采油工艺原理教学课件-第五章油田注水(PPT 65页)

1、 第五章 油田注水油田注入开发的优点：（油田开发为什么要注水） 1.水压驱动方式在各种驱动方式中采收率最高; 2. 注水的目的:给油层补充能量，使油层压力保持不变，延长自喷采油期，提高油田开发速度，提高采收率。1第1页，共65页。目录第一节 水源选择与水质要求第二节 注水系统分析第三节 分层注水技术第五节、指示曲线的分析和应用2第2页，共65页。第一节 水源选择与水质要求一、水源选择1.基本原则：1）水质处理工艺简便，经济合理； 2）满足油田注水设计要求的最大注水量。 油田需求的总水量 Q=Q1+Q2+Q3+Q4 Q1油田注水量； 无污水处理回注Q1=采出量， 有污水处理回注Q1=（1.51.

2、7）采出量。Q2油田辅助生产用水量； Q4其它用水量；Q3油田生活用水量。3第3页，共65页。2注入水源类型：淡水和咸水及采出水三大类水源地面水、河床等冲积层水、地下水层水地下水层水、海水地面水 水量、水质不稳定，高含氧、杂质多河床等 水量、水质稳定，含氧稳定，杂质少冲积层水地下水层水 性能稳定，矿化度高海水 含氧量高，杂质高，处理困难水源类型 特点4第4页，共65页。分散颗粒 溶解物（低分子、离子） 胶体颗粒悬浮物颗粒大小 0.1毫微米 1毫微米 10毫微米 100毫微米 1微米 10微米 100微米 1毫米外 观透 明光照下混浊混 浊肉眼可见 油田污水中杂质种类及性质和原油生成地质条件、注

3、入水性质、原油集输处理条件等因素有关。并与回收的洗井回水、钻井污水、作业污水的成分有关.从总体上讲油田污水是一种含有固体杂质、液体杂质、溶解气体和溶解盐类等较复杂的多相体系。从颗粒大小和外观来看可按表1-2-1进行分类。 污水中杂质分类 表 1-2-1采出水杂质分类（河南油田） 5第5页，共65页。原水中的细小杂质，按油田污水处理的观点，可以分为五大类。 1. 悬浮固体 其颗粒直径范围取1100m，此部分杂质主要包括：泥沙 、各种腐蚀产物及垢 、细菌 、有机物 。2. 胶体 粒径为110-31m，主要由泥砂、腐蚀结垢产物和微细有机物构成，物质组成与悬浮固体基本相似。 3. 分散油及浮油 污水原

4、水中一般有5001000mg/l 左右的原油，偶尔出现瞬时20005000mg/l的峰值含油量，其中90%左右为直径10100m的分散油和大于100m的浮油。 6第6页，共65页。4. 乳化油 原水中含有10%左右的110-310m的乳化油。 5. 溶解物质 在污水中处于溶解状态的低分子及离子物质，主要包括：溶解在水中的无机盐类,主要包括Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Fe2+、Cl-、HCO3-、CO32-等阴阳离子和溶解的气体如溶解氧、二氧化碳、硫化氢、烃类气体等 。7第7页，共65页。二、注入水的水质要求1. 注水水质基本要求 注水水质必须根据注入层物性指标进行优选确定。通常要求：在运

5、行条件下注入水不应结垢；注入水对水处理设备、注水设备和输水管线腐蚀性要小；注入水不应携带超标悬浮物，有机淤泥和油；注入水注入油层后不使粘土发生膨胀和移动，与油层流体配伍性良好。 注得进； 不堵塞油层，不产生沉淀； 对注水设备和管线腐蚀性小； 配伍性好，具有良好的洗油能力。 8第8页，共65页。现将石油天然气行业标准碎屑岩油藏注水水质推荐指标SY/T 5329-94水质主控指标示于表1-3-1。由于净化水主要用于回注油层，所以污水处理工艺必须设法使净化水达到有关注水水质标准。 2. 注水水质标准9第9页，共65页。推荐水质主要控制指标 表1-3-1 注入层平均空气渗透率(10-3 m2)0.10

6、0.10.60.6标准分级A1A2A3B1B2B3C1C2C3控制指标悬浮固体含量，mg/L1.02.03.03.04.05.05.07.010.0悬浮物颗粒直径中值，m1.01.52.02.02.53.03.03.54.0含油量，mg/L5.06.08.08.010.015.015.02030平均腐蚀率，mm/a0.076点腐蚀 1. A1、B1、C1级；试片各面都无点腐蚀； 2. A2、B2、C2级；试片有轻微点蚀； 3. A3、B3、C3级；试片有明显点蚀；SRB菌，个/mL010250102501025铁细菌，个/mLn102n103n104腐生菌，个/mLn102n103n104注：

