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1、第二章注水系统注水系统2.1水质标准及分析方法1海上油田水质推荐指标 参照碎屑岩油藏注水水质推荐指标（SY/T532994），结合海上油田实际，在此推荐七项指标进行控制。悬浮物固体含量及颗粒直径、腐生菌（TGB），硫酸盐还原菌（SRB）、和滤膜系数（MF）指标见表1一1。含油量指标见表2。总含铁量应小于0.5mgL。溶解氧含量指标：回注污水溶解氧浓度小于1.0mgL，其他注人水溶解氧浓度应小于2.0mgL。平均腐蚀率应小于或等于0.067mm/a。游离二氧化碳应小于或等于1.0mg/L硫化物（指二价硫）：在清水中不应含硫化物，回注污水中硫化物浓度应小于2.0mg/L。注入层渗透率悬浮固体含量m
2、g/L颗粒直径SRB个/mLTGB个/mLMF值0.11.02.0102102200.10.63.03.0102103150.65.04.010210410表1推荐海上油田注水水质指标注入层渗透率，含油量，mg/L0.15.00.110.0表2-2推荐含油注水作为注入水含油2、油藏注水水质分析方法参照碎屑岩油藏注水水质推荐指标SY/T53994并结合海上油田实际而指定。（1）取样前的准备和采集水样要求采集注水系统应具有水样代表性；取样前应准备好接头和胶皮管线，以便于取样端与注水系统的连接；取样前打开取样阀门，以56L/min的流速畅流3min后再取样；溶解氧、游离二氧化碳、硫化物、总含铁量和滤
3、膜系数需在现场及时测定腐生菌、硫酸盐还原菌含量分析应在现场接种，同时测定水温，室内培养。若无测试瓶，应现场取样，24h内送实验室接种；含水量分析取样时，不得用所取水样冲洗取样瓶，应该直接取样；采样后应随即贴上标签，标签应表明取样日期、时间、地点、取样条件及取样人姓名。（2）悬浮固体含量分析1）原理2)设备及材料3）计算结果 4）注意事项 （3）悬浮固体颗粒直径中值1）原理2）仪器、材料和试剂3）打印内容4）计算结果（4）总铁含量分析（5）含油量的测定 (6）溶解氧含量测定(7)平均腐蚀率测定（8）游离二氧化碳含量分析（9）硫化物（指M价硫）含量分析（10）腐生菌（TGB）和硫酸盐还原菌（SRB
4、）含量分析（11）滤膜系数分析3水质分析用主要仪器设备表2-6水质分析用主要仪器设备表2.2评价注水水源水质与油层相适应性的方法1分析资料2评价方法含钡、锯、钙离子的水与含有硫酸根离子的水混合时，必须考虑硫酸盐结垢问题，经试验或计算认为不能生成沉淀时才可注人，否则应该进行处理。二价疏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的问题，应经处理才可注入。当碳酸氢根和碳酸根离子含量较高的水与钙、镁、钡、锯、二价铁等离子含量较高的水相混时，应考虑碳酸盐结垢的问题。当水中游离二氧化碳逸出时往往使水的pH值升高，易产生碳酸盐沉淀，因此采用此种水做注水水源时，也应重视碳酸岩结构的问题。根
5、据化学溶度积原理可以初步判断各种离子在水中的稳定性。易生成稳定的化合物溶度积见表27。C.E.C值大于0.09mmol/g（按一价离子计算）时，就不能忽略粘土的水化膨胀。室内进行天然岩心注水试验，一般情况下，水测渗透率下降值应小于20%。 化合物名称溶度积（25）化合物名称溶度积（25）BaSO41.110-10BaCO38.010-9SrSO42.810-7SrCO3110-9CaCO34.810-10Fe(OH)33.810-38CaSO46.110-5FeCO32.510-11FeS4.010-19表2-7化合物溶解度表2.3注水系统流程与设备2.3.1注水方式1.外部注水方式：将注水井
