西南石油采油工程课件第五章 注水

1、第五章 注 水 Water Injection,注水开发是最重要的油田开发方式。,注水是一种二次采油方法。通过注水井向地层注水，将地下原油驱替到生产井，增加原油的采收率。,注水保持压力是一项工艺技术。把水注入油藏，补充油藏原有的天然能量，改善油田的生产特性。,注好水（质）注够水（量）和有效注水是注水工程的基本任务。,水质,水源及水处理,注水井动态,注水工艺,主 要 内 容,第一节 水 质,注水中油层伤害原因及机理,注水水质的基本要求,水质的指标体系,注入水水质标准,注水中油层伤害原因及机理,注水中油层伤害的原因：,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

2、塞,油层伤害表现在：,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,注入水与地层水不配伍,铁的沉淀机理：, 注入水经地面管线到井底，含铁量显著增加。,注入水与地层水不配伍, 腐蚀产物主要是氢氧化铁和硫化亚铁。,注入水与地层水不配伍,氢氧化铁沉淀生成机理：,Fe2+氧化生成,铁菌的代谢作用产生,注入水与地层水不配伍,硫化亚铁沉淀生成机理：,水中硫化氢H2S与Fe2+生成,水中硫酸盐菌还原成H2S，与Fe2+生成,注入水与地层水不配伍,碳酸盐沉淀的机理：, 重碳酸钙、重碳酸镁等不

3、稳定盐类，由于温度变化，析出沉淀。, 在硫酸盐还原菌作用下，生成CaCO3沉淀。,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,注入水与储层岩石矿物不配伍,油层伤害表现在：, 流速影响 温度变化影响 压力变化影响,注入条件变化,油层伤害表现在：, 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,不溶物造成地层堵塞,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,水质的指标体系,五类指标：, 溶解气 生物类 矿

4、物类 相关指标 综合类,溶解在水中的O2、CO2和 H2S的浓度 单位：mg/L,溶解气,生物类,描述菌类及种菌的含量 单位：个/mL,硫酸盐还原菌（SRB） 一种厌氧条件下使硫酸盐还原成硫化 物，以有机物质为营养的细菌。 生成环境：PH=7.07.5，温度为2035C。 危害：产生H2S并与铁作用形成FeS沉淀和产生粘液物，强化垢的形成。,铁细菌 多种细菌的总称，是好氧性细菌和兼性细菌。 生成环境：水中含有亚铁、氧和有机物，总铁量在16mg/L的水中，温度为2225oC。 危害：促成二价铁氧化成Fe3+，产生氢氧化铁沉淀；粘液物质形成浓度差电池腐蚀。,腐生菌 一类好氧“异养”型的细菌，存在分

5、布较广。 生成环境：存在分布较广。 危害：与铁细菌大体相同。,阳离子：钙、镁、铁、钡（锶）离子 阴离子：氯根、碳酸根和碳酸氢根及硫酸根,矿物类,相关指标,PH值 温度 含油：mg/L, 悬浮固体含量 悬浮固体颗粒直径 平均腐蚀率 总铁含量 膜滤系数MF 总矿化度,综合类,注入水水质标准, 注水水质标准沿革 SY/T5329-94标准规范 执行标准的原则 水质标准的制定方法,注水水质标准沿革, 沿用前苏联二项指标（悬浮物，含铁量）, 七十年代末提出的“五指标、三要求”的建议, 六十年代中期，增加含油量指标, 88年底，我国首次颁布SY5329-88注水水质标准, 95年，修订为SY/T5329-

6、94标准,SY/T5329-94标准规范, 水质主要控制指标：悬浮物颗粒直径、悬浮固体含量、含油量、平均腐蚀率、SRB、铁细菌、腐生菌、点腐蚀等指标。, 水质基本要求：水质稳定；不使粘土矿物产生水化膨胀或悬浊；配伍性好；低腐蚀、低悬浮；水源选择评价合标准。, 辅助性指标：溶解氧、侵蚀性CO2、H2S、PH值、总铁含量等指标。,执行标准的原则, 控制指标优先原则,水质主要控制指标首先应达到要求。 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。,执行标准的原则, 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（A

