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1、第十一章 注水与油水井措施,水源、水质及注水系统 注水井吸水能力分析 分层注水技术 油水井措施,第一节 水源、水质及注水系统,一、水源选择,水源选择要求:水量充足、水质稳定。,水源类型, 地面水源,地面淡水水源,海水水源, 来自河床等冲积层水源, 地层水水源, 油层采出水,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、CO2 3. H2S 4. 细菌,1. 无机垢 2. 有机垢,二、水质要求,注水引起的油层损害主要类型:,基本水质指标:,机械杂质浓度、粒径、膜滤系数;,铁离子含量;,细菌含量:腐生菌、硫酸还原菌、铁菌;,
2、溶解氧含量;,硫化物含量;,含油量;,pH值;,堵塞、腐蚀、结垢。,矿化度。,三、注入水处理技术,(1)沉淀,悬浮的固体颗粒借自身的重力而沉淀下来。,常用的聚凝剂,反应沉淀池结构示意图,硫酸铝,,硫酸铁,三氯化铁,偏铝酸钠,(2)过滤,压力式滤罐示意图,重力式滤池:滤池中的水面与大气接触,利用滤池与底部水管出口,或水管相连的清水池水位标高差进行过滤。,压力滤罐:滤池完全密封,水在一定压力下通过滤池。,常用的杀菌剂,(3)杀菌,(4) 脱氧,除去水中的氧气、碳酸气和硫化氢气体。,脱氧方法,氯及其化合物 如次氯酸、次氯酸盐等;,甲醛 既有杀菌又有防腐作用。,化学脱氧法;,天然气逆流冲刷法(气提脱氧
3、);,真空脱氧法。,真空脱氧示意图,(5)曝晒,处理过饱和碳酸盐。,含油污水处理的措施。,污水回注的优点:, 污水中含表面活性物质,能提高洗油能力;, 高矿化度污水回注后,不会使粘土颗粒膨胀 而降低渗透率;, 污水回注保护了环境,提高了水的利用率。,(6)除油,四、注水系统,注水系统是指从水源至注水井的全套设备和流程,包括水源泵站、水处理站、注水站、配水间和注水井。,1.注水站,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,储水罐:具有储备作用、缓冲作用、分离作用,高压泵组:给注入水增压,流量计:计量水量,分水器:将高压水分配给各配水间,主要设施
4、:,2.配水间,主要作用: 用来调节、控制和计量各注水井的注水量,主要设施:,分类:配水间一般分为单井配水间和多井配水间两种,3.注水井,主要作用:注入水从地面进入地层的通道,主要设施:井口装置和井下注水管柱,正常注水和旁通备用管汇,压力表和流量计,分水器,五、注水井投注程序,投注程序:注水井从完钻到正常注水之间所需进行的工作。它包括排液、洗井、预处理、试注、正常注水等几个方面。,1.排液, 清除油层内的堵塞物;, 在井底附近造成低压带,为注水创造有利条件;, 采出部分弹性储量,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。,2.洗井,洗井目的:把井筒内的腐蚀物、杂质等污物冲洗出
5、来,避免油层被污物堵塞影响注水。,洗井方式:一种是正洗,水从油管进井,从油套环形空间返回地面;另一种是反洗,水从油套环形空间进井,从油管返回地面。,3.预处理,预处理目的:为防止粘土颗粒的膨胀和运移,在注水井投注或油井转注前需进行防膨处理。,4.试注,试注目的:确定能否将水注入油层并取得油层吸水启动压力和吸水指数等资料,根据要求注入量选定注入压力。,5. 正常注水,注水井通过排液、洗井、试注,取全取准试注的资料,再经过配水就可以转为正常注水。,第二节 注水井吸水能力分析,一、注水井吸水能力,注水井指示曲线:,稳定流动条件下,注入压力与注水量之间的关系曲线。,图11-1 注水井指示曲线,吸水指数