7、 1n10 清水水质指标中去掉含油量 新投入开发的油田、新建污水处理站，注水水质根据油层渗透率高低要分别执行相应分级（A1、B1、C1）标准。 10第10页，共65页。3. 注水水质辅助性指标 除了上述对注水注水水质的主要控制指标外，SY/T 5329-94还对注水水质的辅助性指标作出指导性规定。辅助性指标主要包括：（1）溶解氧：一般情况要求，油田污水溶解氧浓度小于0.05mg/l，特殊情况不能超过0.1mg/l。清水中的溶解氧含量要小于0.50mg/l。 （2）硫化氢：通常清水中不应含硫化物，油田污水中硫化物含量应小于2.0mg/l。 （3）侵蚀性二氧化碳：一般要求侵蚀性二氧化碳含量为： C

8、O21.0mg/l。 （4） PH值：水的PH值应控制在70.5为宜。 （5）铁 ：当水中含亚铁时， 若有细菌滋生或含有H2S时，水质将不稳定。( 铁的含量不超过0.5毫克/升；)11第11页，共65页。取水泵房自然沉淀池加药澄清池过滤池杀菌装置脱氧装置清水池送水泵房 注水站 图2.1 一般较完善的水处理流程示意图三、常用的几种水处理方法(作专题讲见河南油田资料)（一）注入水处理的一般工艺流程12第12页，共65页。二、注水地面系统：注水井水源 水处理站注水站配水间 图2-2 油田注水的一般工艺流程示意图13第13页，共65页。1、注水站（1）注水站的工艺流程14第14页，共65页。三、注水井

9、的投注 投注程序：排液放喷、洗井、试注。 (一)排液 目的： 清除井底周围油层内污物的堵塞， 在井底附近的造成一个低压带。 (二)洗井 目的：清除井底的腐蚀物及杂质。 洗井方式：正洗、反洗、循环洗井 (三)试注 目的：确定吸水能力的大小。15第15页，共65页。第二节 注水系统分析一、反映吸水能力的几个指标1、注水井指示曲线：在稳定流动条件下，注入压 力与注水量之间的关系曲线。 分层指示曲线：各分层注入压力（经过水嘴后的 压力）与分层注水量之间的关系。注入压力 98kPa注水量分层指示曲线16第16页，共65页。正常注水时，不可能经常关井测静压，故吸水指数可用下式表示： 吸水指数=两种工作制度

10、下的日注水量之差/相应两种 工作制度下流压之差2、吸水指数：单位压差下的日注水量，用k来表示，单位：17第17页，共65页。 K：反映了这个地层的吸水能力的好坏，K越大 ，吸水能力越好。 3、比吸水指数： 比吸水指数= 表示：每米厚地层在单位压差下的日注水量。 用于：进行不同地层吸水能力对比分析4、 视吸水指数：KS= Pwh井口压力； 无分层注水时： 油管注水：Pwh =P套； 套管注水 ：Pwh =P油18第18页，共65页。二、影响吸水能力的因素和防止措施 1.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。 （3）组成油层的粘土矿物遇水

11、后发生膨胀。 （4）注水见效2、注水井吸水能力降低的原因及其处理方法（主要分析地层堵塞）（一）注水井吸水能力降低的原因1、Fe的沉淀（1）Fe(OH)3 沉淀的生成19第19页，共65页。原因：1）Fe+ Fe（OH）3 机理：Fe+H2O Fe(OH)2 Fe(OH)2+ O2 Fe（OH）3 当PH=44.5时，将发生明显的堵塞作用，降低地层的吸水能力 2）铁菌：机理：4Fe（HCO3）2+2H2O+O2 4 Fe（OH）3+CO2（2）FeS黑色沉淀的生成机理：2H+ +H2H2S+4H2O Fe+H2SFeS+H220第20页，共65页。2、碳酸盐沉淀 CO2+ H2O+CO3-2HC