7、1、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。,执行标准的原则, 实际油田，具体标准原则,各油田应借荐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。,水质标准的制定方法, 获取油层岩性、油层水、注入水（水源水）资料,测定水的温度、密度、粘度,悬浮固体浓度及颗粒分布、腐生菌、硫酸盐还原菌、铁细菌和平均腐蚀率等。,测定注水层位岩心的渗透率、孔道分布规律、粘土矿物组成及其含量，岩心的阳离子交换量以及水敏指数。,测定注入水及油层水中的阴离子的浓度，分析溶解

8、气浓体度及PH值等参数。,水质标准的制定方法, 水的配伍性评价,含钡、锶、钙离子的水与含有硫酸根离子的水混合时，经试验后不能生成沉淀时才能注水，否则应进行水质处理。BaSO4结垢量控制指标为BaS042.5mg/L。 二价硫离子含量高的水与含有二价铁离子的水混注时，必须考虑硫化亚铁结垢问题。 含碱度较高的水与含钙、镁、钡、锶、铁（Fe2+）等离子的水相混或当水中游离二氧化碳含量较高，或二氧化碳逸出使水的PH值升高时，应考虑碳酸盐结垢问题。,根据化学的溶度积原理，初步判断各离子在水中的稳定性。 C.E.C值大于0.09mmol/g（按一价离子计算）时，就不能忽视粘土的水化膨胀。 采用注入层岩心进

9、行水驱实验，了解粘土矿物的水化膨胀程度为注水时是否需要防膨提供依据。,水质标准的制定方法, 水中悬浮物的不同处理程度对岩心伤害试验,固相含量变化与岩心渗透率变化的关系试验。 含油量变化与岩心伤害关系。 固相颗粒直径中值与岩心伤害关系。 悬浮物（固相+含油）不同标准分级各指标系列与岩心的伤害关系,水质标准的制定方法, 注入水水质指标方案设计,对注入水水质指标进行概念设计，并尽可能向行业标准靠近，概念设计方案可提供二到三个方案。 结合油层伤害程度的定量关系、吸水能力随时间的变化规律等预测注水井的吸水能力，讨论不同方案的配注指标实现程度。 水质指标方案的水质处理可行性研究。 结合开发方案、注水工艺技

10、术现状、水处理费用等优选出一套水质指标的试注方案。, 试注,第二节水源及水处理,水源选择,水处理基本措施,水处理基本流程,水源选择, 水源类型 地下水：水量稳定，水质不受季节影响，矿化度较高。 地表水：矿化度低，泥砂含量高，溶解氧充足，水量受季节变化。 油田污水：偏碱性，硬度低，含铁少，矿化度高，含油量高和胶体物含量高，悬浮物组成复杂,油田注水的主要水源。,水源选择, 水源类型 海水：高含氧和盐，腐蚀性强，悬浮固体颗粒随季节变化,水源丰富。 混合水：混合水指上述二种或三种以上水源相混合的水。大多数情况是含油污水与其它水源混合注入地层。,水源选择, 水源选择原则 充足的水量，且供水量稳定。 良好

11、或相对良好的水质，且水处理工艺相对简单或水处理经济技术可行。 含油污水优先，以减少环境污染。 考虑水的二次或多次利用，减少资源浪费。,水源选择, 水源选择原则 水源总供水量：,Q1油田注水量；Q2油田辅助生产用水量 Q3油田生活用水量；Q4其它用水量,水处理基本措施, 沉淀 过滤 杀菌 脱气 除油 曝晒,沉 淀, 沉淀是让水在沉淀池（罐）内有一定的停留时间，使其中所悬浮的固体颗粒借助自身的重量沉淀下来。, Stokes沉降规律：, 提高沉降效果 足够的沉淀时间：加迂回挡板，增大流程。 加快下沉速度：加入絮凝剂，增大颗粒直径。,过滤, 过滤目的是除悬浮固体或除铁。,过滤器的种类： 不同的过滤器，