6、:,单位注水压差下的日注水量。,比吸水指数或每米吸水指数:,地层吸水指数除以地层有效厚度所得的数值。,一米厚地层在一个兆帕注水压差下的日注水量。,视吸水指数:,日注水量除以井口压力,油管注水,井口压力取套管压力 套管注水,井口压力取油管压力,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,二、地层吸水能力分析,1.指示曲线的几种形状,图11-2 几种指示曲线的形状,(1)直线型指示曲线,图11-3 由指示曲线求吸水指数,递增式,垂直式, 油层性质很差,虽然泵压增加了,但注水量没有增加;, 仪表不灵或测试有误差;, 井下管柱有问题,如水嘴堵死等。,递减式,不正常的曲线,仪表、设
7、备等有问题,(2)折线型指示曲线,曲拐式,仪器设备有问题,不能应用,上翘式,图11-2 几种指示曲线的形状,仪表、操作、设备、油层性质有关,油层条件差、连通性不好或不连通油层,折线式,新油层开始吸水或油层产生微小裂缝,图11-6 曲线平行上移、 吸水能力不变,图11-5 曲线左移、斜率变大, 吸水能力下降,图11-4 曲线右移、斜率变小, 吸水能力增强,2.用指示曲线分析油层吸水能力的变化,(1)几种典型曲线变化,图11-7 曲线平行下移、吸水能力不变,(2)注意事项,分析油层吸水能力的变化必须用有效压力来绘制油层真实指示曲线;,用指示曲线对比来分析油层吸水能力时,应考虑井下工具工作状况的改变
8、对指示曲线的影响。,三、井下配水工具工作状况的判断,(一)封隔器失效,封隔器失效原因,封隔器胶皮筒变形或破裂,使胶皮筒无法密封;,配水器弹簧失灵及管柱底部阀不严,使油管内外压差达不到封隔器胶皮筒胀开所需要的压力差。,主要表现,油套压平衡,注水压力不变(或下降)而注入量上升,第一级封隔器失效的判断,油、套压及注水量变化,正注井:,油、套压平衡;注水量突然增加,油压相应下降,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,第一级以下各级封隔器密封性的判断,油压下降(或稳定),套压不变,注水量上升,(二)配水嘴故障,水嘴堵塞,水嘴孔眼刺大,掉水嘴前后指示曲线,底部阀不密封,四、配注
9、准确程度和分配层段注水量检查,1.检查配注准确程度的方法,配注误差为“正”说明未达到注入量,称欠注,配注误差为“负”则说明注入量超过配注量,称超注,2.分配层段注水量,(1) 用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)计算相应注入压力下各层段的相对注水量,4)把目前实测全井注水量按上式计算的比例分配给各层段,目前某层段注水量=某层段相对注水量全井实测注水量,某井实测层段指示曲线,表5-4 各层段相对注水量,第层段日注水量=23039.9=91.7 m3/d 第层段日注水量=23023.1=53.2 m3/d 第层段日注水量=23037.
10、0=85.1 m3/d,五、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后发生膨胀,(4) 注水井地层压力上升,六、改善吸水能力的措施,(1) 加强注水井日常管理,(4) 粘土防膨,(2) 压裂增注,(3) 酸化增注,第三节 分层注水技术,一、分层吸水能力及测试方法,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,分层注水指示曲线:,注水层段注入压力与注入量的相关曲线,某井分层指示曲线,分层吸水能力测试方法:,测定注水井的吸水剖面:,直接进行分层测试:,用各层的相对吸水量来表示分层吸水能力的
11、大小。,用分层测试整理分层指示曲线,求出分层吸水指数来表示分层吸水能力的好坏。,(一) 放射性同位素载体法测吸水剖面,吸水剖面:,一定注入压力下各层段的注入量(吸水量)的分布。,图11-12 载体法测吸水剖面曲线,放射性同位素载体法测吸水剖面的基本原理与测试过程。,(二) 投球法分层测试,图11-13 投球测试管柱示意图,(1) 测全井指示曲线,(2) 测分层指示曲线,(3) 资料整理,第层段注水量=投最后一个球后测得的注水量,第层段注水量=(投第一个球后的注水量)(投第二个球后的注水量),第层段注水量=(全井注水量)(投第一个球后的注水量),(4) 分层指示曲线的压力校正,有效井口压力:,P