12、O3-（重碳酸根） Ca+SO4- +CO2+8H+ CaCO3+ H2S+3H2O3细菌堵塞 硫酸盐还原菌(厌氧细菌), 铁菌. 4、粘土遇水膨胀 由蒙脱石组成的粘土矿物遇水膨胀性最大，而高岭石组成的矿物遇水膨胀性最小。21第21页，共65页。4、防止吸水能力下降的措施 油田实践表明，在注水过程中使吸水能力下降的主要原因是水质及注水系统的管理。 在注水井日常管理中应当注意以下几个方面的问题：（1）及时取水样化验分析，发现水质不合格时，应立即采取措施，保证不把不合格的水注入油层；（2）按规定冲洗地面管线、储水设备和洗井，保持管线、储水设备和井内清洁；（3）保证平稳注水，减少波动，以免破坏地层结

13、构和防止管壁上的腐蚀物污染水质和堵塞地层。22第22页，共65页。 5、改善吸水能力的措施 （1）压裂增注 压裂是实现油层增注的常用手段。可分为普通压裂和分层压裂。普通压裂适用于吸水指数低，注水压力高的低渗地层和严重污染地层，对于目的层尽可能用封隔器卡开。而对油层较厚、层内岩性差异大或多油层层面差异大，均可采用分层压裂实现增注，以改善层间矛盾。23第23页，共65页。（2）酸化增注 地层吸水能力的降低，绝大多数是由于地层堵塞引起的，因此，要恢复地层吸水能力，就必须解除堵塞。但堵塞的原因不同，采取的解堵方法也各异。酸化是注水井解堵增注的重要措施。一方面酸化可用来解除井底堵塞物，另一方面可用来提高

14、中低渗透层的绝对渗透率，原理与一般酸处理相同。24第24页，共65页。小结： 1.对水质的基本要求； 2.注水井的投注程序； 3.注水井指示曲线、 分层指示曲线、K 25第25页，共65页。 第三节 分层注水技术 分层吸水能力及测试方法 分层配水工具及管柱； 配水技术； 测试和增注技术。26第26页，共65页。一、分层吸水能力及测试方法：研究分层吸水能力的方法 实际测定一类：测定注水井的吸水剖面二类：在注水过程中直接进行分层测试两大类用相对吸水量反映分层吸水能力大小。分层测试，整理分层指示曲线 ，求得分层吸水指数来反映分层吸水能力的好坏。27第27页，共65页。测试目的：（1）了解油层或注水层

15、段的吸水能力。 （2）检查分层配水方案的准确性。 （3）作出分层指示曲线。 （4）检查封隔器及配水器工作是否正常等。吸水剖面指在一定注入压力下，沿井筒各射开层段吸收注入量的多少（即分层的吸水量）。测吸水剖面测在一定注入压力下，沿井筒各分开层段吸收注入量的多少。测吸水剖面的目的掌握各层的吸水能力，以作为全井分层配位的依据。28第28页，共65页。5、相对吸水量：在同一注入压力下，某子层量应各子层相的指标吸水剖面是指在一定注入压力下，测定各射开层段吸收注入量的多少。 相对吸水量是表示各水层相对吸水能力的指标。有了各小层的相对吸水量，就可以由全井指示曲线绘制出各小层的分层指示曲线，而不必进行分层测试

16、。29第29页，共65页。（一）放射性同位素测吸水剖面的方法 1 原理利用放射性同位素离子(如锌65、银110等) ，使其与水配制成一定浓度的活化悬浮液，注入井内，地层内各分层在吸水的同时也吸入活化悬浮液，选择的固相载体颗粒直径稍大于地层孔隙，即水进入地层深处而固相载体被滤积在岩层表面。地层吸收的活化悬浮液越多，对应该层段表面滤积的固相载体就越多，此时下入井内的放射性仪器，测得的放射性同位素的强度也相应增高。地层的吸水量与滤积载体的量及放射性同位素强度三者之间成正比关系。30第30页，共65页。图629 载体法吸水剖面曲线2分层相对吸水量(1)自然伽玛曲线与同位素曲线不重合的曲线异常部分， 即

17、为吸水层位。(2)两曲线未重合所包围的面积(即图上阴影面积)， 与相对应层段吸水量成正比，故可用不重合的阴影面积计算对应分层的相对吸水量。31第31页，共65页。（二）投球测试方法测分层指示曲线1、投球测试方法： （1）不投球测全井注水量 全井的指示曲线 （2）投球测分层注水量 测分层指示曲线2、资料整理： 例：某井共三个注水层，投球测试程序如下：（1）测全井注水量（不投球），Q=Q1+Q2+Q3（2）投第一个球（封堵第层），Q=Q1+Q2（3）投第二个球（封堵第层）, Q=Q1各层注水量的计算：第一层注水量：Q1= Q 第二层注水量：Q2= Q- Q 第三层注水量：Q3= Q- Q3、绘制分

