注水-采油工程教学提纲

注水-采油工程注入水与地层水不配伍注入水与储层岩石矿物不配伍注入条件变化不溶物造成地层堵塞一、注水中油层伤害原因及机理第五章注水直接生成CaCO3、CaSO4或BaSO4、SrSO4等沉淀水中溶解氧引起铁氧化物沉淀水中硫化氢引起硫化亚铁沉淀水中二氧化碳引起CaCO3、BaCO3等沉淀铁的沉淀机理：注入水经地面管线到井底，含铁量显著增加。

腐蚀产物主要是氢氧化铁和硫化亚铁。油层伤害表现在：矿化度敏感引起水敏物质的膨胀、分散与运移PH值变化引起的微粒脱落、分散和沉淀注入水与岩石沉淀第五章注水

注水中油层伤害原因及机理注入水与地层水不配伍注入水与储层岩石矿物不配伍注入条件变化不溶物造成地层堵塞流速影响温度变化影响压力变化影响第五章注水

注水中油层伤害原因及机理注入水与地层水不配伍注入水与储层岩石矿物不配伍注入条件变化不溶物造成地层堵塞外来的机械杂质堵塞地层注水系统中的腐蚀产物各种环境下生长的细菌油及其乳化物

注水水质的基本要求控制悬浮固体浓度与粒径控制腐蚀性介质（溶解氧、CO2、H2S）控制含油量控制细菌含量控制水垢的形成第五章注水第一节水源及水处理二、水源序号水源类型主要水型名称水源性质1地面水江河、湖泊、水库江河水水量丰富，水矿化度低，泥砂含量大；湖泊、水库水泥砂含量较江河水少，但由于水中溶解氧充足，水生动植物大量繁殖，常有异常气味及胶体。地面水性质受季节影响大。2海水海水水源丰富，含盐量高，腐蚀性强3地下水地层水水量丰富，水矿化度较高，含有铁、锰等元素。水质较好4采出污水含油（聚合物）污水一般偏碱性，矿化度高，含铁少5工业污水污水水中成分复杂三、水质及其要求水质：对注入水质量所规定的指标，包括注入水中的矿物盐、有机质和气体的构成与含量以及水中悬浮物含量与粒度分布等，是储层对外来注入水适应程度的内在要求。（一）注水过程中油层伤害的因素

主要原因：注入水与储层性质不配伍或配伍性不好、水质处理及注水工艺不当。

注入水与地层水不配伍注入水与储层岩石矿物不配伍对地层的伤害注入条件变化不溶物造成地层堵塞第一节水源及水处理（二）油田生产对注水水质的基本要求注水引起的油层损害主要是堵塞、腐蚀和结垢三大类型。1．控制悬浮固体浓度与粒径2．控制腐蚀性介质（溶解氧、CO2

、H2S）3．控制含油量4．控制细菌含量

硫酸盐还原菌（SRB）铁细菌腐生菌（TGB）

5．控制水垢的形成第一节水源及水处理1.粘土膨胀2.机械杂质3.微粒运移4.细菌堵塞5.反应沉淀物6.原油1.溶解氧2.CO、CO23.H2S4.细菌1.无机垢2.有机垢（三）注入水水质推荐标准

第一节水源及水处理注入层平均空气渗透率，µm2

<0.10.1～0.6>0.6标准分级A1A2A3B1B2B3C1C2C3控制指标悬浮固体含量，mg/L<1<2<3<3<4<5<5<6<7悬浮物颗粒直径中值，µm<1<1.5<2<2<2.5<3<3<3.5<4含油量，mg/L<5<6<8<8<10<15<15<20<30平均腐蚀率，mm/a<0.076点腐蚀A1、B1、C1级：试片各面都无点腐蚀A2、B2、C2级：试片有轻微点腐蚀A3、B3、C3级：试片有明显点腐蚀SRB，个/mL0<10<250<10<250<10<25铁细菌，个/mLn×102n×103n×104TGB，个/mLn×102n×103n×104执行SY/T5329-94(碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法)标准应遵循的原则：（1）控制指标优先原则。水质主要控制指标（悬浮固体含量、悬浮物颗粒直径、含油量、平均腐蚀率、点腐蚀、SRB、铁细菌、TGB）首先应达到要求。在主要控制指标已达到注水要求的前提下，若注水又较顺利，可以不考虑辅助性指标（①溶解氧；②侵蚀性CO2；③H2S；④pH值；⑤总铁含量），否则应查其原因，并进一步检测辅助性指标。第一节水源及水处理（2）标准分级原则。三类油层指标各自分级，先严后松，逐级放宽。新投入注水开发的油藏或新建注水站应执行一级标准（A1、B1、C1），而建站时间较长或实际水处理能力已超过原设计能力或高含水期可执行二级标准（A2、B2、C2），甚至三级标准。（3）具体油田标准原则。各油田应借鉴而不是照搬行业标准，应根据油层的具体特性和生产实际情况，科学制定切合实际的水质标准，各油田的水质标准是不完全一致的。