6、布置在含水区域油水过度带上，从外围向内驱赶油流。2.内部注水方式(1) 内部切割注水(2) 面积注水 2.3.2注水地面系统 由地面水源和地下水源抽上来的水，首先送到注入水处理站（净化站）处理，使其达到注入水的水质标准后，再送到注水站，通过高压注水泵提高压力，使其达到注水所需的压力后，再通过分水器和输水管线送到各个配水间，由配水间将水分配到各注水井注入油层。从水源到注水井地面流程为：水源水处理站注水站配水间注水井图2-6 油田注水的一般工艺流程示意图2.3.3注水井的投注程序注水井从完钻到正常注水，一般要经过排液、洗井、试注之后才能转入正常的注水。我们把从油管注水叫正注水井，从导管注水叫反注水
7、井，从油、导管同时注水叫合注水井。注水井的投注程序为：排液、洗井、试注、转注。2.4注水工艺目前海上油田的注水分为合注和分层注水两种方式。合注就是在同一压力条件下对各吸水层实施笼统注水；分注就是针对各油层不同的渗透性能进行控制注水，对渗透性好吸水能力强的层适当的控制注水。在海上油田主要有单管分层注水和双管分层注水。2.4.1注水管柱1合注管柱合注管柱主要适用于某些油田开发初期注水或油井转注初期的注水；适用于只有一个油层或虽有几个油层，但油层物性非常接近层间矛盾差异小的油田注水。另外对于各注水层间纵向连通性好，其间没有明显隔层的多油层油田也采用合注管柱注水。合注管柱的优点是管柱结构简单，现场容易
8、操作，缺点是开采过程中层间矛盾明显，单层吸水量无法控制，注入水容易沿高渗层突进，造成高渗层过早见水或水淹，直接影响中低渗透层的水驱效果。单油管注水管柱：注入水由地面控制直接进入地层。水力压差封隔器注水管柱（图7-2-1）：管柱上带有水力压差封隔器，当油管内的注水压力达一定值时，封隔器膨胀，将注入层以上的套管环空封隔开，以防止套管脏物进入地层。永久封隔器注水管柱（图7-2-2）：使用这种管柱时，必须根据管柱受力效应对油管伸缩量进行精确计算，防止插入密封件上升移出封隔器密封筒之上。2分层注水管柱（1）固定配水管柱结构：由扩张式封隔器及固定配水器（节流器）等构成。技术要求：各级配水器的开启压力必须大
9、于0.7MPa ，以保证封隔器坐封。缺点：更换水嘴必须起出管柱。（2）活动配水管柱结构：由扩张式封隔器及空心配水器等构成。技术要求：各级配水器的芯子直径是由上而下从大到小的，故从下而上逐级投送，从上至下逐级投捞。缺点：受内通径的限制，其使用级数受到限制，一般三级，最高五级。（3）偏心配水管柱偏心配水管柱是目前国内外用得最多的分层注水管柱，管柱组合主要包括：油管、偏心配水器、注水封隔器。1）偏心配水管柱（）（用于深井分层注水）2）偏心配水管柱（）3）可洗井偏心配水管柱上述管柱可参阅海上油气田完井手册。 4)绕丝筛管砾石充填防砂井偏心配水管柱（适用于9in套管）（4）一投三分配水管柱一投三分配水管
10、柱主要是一次投捞可同时更换三个层段的水嘴。其投捞方式有液力投捞和钢丝投捞，前者主要用于非砾石充填防砂井，在陆地油田广泛应用，该技术已发展至两投五分或三投七分，后者主要用于海上油田先期砾石充填防砂井。1）液力投捞一投三分配水管结构：由上封隔器、配水封隔器、配水器、下封隔器及连通器组成。技术要求：坐封压力必须在15MPa以上，以确保封隔器完全密封；坐封后继续提压至19MPa以上，以确保连通器打开。缺点：洗井通道易堵塞。2）钢丝投捞一投三分配水管柱（用于海上防砂井）结构：由直槽定位器、插入密封、一投三分配水器等组成（图7-2-5）。技术要求：管柱设计时应仔细计算由于注水压力和温度效应所产生的综合应力
11、变量，精密配管，以确保管柱在自由收缩或自由伸长时各层间的密封件不移出防砂封隔器密封段之外；配水器投捞时严格通井。缺点：对三层以上先期砾石充填防砂井的分层注水，此技术受到限制。（5）双管分层注水管柱目前，海上应用不少，其特点是分层的注水量较大。由于分层注水量由地面控制，可减少深井斜井投捞配水的钢丝作业量，减少事故。但由于作业复杂，封隔器费用较贵，因此管柱需考虑多种情况及需要，做到一次下井，长期不动，适用于套管直径较大的井中。1）结构双管井口装置两翼装可调水嘴，调节水量，下部分层封隔器可用永久封隔器或液压封隔器，上部双管封隔器为液压坐封，上提解封封隔器，管柱带有伸缩、旋转接头及坐落接头、滑套等工具