18、层指示曲线：分层注入压力注水量之间的关系曲线。32第32页，共65页。油层封隔器配水器凡尔球IIIIIIIIIIII33第33页，共65页。油层封隔器配水器凡尔球IIIIIIIIIIII134第34页，共65页。油层封隔器配水器凡尔球IIIIIIIIIIII1235第35页，共65页。 表5-3 分层测试成果表 36第36页，共65页。注入压力 98kPa注水量第一小层第三小层第二小层注入压力 98kPa分层指示曲线此曲线为真实的指示曲线吗？（即仅仅反映地层吸水能力）应消除井下节流装置的影响，如流体通过油管、水嘴和打开节流器都要产生压力损失，所以按井口实测注水压力绘制的指示曲线，并不能反映地层

19、真实的吸水规律。如何消除井下节流装置的影响？37第37页，共65页。 3、分层指示曲线的压力校正 由上述方法测出的指示曲线，是井口注入压力与小层吸水量之间的关系曲线。而各子层的真正注入压力并不是井口注入压力，而真正对地层有效的（井口）压力要小于测试时得到的实测井口压力，且在同一注入压力下，由于各子层的水咀直径不同，也有所不同。 有效（井口）压力可有下式计算： Pef=Ppm-Pfr-Pcf-Pv - Pp 式中：Pef有效井口注水压力； Ppm实测井口注水压力； Pfr注入水通过油管时的压力损失； Pcf注入水通过咀时的压力损失；Pv注入水打开配水器节流失所产生的压力损失，如475-8封隔器，

20、Pv=0.50.7Mpa;Pp 注入水通过射孔孔眼时的压力损失；38第38页，共65页。用实测井口注入压力指示曲线不仅与地层吸水性质有关，还与井下设备和配水工具的尺寸有关；而校正后的井口真实注入压力指示曲线与井下设备和配水工具无关；39第39页，共65页。二、分层配水工具及管柱主要井下工具有：封隔器、配水器分层配水管柱有: 空心活动配水管柱 偏心配水管柱40第40页，共65页。41第41页，共65页。42第42页，共65页。几种指示曲线的形状注水量 ，立方米/日注入压力，kPa(1)(2)(3)(6)(5)(4)(1)直线式（正常）(2)垂直式（正常地层性质很差；测试仪表等不正常）(3)递减式

21、（测试仪表等不正常）(4)折线式（正常、新层）(5)上翘式（正常、不正常）(6)曲拐式（测试仪表等不正常）第五节、指示曲线的分析和应用一、指示曲线的几种形状43第43页，共65页。二、指示曲线的应用（一） 用指示曲线分析油层吸水能力的变化1 指示曲线右移：qPP2P1q1qII IqPP2P1q1qII I现象：斜率变大，K变小；原因：(1)地层深部吸水能力变差，注入水不能向深部扩散。 (2)地层堵塞。现象：斜率变小，K变大；原因：(1)油井见水以后， 使阻力减小， 引起吸水能力增大。 (2)采取增产措施后2 指示曲线向左移：44第44页，共65页。PqII I曲线上移3 曲线平行移动：II

22、I曲线下移现象：K不变，曲线平行上移；原因：（1）注水见效（注入水使地 层压力升高）（2）注采比偏大原因： 注采比偏小，油层亏空，油层压力降低了。qP现象：K不变，曲线平行下移；45第45页，共65页。注：用以上四种指示曲线求K时，都是采用真实（即有效）指示曲线进行计算。（以消除井下管柱及节流装置差异产生的影响。）（二） 用指示曲线分析井下配 水工具的工况1、封隔器失效：判断：（1）第一级封隔器失效 a：封隔器以上有吸水层：46第46页，共65页。反映为： P套，P油 油套压接近平衡； 或 P套随P油变化； 控制层段的吸水量上升而导致全井的吸水量上升。IIIIIIIIIIII1247第47页，

