成泵的充满系数下降。l 高渗透、有裂缝的层段迅速水淹，油井严重出水，中、高渗透、有裂缝的层段迅速水淹，油井严重出水，中、低渗透层地层亏空，压力迅速下降。低渗透层地层亏空，压力迅速下降。l 降低高渗透小层或层段的吸水能力，改善中、低渗透层降低高渗透小层或层段的吸水能力，改善中、低渗透层的物性，增加岩石的绝对渗透率，达到剖面上的吸水均衡。的物性，增加岩石的绝对渗透率，达到剖面上的吸水均衡。l 高渗透层进行调堵，而对低渗透层进行增注改造措施。高渗透层进行调堵，而对低渗透层进行增注改造措施。注水井调剖技术 l 注水井调堵方法分为：机械法、物理法和化学法。注水井调堵方法分为：机械法、物理法