第一节水源及水处理四、注入水处理技术（一）常用水处理措施

1.沉淀主要是除去机械杂质（固体颗粒）。在沉淀池（罐）内依靠重力沉淀。

迂回挡板：增加沉降时间

聚凝剂：加速沉淀

常用硫酸铝

第一节水源及水处理2.过滤

除去少量很细的悬浮物和细菌(除铁)，过滤设备常用过滤池或过滤器。

重力式滤池压力式滤罐（常用）

过滤池第一节水源及水处理原水通过高位进水分配槽由进水管经挡板进入滤料层，过滤后的水由连通渠进入水箱并从出水管排出净化水。当滤层截留物多，阻力变大时，水由虹吸上升管上升，当水位达到虹吸辅助管口时，水便从此管中急剧下落，并将虹吸管内的空气抽走，使管内形成真空，虹吸上升管中水位继续上升。此时虹吸下降管将水封井中的水也吸上至一定高度，当虹吸上升管中水与虹吸下降管中上升的水相汇合时，虹吸即形成，水流便冲出管口流入水封井排出，反冲洗即开始。因为虹吸流量为进水流量的6倍，一旦虹吸形成，进水管来的水立即被带入虹吸管，水箱中水也立即通过连通渠沿着过滤相反的方向，自下而上地经过滤池，自动进行冲洗。冲洗水经虹吸上升管流到水封井中排出。当水箱中水位降到虹吸破坏斗缘口以下时，虹吸破坏管即将斗中水吸光，管口露出水面，空气便大量由破坏管进入虹吸管，破坏虹吸，反冲洗即停止，过滤又重新开始。\重力式无阀滤池-过滤过程.swf重力无阀滤池是利用水力学原理，通过进出水的压差自动控制虹吸产生和破坏，实现自动运行的滤池杂质含量小于2mg/L合格压力式滤罐滤池完全密封，水在一定压力下通过滤池。过滤速度：指在单位时间内，从单位面积滤池通过的水量，m/h。慢速滤池：滤速为0.1～0.3m/h。快速滤池：滤速在15m/h以上。

石英砂、大理石屑、无烟煤屑、硅藻土，悬浮杂志、聚凝物、细菌拦阻在滤料层表面3.杀菌

为防止水中藻类、铁菌或硫酸还原菌堵塞油层和腐蚀管柱。常用的杀菌剂有氯或其它化合物。一般选用两种以上杀菌剂，以免细菌产生抗药性。

5.曝晒水源中含有过饱和碳酸盐（如重碳酸钙、重碳酸镁和重碳酸亚铁等）时，注入地层后由于温度升高可能产生碳酸盐沉淀而堵塞油层。因此需预先进行曝晒处理将碳酸盐沉淀下来使水质稳定。此法常在露天的沉淀池中进行。第一节水源及水处理4.脱氧

地面水中总是溶有一定量的氧，有的水源还含有碳酸气和硫化氢气体。氧是造成注水系统腐蚀的最主要最直接的因素。（1）化学除氧：最常用的是亚硫酸钠。（2）气提脱氧（天然气逆流冲刷）（3）真空脱氧

气提脱氧和真空脱氧都属于物理法脱氧，达不到最终的含氧指标时，应采用化学除氧或其它措施来弥补。

第一节水源及水处理真空脱氧

气提脱氧6.除油采出水中含有少量滴状的悬浮油（100～200mg/L），且这些油粒的直径很小（浮油粒度中值>100μm、分散油粒度中值10～100μm、乳化油粒度中值<10μm）。重力分离和气体浮选（气浮法）是基本的除油方法，必要时可加混凝剂。（1）重力分离大多数水处理设备使用重力分离。（2）气体浮选把小直径气泡注入到水中，气泡与悬浮在水流中的油滴接触，使它们像泡沫一样上升到水面。第一节水源及水处理（二）水处理工艺