12、过滤标准或过滤对象不尽相同。, 常见的除铁方法：自然氧化法（石英砂过滤）、接触催化法（天然锰砂过滤）、人工石英砂法。,双向滤器结构示意图,1-罐体； 2-滤砂器； 3-进水管； 4-反冲洗排水管； 5-出水管； 6-反冲洗进水管； 7-配水管； 8-出水管； 9-集水筛管； 10-无烟煤滤料层； 11-石英砂滤料层； 12-磁石矿砂层； 13-卵石垫料层,压力式锰砂除铁滤罐,1-罐体； 2-滤料层； 3-垫料层； 4-集配水管； 5-进水管； 6-反冲洗排水管； 7-出水管； 8-反冲洗进水管； 9-自动排气阀； 10-排气管,杀菌,杀菌方法有化学法和物理法。,油田常用杀菌剂。,脱气,真空除氧

13、：降低压力就降低了溶解气量。,气提脱氧：用天然气或惰性气体与水逆流冲刷， 以提出水中溶解氧。,化学脱氧：化学药剂（氧化剂）与氧反应生成无 腐蚀性产物。,除去H2S和CO2：在酸性条件下，可在真空脱氧或 气提脱氧中完成。,真空式除氧塔,逆流气提式除氧,除油,重力分离：提供足够的停留时间以便油珠聚结和重力分离。,气体浮选：气泡与悬浮在水流中的油滴接触，使它们象泡沫一样上升到水面。,污水中含油分散情况有三类：浮油、分散油及乳化油。浮油稍加静置即浮到水面，分散油如果有足够的静置时间，也能浮升至水面。,水处理基本流程, 水处理系统分为闭式系统和开式系统两种。, 闭式系统是一种完全隔绝氧气的系统，适用于原

14、来就不含空气（或极少量氧），并几乎不用化学处理的系统。海水注入系统可采用闭式系统。 开式系统适用于被氧饱和的水源或需要以通气的方式除去H2S和CO2。应采用相应的隔氧技术。,地下水处理流程,主要是含有铁、锰矿物、高矿化度及悬浮固体。 地下水处理流程：,1-水源井；2-深井泵；3-锰砂除铁滤罐； 4-石英砂滤罐；5-缓冲水罐；6-输水泵；7-输水管线,采出水处理流程,主要是含油、悬浮颗粒、细菌。 采出水处理流程：,1-降油罐；2-单阀过滤罐； 3-缓冲水罐；4-输水泵；5-注水罐； 6-高压注水泵；7-输油泵；8-污油罐； 9-污水回收池；10-回收水泵； 11-混凝剂溶药池；12-加药泵； 1

15、3-杀菌剂溶药罐；14-加杀菌剂泵,地表水处理流程,主要是泥砂含量高，溶解氧含量高。 地表水处理流程：,海水处理流程,主要是含氧和悬浮物。 海水处理流程：,1-絮凝剂罐；2-压风机；3-砂滤器； 4-砂滤器缓冲罐；5-硅藻土滤器； 6-简式过滤器；7-提升泵； 8-气提脱氧塔；9-Na2SO3罐； 10-CoSO4罐；11-过滤器辅助箱,第三节注水井动态,基本概念,注水井的注入量,吸水能力因素分析,注水指示曲线分析与应用,基本概念, 流度比 吸水指数 视吸水指数与比吸水指数 相对吸水量 注水井指示曲线 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油的流度之比值。, 在见水

16、前，一个开发区流度比将一直不变；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。人工注水时的流度比范围为0.022.0。,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。,视吸水指数,视吸水指数指日注水量与井口注入压力之比，单位用m3/MPa.d。,比吸水指数指单位油层厚度上的吸水指数或称“每米吸水指数” 。,比吸水指数,相对吸水量,对于多层注水井，相对吸水量指在相同条件下某小层的吸水量与全井吸水量之比。,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

17、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法。 井温测试可确定井下吸水层位。,吸水剖面,I,II,III,注水井的注水量, 单井注水量方程：,Qw注水量或吸水量，m3/d Kw水的有效渗透率，10-3m2 h吸水层段有效厚度，m Piwf-Pr注水压差，kPa Bw水的体积系数 w水的粘度，mPa.s S注水井综合表皮系数 Re水前缘半径，m rw井筒半径，m,注水指示曲线分析与应用, 常见指示曲线 用指示曲线分析油层吸水能力变化 井下工具