23、共65页。IIIIIIIIIIII231B：封隔器以上无吸水层：反映为：P套 P油=C Q=C48第48页，共65页。IIIIIIIIIIII2311（2）第二级以下各级封 隔器失效：反映为：p套=c，p油，Q如图，设2级封隔器失效。全井测试：Q（微）1249第49页，共65页。中间某级封隔器失效后，指示曲线上的反映：吸水能力好的层位，吸水量增加；不好的层位。 上层段：K 下层段：K上层段下层段PtQPtQ（1）水嘴堵塞Q，曲线向左偏转QPt（2）水嘴掉落 Q突然增大， 曲线向右偏转PtQ（3）水嘴孔眼被刺大 Q逐渐增大，指示曲线 向左偏移。2、配水嘴故障50第50页，共65页。NO：井下工具

24、故障与地层吸水能力变化的区别。 利用指示曲线分析注水井工作时，应将井下工具工作状况与油井生产情况联系起来进行分析。 问：当发现某井注水量下降时，有那些原因引起？（1）地层堵塞：K 渐变 （2）注水见效：K不变，地层压力上升 （3）水嘴堵塞：K 突变 问：当发现某井注水量上升时，有那些原因引起？（1）油井见水：油井中有显示，K （2）地层亏空： K不变，地层压力下降 （3）水嘴被刺大：K 渐变 （4）水嘴脱落：K 突变51第51页，共65页。三、分层配水目的：解决层间的差异，满足分层采油的需要。原理：通过水咀损失来控制各层的注水压差， 从而达到控制各层注水量的目的。分层配水方法：配水嘴的选择：5

25、2第52页，共65页。分析思路：1、针对同一注水层，分析无控制和有控制时流量和注水压力之间的关系；2、确定无控制和有控制时两者井口压力之差（有控制时肯定大些）即为嘴损。（即找到特殊的情况，即假定两者的注水量相等q1= q2 K1P1= K2P2 对于同一注水层，排除设备和配水器的影响，必然有： K1= K2则： P1= P2 53第53页，共65页。 咀损的计算（1）未装配水咀：q=KP 式中： P=Pt+PH-Pfr-Pe (2)油层（井下）装上水咀后 qd=KPd Pd= Pd+Ph-Pfr-PCf-Pe 由前面推导（假定两种情况下注水量相同）得： P1= P2 即P= Pd54第54页，

26、共65页。Pfr 注水时油管内的沿程阻力损失，MPa； q 分层无控制时的注水量，m3/d； qd 分层控制时的注水量，m3/d； Pt 与q对应的井口配注压力，MPa； PH 静水柱压力，MPa； Pcf 注水时通过水嘴的压力损失，MPa； Pe 油层开始吸水时的井底压力，MPa； Pf 无控制注水时的有效井底注入压力，MPa； Pfd 控制注水时的有效井底注入压力，MPa。 55第55页，共65页。2.水嘴选择方法（1）新投注水井水嘴选择方法1)按所给测试资料整理出分层及全井指示曲线（按实测井口注入压力绘制），如图5-29所示；2)用各层段配注量qd在分层指示曲线上查得各层的配注压力pt；

27、 3)用已确定的井口注入压力减分层井口配注压力即得各分层的井口嘴损值； 4)根据各层的配注量及算得的嘴损值，在相应的嘴损曲线（如图5-30）上即可查得应选用的水嘴大小和个数。 56第56页，共65页。（2）带有水嘴井的水嘴的调配对已下配水管柱进行注水的井，经测试发现水量达不到配注方案要求时，则需要进行调整配水嘴。调整程序如下： 由嘴损曲线求出水嘴直径。方法如下：在嘴损曲线上，先由目前注水量q0作一垂线与目前已下的水嘴直径d0线相交，由此交点作一水平线，再由与Pd轴相交点向上或向下取一段等于Pcf，并由此点作水平线，与从qd作的垂线相交于某水嘴直线d上，该d即为此需要的水嘴直径，如图6-38所示

28、。关于Pcf是向上或向下选取，则根据qO与qd的关系而定，若qOqd则向上取，反之则向下取。带有水嘴的注水井的配水嘴大小调配，实际工作中也可根据经验进行调换。57第57页，共65页。58第58页，共65页。注入压力，MPa 8.2 7.8 7.3 6.8 备 注 层 段 分层注水量，m3/d I II III 76.6 91.0 62.4 65.2 77.6 53.252.0 61.842.4 39.9 47.8 32.6例：某注水井分三个层段注水，分层测试资料见下表。分层配注量：q1=30 m3/d、q2=40 m3/d、q3=60 m3/d,试选择井下水嘴。假定实际注水井井口压力8 Ma 。解：1、作分层指示曲线； 2、从指示曲线上求出相应各分层的井口配注压力： q1=