水源不同水处理工艺也不同。1.地面水处理工艺地面水水质的主要问题是泥砂含量高，溶解氧含量高。除悬浮物和脱氧是主要的处理措施。

第一节水源及水处理2.海水处理工艺海水处理可分为净化及脱氧两大部分。净化部分目前一般采用多级过滤净化处理，脱氧部分可用真空、气提和化学方法进行单级或多级脱氧。3.地下水处理工艺

地下水水质主要矛盾是含有铁、锰矿物和悬浮固体。第一节水源及水处理4.采出污水处理工艺污水回注优点：①污水中含表面活性物质，能提高洗油能力；②高矿化度污水回注后，不会使粘土颗粒膨胀而降低渗透率；③污水回注保护了环境，提高了水的利用率。主要是除去油及悬浮物。一般污水处理的过程包括沉降、撇油、絮凝、浮选、过滤，加抑垢、防腐、杀菌等化学药剂。

第一节水源及水处理四、注水地面系统水源泵站水处理站注水站注水井配水间1.注水站

第一节水源及水处理水源井供水站注水站配水间水井地层主要作用：将来水升压，以满足注水井对注入压力的要求工艺流程：来水进站→计量→水质处理→储水灌→泵出主要设施：储罐：储备作用、缓冲作用、分离作用高压泵组：流量计：分水器：

第一节水源及水处理2.配水间

作用：调节、控制和计量一口注水井注水量

主要设施：分水器、管汇、压力表、流量计

3.注水井

作用：提供使供注水量进入地层的通道

主要设施：井口装置、井下管柱第一节水源及水处理五、注水井投注程序排液→洗井→试注→正常注水1.排液目的：清除油层内的堵塞物，在井底附近造成适当的低压带，为进水创造有利条件，并利用部分弹性储量，减少注水井排或注水井附近的能量损失，有利于注水井排拉成水线。排液时间可根据油层性质和开发方案来决定，排液的强度以不损伤油层结构为原则。第一节水源及水处理2.洗井目的：把井筒内的腐蚀物、杂质等污物冲洗出来，避免油层被污物堵塞。

洗井方式

正洗：油管进，环空出反洗：环空进，油管出3.试注

目的：确定能否将水注入油层、录取资料、注水措施4.转注

按配注要求正常注水第一节水源及水处理2.洗井目的：把井筒内的腐蚀物、杂质等污物冲洗出来，避免油层被污物堵塞。

正洗：油管进，环空出反洗：环空进，油管出3.试注目的：确定能否将水注入油层、录取资料、注水措施4.转注

按配注要求正常注水2.洗井目的：把井筒内的腐蚀物、杂质等污物冲洗出来，避免油层被污物堵塞。

正洗：油管进，环空出反洗：环空进，油管出第二节吸水能力分析一、反映吸水能力的基本概念

1.指示曲线稳定流动条件下，注入压力与注水量之间的关系曲线。

2.吸水指数

单位注水压差下的日注水量。第二节吸水能力分析3.视吸水指数日注水量与井口压力的比值。4.比吸水指数吸水指数与地层有效厚度的比值。主要用于不同地层吸水能力的对比分析。5.相对吸水量在同一注入压力下，某一层吸水量占全井吸水量的百分数。它表示了各小层相对吸水能力的大小。第二节吸水能力分析二、影响吸水能力的因素（1）与注水井井下作业及注水井管理操作等有关的因素（2）与水质有关的因素（①腐蚀与垢；②微生物，如SRB菌、铁菌等）；③泥砂等杂质；④不稳定盐类，如重碳酸盐）（3）组成油层的粘土矿物遇水后发生膨胀（4）注水井地层压力上升堵塞物一般为硫化亚铁、氢氧化铁、碳酸钙、泥质、藻类与细菌等。第二节吸水能力分析1．铁的沉淀