18、管柱工况判断 检查配注准确程度和分配层段注水量,常见指示曲线,曲线1：直线递增式，反映了地层的吸水规律。 曲线2：垂直式，曲线出现在油层渗透性极差的情况，或测试故障或水嘴堵死。 曲线3：递减式，是一种不正常的曲线。,常见指示曲线, 曲线4：曲折式，反映仪器设备有问题。 曲线5：上翘式，与仪表、操作、设备、油层性质有关。 曲线6：折线式，表示有新油层在注水压力较高时开始吸水，或地层产生微小裂缝。,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。,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。,指示曲线分析油层吸水能

19、力变化,指示曲线平行上移，斜率不变： 吸水能力未变，地层压力升高。,指示曲线分析油层吸水能力变化,指示曲线平行下移，斜率不变： 吸水能力未变，而是地层压力下降所致。,井下工具管柱工况判断,检查配注准确程度和分配层段注水量,注水工艺, 注水工艺参数设计 注入系统 实施注水 注水井工艺措施,第四节 注水工艺,注水工艺参数设计, 注水量预测与设计 注水压力设计 注水温度预测与设计 注水井节点系统分析,注水量预测与设计, 不同含水阶段日注水量, 单井平均日注水量,N全油田注水井数，口 Qo产油量，t/d B注采比 C注水系数，取C=1.01.2 B0原油体积系数 fw含水率，%（重量百分比） 0地面原

20、油密度，t/m3 w注入水密度，t/m3 Qw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/d d实验岩芯直径，cm h油层厚度，m rw井眼半径（射孔井为孔眼端部距井中心距离），cm qc实验岩心的临界流量，cm3/min,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110%。, 注水压差：,注水压力设计,注水井井口压力：,pf油管摩阻损失，MPa

21、ph井筒静水压头，MPa p配水器嘴流损失，MPa,注水井节点系统分析,分析步骤：, 按注水井动态方程绘制IPR曲线； 绘制油管流动曲线或不同管径注水压力梯度线； 将IPR和油管曲线联合，获得合适的注水压力、 注水量或油管直径； 按系统分析方法获得其他相关的工艺参数；,注水井节点系统分析,注水IPR与油管曲线,砾石充填注水井压降曲线,注入系统, 注水井 注水管网 注水站 系统效率,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、配水间、井口、井下配水管柱及相连管网组成。,注水井, 生产井转成

22、的井：低产井、特高含水油井或边缘井。 专门钻的井：有时，因转换注水井的费用会比钻新注水井的费用高。 多个注水井构成注水井组，注水井组的注入由配水间来完成。,注水井,典型注水井井口和注水管线连接方式,注水井,注水井井下系统,注水管网, 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的规模、管辖范围或输水距离的依据。,注水管网, 管道运行费：, 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。,注水站, 是注水系统的核心，注水站场设计包括确定总注水量

23、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。,QZ 注水站用水量，m3/d Qw 注水站注水总量，m3/d Qx 日洗井水量，m3/d Qf 日附加用水量，m3/d,注水站,注水站压力设计：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,系统效率, 地面注入系统效率：指注水站到井口的效率，包括注水泵机组效率及注水管网的效率。,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, 注入系统效率：,注注水系统效率 地地面注入系统效率 供供

24、水系统效率 井井筒流动系统效率 藏油藏流动系统效率,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要参数及检验水质标准的适应性。, 转注：对于特高含水的采油井，有时改为注水井即转注。,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和分层配水。,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三者之间的定量关系曲线。,分层配水, 嘴损曲线法选择水嘴： 据测试资料绘制分层吸水指

25、示曲线 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 计算各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,d1原用水嘴直径，mm d2需调整水嘴直径,mm Q0原注入量，m3 Q1配注量，m3,注水工艺, 注水井工艺措施分类 改变注水井工作制度的工艺措施 注水井调剖技术 粘土控制技术,注水井工艺措施,注水井工艺措施分类, 工艺措施包括： 改变注水井工作制度的措施 注水井增注措施 注水井调堵措施 粘土控制措施,增压注水, 增压注水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。,

26、实现增压注水：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。, 提高注水压力后，不能保证达到各层吸水能力均衡增加。,改变注水井工作制度的工艺措施,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。,周期注水, 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，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，是采用周期注水方法的必要条件。,周期注水, 注水量的波动幅度因数