12、efPpmPfrPzfPvPp,真实流压:,PewfPpmPwPfrPzfPvPp,分层测试成果表,(三) 浮子式流量计法,(四) 井温测井法,各种情况下的井温曲线,井温分布曲线,二、分层注水管柱,油、套管分层注水、,单管分层配水、,多管分层注水,单管配水器多层段配水方式,井中只下一根管柱,利用封隔器将整个注水井段封隔成几个互不相通的层段,每个层段都装有配水器。注入水从油管入井,由每个层段配水器上的水嘴控制水量,注入到各层段的地层中。,单管分层注水管柱结构按配水器结构分类:,固定配水管柱,活动配水管柱,偏心配水管柱,活动配水管柱图,偏心配水管柱图(),偏心配水管柱图(),分层配水管柱设计的主要
13、依据:,注水层的注水指示曲线,配水嘴的嘴损曲线,第四节 油水井措施,一、水力压裂技术,二、油层酸化工艺技术,三、高能气体压裂技术,四、水力振荡解堵技术,五、电脉冲井底处理技术,六、超声波井底处理技术,七、人工地震处理油层技术,一、水力压裂技术,用压力将地层压开一条或几条水平的或垂直的裂缝,并用支撑剂将裂缝支撑起来,减小油、气、水的流动阻力,沟通油、气、水的流动通道,从而达到增产增注的效果。,1. 水力压裂的工艺过程:,憋压,造逢,裂缝延伸,充填支撑剂,裂缝闭合,(2) 降低了井底附近地层中流体的渗流阻力,2.水力压裂增产增注的原理:,(1) 改变流体的渗流状态,3. 压裂液,压裂液任务:,破裂
14、地层、造缝、降温作用。一般用未交联的溶胶。,携带支撑剂、充填裂缝、造缝及冷却地层作用。必须使用交联的压裂液(如冻胶等)。,末尾顶替液:替液入缝,提高携砂液效率和防止井筒沉砂。,前置液,携砂液,顶替液,中间顶替液:携砂液、防砂卡;,压裂液的性能要求:,滤失少:,悬砂能力强:,摩阻低:,稳定性好:,配伍性好:,低残渣:,易返排:,货源广、便于配制、价钱便宜。,造长缝、宽缝,取决于它的粘度与造壁性,取决于粘度,摩阻愈小,用于造缝的有效功率愈大,热稳定性和抗机械剪切稳定性,不应引起粘土膨胀或产生沉淀而堵塞油层,以免降低油气层和填砂裂缝的渗透率,减少压裂液的损害,4. 支撑剂,填砂裂缝的导流能力:,在油
15、层条件下,填砂裂缝渗透率与裂缝宽度的乘积,常用FRCD表示,导流能力也称为导流率。,支撑剂的性能要求:,(1)粒径均匀,密度小,(2)强度大,破碎率小,(3)园度和球度高,(4)杂质含量少,(5)来源广,价廉,支撑剂的类型:,按其力学性质分为两大类:,脆性支撑剂,如石英砂、玻璃球等,特点是硬度大,变形小,在高闭合压力下易破碎,韧性支撑剂,如核桃壳、铝球等,特点是变形大,承压面积大,在高闭合压力下不易破碎,目前矿场上常用的支撑剂有两种:一是天然砂;二是人造支撑剂(陶粒)。,二、油层酸化工艺技术,通过酸液对岩石胶结物或地层孔隙(裂缝)内堵塞物等的溶解和溶蚀作用,恢复或提高地层孔隙和裂缝的渗透性。,
16、酸 洗,基质酸化,压裂酸化,将少量酸液注入井筒内,清除井筒孔眼中酸溶性颗粒和钻屑及结垢等,并疏通射孔孔眼。,在低于岩石破裂压力下将酸注入地层,依靠酸液的溶蚀作用恢复或提高井筒附近较大范围内油层的渗透性。,在高于岩石破裂压力下将酸注入地层,在地层内形成裂缝,通过酸液对裂缝壁面物质的不均匀溶蚀形成高导流能力的裂缝。,1.碳酸盐岩地层的盐酸处理技术,碳酸盐岩地层主要成分:方解石和白云石,目的:,解除孔隙、裂缝中的堵塞物质,或扩大沟通油气岩层原有的孔隙和裂缝,提高油气层的渗流性,2HCl+CaCO3CaCl2+H2O+CO2 4HCl+MgCa(CO3)2CaCl2+MgCl2+2H2O+2CO2,生成物状态:氯化钙、氯化镁全部溶于残酸中。二氧化碳气体大部分呈游离状态的微小气泡,分散在残酸溶液中,有助于残酸溶液从油气层中排出。,2. 酸化压裂技术,酸化压裂:,用酸液作为压裂液,不加支撑剂的压裂。,作用原理:,(1) 靠水力作用形成裂缝;,(2) 靠酸液的溶蚀作用把裂缝的壁面溶蚀成凹凸不平的表面,停泵卸压后,裂缝壁面不能完全闭合,具有较高的导流能力,可达到提高地