秘鲁油田污水回注层位优化选择

秘鲁油田污水回注层位优化选择

秘鲁1b.8块是典型的自然洪水，具有很高的含水量。目前，含水量为97%，总产量为170万元/天。2003年以前油田产出水全部排放到附近河流,随着环保意识的加强,秘鲁政府要求截止2009年底必须全部回注油田产出水。根据第三方咨询公司提供的全部污水回注方案,共需要投资2.3亿美元。本着节约投资的原则,开展了污水回注层位研究、回注水水质研究、地层破裂压力研究及污水回注动态检测与分析等。在此基础上,制定了一套通过提高单井回注量,减少设备投资的全部污水回注方案,建立了一套经济有效的大排量污水回注技术。1浅层地下水保水技术2004年在Maranon盆地的浅层找到了广泛分布的LowerCorrients砂岩水层。该层埋深仅为180～600m,水层厚度超过100m,孔隙度为27%,地层压力仅为1.9MPa。上、下有非渗透隔层,地层水氯离子含量高于250mg/L,为非饮用水。先后对3口浅层新井开展了注水先导试验,证实该地层在注水压力为2.6MPa情况下,注水量可达4452m3/d,比吸水指数为42.3m3/(MPa·d·m),是适合大排量回注污水的好储层。由于浅层注水存在污染地表水隐患,因此放弃了浅层回注污水的方案。为了满足环保要求,先后利用3口油藏边部停产井深层回注层位进行了先导试验,试验结果表明,Pozo和Vivian砂岩储层在全区广泛分布。Pozo砂层是第三系底部非产层砂岩,砂岩厚度约为60m,孔隙度为19%,比吸水指数为5.52m3/(MPa·d·m);Vivian砂层为上白垩系主力产层,储层厚度为50～100m,孔隙度为21%,比吸水指数为8.97m3/(MPa·d·m)。两套砂岩埋深超过2000m,既能满足环保要求,又适合回注污水。2固体颗粒对回注能力的影响地层回注能力除了与回注层的砂层厚度、孔隙度及孔喉大小有关外,与回注水中的固体颗粒大小及含量以及含油量也有非常密切的关系。试验结果表明,在回注水中,大于地层孔喉直径1/3的固体颗粒容易在井壁附近形成滤饼;小于地层孔喉直径1/7的固体颗粒不会影响回注能力;为地层孔喉直径1/7～1/3的固体颗粒容易在回注层内部形成滤饼(图1)。Pozo砂岩和Vivian砂岩的孔喉直径为10～40μm,主要用盐酸来降低回注水中的悬浮固体颗粒含量,用化学剂消除或减少水中的含油量。最终处理后的污水水质的固体颗粒含量和含油量均小于20×10-6。增加地层回注水量的另一种有效途径是诱发地层产生破裂,在改变回注层孔喉结构的条件下增加回注量。试验表明,当回注水的温度与地层温度差别较大时,可导致地层破裂。从DO-08注水试验井在不同注入温度下注水压力随注入量的变化情况(图2)可以看出,在井口注入压力低的情况下,低温注水量反而高,说明低温回注水诱发高温地层产生了破裂的现象。从注水量与注入压力的交汇分析图中可以看出裂缝的存在(图3)。3井段孔隙度ps通过增加井口注水压力,同样可以诱发地层产生破裂。笔者采用Hubbert法计算了Pozo和Vivian层砂体的破裂压力,并确定了井口注水压力等参数。Hubbert法地层破裂压力Fp计算式为Fp=p+η(ps−p)+St(1)Fp=p+η(ps-p)+St(1)式中:p为目的层内孔隙流体压力,MPa;η为地层系数,根据类比试验取0.76;St为岩石抗张强度,根据试验取2.85MPa;ps为上覆地层压力,MPa,ps表示为ps={H[ϕρf+(1−ϕ)ρma]g}×10−2(2)ps={Η[ϕρf+(1-ϕ)ρma]g}×10-2(2)式中:ρf为目的层流体密度,取1.0g/cm3;ρma为研究井段顶界至井口的地层密度平均值,取2.3g/cm3;根据密度测井资料确定孔隙度ϕ;H为地层深度,m;g为重力加速度。