主要是氢氧化铁和硫化亚铁

氢氧化铁沉淀电化学腐蚀：Fe2+

水解→Fe(OH)2，

Fe(OH)2氧化→Fe(OH)3

铁菌的代谢作用：硫化亚铁沉淀被SRB菌还原成H2S，H2S+Fe2+→FeS+2H+当注入水含有硫化氢时，其腐蚀变得更加严重。

第二节吸水能力分析2．碳酸盐沉淀

注入水溶解有碳酸氢钙、碳酸氢镁等不稳定盐类时，水中游离的二氧化碳、碳酸氢根及碳酸根在一定的条件下，保持着一定的平衡关系：

当水注入油层后，由于温度升高，将使碳酸氢盐发生分解，平衡左移，当水中含有大量的钙离子Ca2+时，在一定条件下CaCO3从水中析出。

在水中SRB菌的作用下，产生反应：

3．细菌堵塞：菌体本身及代谢产物均会造成油层堵塞4．粘土膨胀

第二节吸水能力分析2．碳酸盐沉淀

3．细菌堵塞：菌体本身及代谢产物均会造成油层堵塞4．粘土膨胀

三、防止吸水能力下降的措施提高井下作业质量保证水质符合要求加强注水系统管理四、改善吸水能力的措施压裂增注：压裂规模不宜过大，并注意裂缝方位，以免引起水窜，降低波及效率。酸化增注：对无机堵塞物，通常用盐酸或土酸处理，也可根据油层具体情况采用其它酸处理方法，如醋酸缓冲；对有机堵塞物（藻类和细菌），通常用杀菌剂。注入防膨剂：包括无机盐类、无机物表面活性剂、离子型表面活性剂、无机盐和有机物混合的处理剂。

第二节吸水能力分析五、分层吸水能力测试方法

同位素载体法井温法投球测试浮子流量计测吸水剖面分层测试用各层的相对吸水量来表示分层吸水能力的大小

用分层测试整理分层指示曲线，并求得分层吸水指数来表示分层吸水能力的好坏

第二节吸水能力分析1.放射性同位素载体法测吸水剖面

（1）测基线-自然伽马；（2）水中加入放射性同位素（如Zn65、Ag110等），正常注水；（3）沿井筒测放射性强度（吸水剖面）；（4）计算相对吸水量。

第二节吸水能力分析2.投球法分层测试（1）测全井指示曲线井下各注水层段在该井下管柱条件下同时吸水时，注水压力（用井口压力）和全井吸水量的关系曲线。

第二节吸水能力分析注水压力/MPa109876层段注水量/m3·d-1全井741671602533465（2）投球测分层指示曲线

第二节吸水能力分析注水压力/MPa109876层段注水量/m3·d-1全井7416716025334651+2396351313272232注水压力/MPa109876层段注水量/m3·d-1全井7416716025334651+23963513132722321124110968369（3）资料整理第二节吸水能力分析注水压力/MPa109876层段注水量/m3·d-1全井7416716025334651+2396351313272232112411096836922722412171891633345320289261233（4）分层指示曲线的压力校正注入水通过油管、水嘴和打开节流器阀时要产生压力损失，所以各小层真正对注水有效的井口压力要小于测试时得到的实测井口压力。

有效井口压力：真实流压：

第二节吸水能力分析3.浮子式流量计法4.井温测井法第二节吸水能力分析第二节吸水能力分析分层注水管柱油层油层人工井底油层偏心配水器球座死堵封隔器封隔器偏心配水器尾管分层注水井井下工艺管柱筛管第二节吸水能力分析封隔器扩张式封隔器

依靠注水时内外形成压差，使胶筒本身扩张实现座封；依靠返洗井形成的压差，使胶筒收回实现解封。压缩式封隔器

该封隔器油管内加压即可实现座封，内设座封锁定装置，保持封隔器处于座封状态，上提管柱即可实现解封，该型号封隔器设有洗井通道，可实现反洗井。第三节注水指示曲线的分析和应用