利用式(1)和式(2)计算出Pozo砂层和Vivian砂层破裂压力为34.5～38.6MPa,即井口注水压力为12.4～17.2MPa。4注水泵口注水压力本着增加单井注水量、减少注水井数以减少投资的原则,结合Pozo和Vivian地层破裂压力的计算结果,设计单井注水量为6360m3/d,注水泵井口最高注水压力为17.2MPa。4.1低压大排量注射式药孔破裂缝联合低碳体系发展模型由于Pozo和Vivian层砂体的垂向渗透率和水平渗透率比值变化较大(0.1～0.7),为了长期保持大排量注水,要求注水层位打开程度要尽量大,也就是增加射孔厚度和射孔密度。采用逐步扩射方案,实施初期局部高密度射孔,保证注水能量聚焦诱发局部地层破裂,通过破裂缝实现低压大排量注水。同时,预留足够的扩射井段,保障长期注水容纳空间。4.2浇注管柱沿程压力损失计算根据设计的单井日注水量及最高井口注水压力,分析了不同尺寸管柱的摩阻情况。利用PIPESIM软件,计算了不同尺寸注水管径的沿程压力损失Hf与注水速率v的关系(图4),其关系式为Hf=KLD(v22g)(3)Ηf=ΚLD(v22g)(3)式中:K为沿程阻力系数,无因次;L为管柱长度,取2000m;D为管柱内径,m;v为流速,m/s。注水管柱深度按2000m计算。由图4可以看出,当注水量为7155m3/d时,采用外径为140mm的注水管柱注水时,沿程压力损失为10.2MPa;采用外径为180mm的注水管柱注水时,沿程压力损失为3.5MPa。为了尽可能减少管柱沿程摩阻,建议采用外径为180mm的管柱。5浇注效果分析通常情况下,需要多次测量注水层位的自然伽马、温度、压力以及注水流量等基础数据,根据这些数据可以得到十分直观的吸水剖面,并判断出不同层段的吸水量。一般吸水多的层段表现出温度低、吸水量大的特点。受注入水水质的影响,大量吸水段的自然伽马值增高。井口实时计量的注水压力以及注水量为各种分析手段提供了基础数据。通常可以采用两种交汇图分析注水效果。一种称为Hall交汇法(图5),在坐标系中,累积注水压力与累积注水量的交汇点形成的初期直线段(从原点到A点)表示砂层均匀吸水;中期交汇点形成的直线段斜率减小(从A点到B点),表现出随着井口注水压力增加注水量增加更快的特点,这时地层可能产生破裂;后期交汇点形成的直线段斜率也减小(从B点到C点),表现出随着井口注水压力的增加注水量增加更慢,这时地层可能产生堵塞。另一种交汇方式是分析井口注水压力和注水量随时间的变化(图6)。注水量随井口压力增加而增加,表示砂层均匀吸水;注水量随井口压力减小而增加,表示砂层可能产生破裂;注水量随井口压力增加而减小,表示砂层可能产生堵塞。利用这些交汇分析方法,可以及时判断井下注水效果。6破裂注水效果图7为CO-108井实施增压诱导破裂试验注水量及注入压力变化。射开Vivian层下部12m,初期采用3台泵串联增压增量注水。当井口注水压力达15.2MPa、注水量达7950m3/d时,地层产生破裂。后期采用两台泵,保持井口注水压力约为10.3MPa,注水量大于6360m3/d,说明地层在破裂状态下实现低压大排量注水。相继又对其他6口注水井进行了两泵串联增压增量注水,均取得低压高注入量效果,从而证实该地层发生了破裂现象。在此基础上,对第三方咨询公司提供的污水回注方案进行了全面优化,将原方案的57口注水井减至32口,可节约投入资金4700万美元。7采空液压及单井回注污水井(1)Pozo和Vivian砂岩储层在秘鲁1AB/8区广泛分布,两套砂岩埋深超过2000m,既能满足环保要求,又适合大容量回注污水。(2)采取减少回注水中固体颗粒及残余油含量、增加注水射孔层段和射孔密度、减少注水管柱压力损失的措施,保证了大量污水回注的可持续性。(3)采用12.4～17.2MPa的井口注水压