一、指示曲线的几种形状

4、1、5为直线型2、3、6、7折线型二、用指示曲线分析油层吸水能力的变化并判断井下配水工具的工况

1.几种典型曲线

现象：曲线右移，斜率变小，地层吸水能力增强

原因：①如实施洗井或酸化、压裂等作业；②井下配水嘴脱落；③水嘴刺大；④底部阀不密封。

第三节注水指示曲线的分析和应用

现象：曲线左移，斜率变大，地层吸水能力下降

原因：①地层被污染而受到堵塞；②水嘴堵塞。第三节注水指示曲线的分析和应用

2.判断封隔器的密封性①第（最上）一级封隔器失效的判断

正注井：油、套压平衡；或注水量突然增加，油压相应下降（或稳定），套压上升。合注井：油、套压平衡；改正注后，套压随油压变化而变化。

②第一级以下各级封隔器密封性的判断

若油压下降（或稳定），套压不变，注水量上升，哪一级不密封，则要通过分层测试来验证。

第三节注水指示曲线的分析和应用

三、配注准确程度和分配层段注水量检查

1.检查配注准确程度

配注误差为正：实际注水量未达到设计注水量，称欠注；配注误差为负：实际注水量超过配注量，为超注。

配注误差在某一规定范围内，则该层称为合格层；否则称为不合格层。不同性质的注水层段有不同的配注误差合格标准。

第三节注水指示曲线的分析和应用

2.分配层段注水量

正常注水时一般只测得全井注水量

步骤：（1）用近期的分层测试资料整理成层段指示曲线；（2）在曲线上求出目前正常注水压力下各层注水量及全井注水量；（3）计算此注水压力下各层段的相对注水量；（4）分配层段注水量；目前某层段注水量=某层段相对注水量×全井实测注水量

第三节注水指示曲线的分析和应用

【例】某注水井分三个层段注水，各层段指示曲线如下图所示。正常注水井口压力为8.5MPa，目前全井注水量为230m3/d，求3个层段目前的注水量。

第三节注水指示曲线的分析和应用

解：

①由各层段指示曲线上查出8.5MPa下各层段的注水量和全井注水量，并计算出各层段相对注水量

层段ⅠⅡⅢ全井注水量，m3/d885181.5220.5相对吸水量39.923.137.0100②计算层段注水量第Ⅰ层段日注水量=230×39.9%=91.7m3/d第Ⅱ层段日注水量=230×23.1%=53.2m3/d第Ⅲ层段日注水量=230×37.0%=85.1m3/d第三节注水指示曲线的分析和应用

①由各层段指示曲线上查出8.5MPa下各层段的注水量和全井注水量，并计算出各层段相对注水量

②计算层段注水量第Ⅰ层段日注水量=230×39.9%=91.7m3/d第Ⅱ层段日注水量=230×23.1%=53.2m3/d第Ⅲ层段日注水量=230×37.0%=85.1m3/d四、分层配水嘴的选择与调配

1.嘴损曲线

配水嘴尺寸、配水量和通过配水嘴的节流损失三者之间的关系曲线，由实验室模拟实验确定。

不同的配水器有不同的嘴损曲线

KGD-110配水器的嘴损曲线

第三节注水指示曲线的分析和应用

2.确定层段注水量

注水井的分层定量配水是通过配水嘴来实现的，因此，分层定量配水可以归结为选择配水嘴问题。分层配水的实质是在井口压力相同的情况下，利用配水嘴节流损失的大小对各层段的注水量进行控制，达到分层定量配水的目的。因此，可以通过配水嘴需要降低的压力值（即嘴损）来求得配水嘴尺寸。

第三节注水指示曲线的分析和应用

3.确定水嘴直径

新投注井，在投注前先用475-8封隔器和745-5定压单流阀等组成的管柱进行分层测试（即各层段不加水嘴）。然后用此测试资料选择水嘴。已注水的井，用正常注水之管柱（即各层段已带有水嘴）进行分层测试，查各层段水嘴大小能否达到配注要求。

注水层段水嘴直径选择有两种类型第三节注水指示曲线的分析和应用

第三节注水指示曲线的分析和应用

（1）新投注井水嘴选择方法用745-5定压单流阀等组成的注水管柱进行投球测试。整理出分层及全井指示曲线（按实测井口注水压力绘制）。用各层段配注量在分层指示曲线上查得各层的配注压力。用已确定的井口压力减分层配水压力就可得各层的井口嘴损。根据各层需要的嘴损和配注量，在相应的觜损曲线上即可查得应选用的水嘴大小和个数。

（2）带有水嘴井的水嘴调配根据下入管柱投球测试资料整理出各层段的指示曲线；根据分层配注的要求，在层段指示曲线上求出相应的井口分层配注压力

po；

根据实际情况确定（设计）一个井口注入压力pd

求出水嘴损失△pcf=po-pd

由嘴损曲线求出水嘴直径。第三节注水指示曲线的分析和应用

第三节注水指示曲线的分析和应用

步骤：确定目前注水量Qo下水嘴损失。确定△pcf。若

Qo