12、（图7-2-6）。2）技术要求管柱要分段考虑温度效应，分段配伸缩接头。同时还要考虑管柱长期不动，井底污垢的洗井措施和油管腐蚀情况，必要时应使用涂层油管。2.4.2 注水工艺参数设计注水工艺参数设计1.注水压力计算（1）破裂压力计算 在已知地层破裂压力梯度，通常采用下式计算井口破裂压力：在常规注水情况下，要求注水压力不能超过破裂压力的80%90%。（2）注水压力计算当油层在控制注水时，注水压力由下式计算：2.注水管柱设计(1)注水管柱设计原则应能满足配注所需的功能要求，满足油层对注水量的要求。应能满足井下作业、配水测试作业要求。设计应考虑井况，满足安全要求。应能满足防腐要求。（2）注水管柱设计内
13、容1)管柱类型选择 2）井下工具选择及要求 根据管柱类型，选择适用的井下工具，主要包括：分层配水工具、分层封隔工具、调节管柱伸缩的工具及其它配套工具。 对工具的选择应考虑以下要求：强度及压力等级，要符合生产及工作条件要求。工具的尺寸，工具的外形尺寸符合作业要求，内通径符合作业层测试要求。工具材质及密封件材质要符合流体性质、井下温度、压力、环境及工作条件等要求。工具的结构、开启下入起出等动作应协调一致符合生产及作业要求。3）管柱受力计算管柱起下措施作业及生产过程中，都要受到内外压力、温度、重力等影响，因此应对管柱受力及伸缩长度进行分析计算，确认管柱是否合理。对管柱的分析计算，在理论计算的基础上，
14、校核各段管柱的安全系数。2.4.3分层注水2.4.3.1分层注水工具1.分层注水用封隔器1）扩张式封隔器 分层注水常用的扩张式封隔器有K344型（陆上油田常用）。 2）可洗井分层注水封隔器1）扩张式封隔器结构：见图7-2-7。工作原理：放掉油管内的压力，使其油管内外压差低于0.50.7MPa时，胶筒即收回解封。使用条件及特点：扩张式封隔器必须与节流器配套使用。其优点是结构简单，不能单独坐封封隔器；缺点是必须在油管内外造成一定的压差方能正常工作。2）可洗井分层注水封隔器下面以DQY341-114型可洗井封隔器为例说明。结构：见图7-2-8。工作原理：（a）坐封（b）洗井（c）卸压2.分层配水器目
15、前国内普遍使用的配水器有固定配水器（如KGD-110配水器）活动式配水器（如KHD-114配水器）偏心配水器（如KPX-113配水器）一投三分配水器等偏心配水工具KPX-113（原DDG0656-2型）配水器：捞堵塞器投堵塞器一投三分配水器此配水器是为海上7in套管先期砾石充填防砂井分层配水而设计的，对该配水器工作筒改造后也适用于in套管防砂井。(1)结构：(2)工作原理2.4.3.2 2.4.3.2 分层配水技术分层配水技术1. 分层配水原理为了实现分层配水，必须做好以下几项工作：合理划分水井中注水层段分层配水的方法 根据油层性质、注水井与油井连通好坏，一般分为限制层、接替层，加强层2.分层
16、指示曲线分层注水指示曲线-注水层段注入压力与注入量的相关曲线。指示曲线的形状主要取决于油层条件和井下配水工具工作状况。图7-2-19是某井分层指示曲线。3.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的定量关系曲线称为嘴损曲线。KPX-112配水器嘴损曲线见图7-2-20（3）井下水嘴的选择基本原理是利用嘴损求得配水嘴的大小。1)嘴损曲线法根据吸水剖面成果及完井指示曲线绘制层段吸水指示曲线。在分层指示曲线上查出与各层段配注量相对应的井口注水压力。根据全井配注量及油管深度计算或查图版（图7-2-23）管损曲线求出管损。根据注水泵可能达到的压力及地层破裂压力，确定井口注水压力。计算嘴损压力
17、：例：某井下入 in 油管，油管深度为1000m，设计井口注水压力为10.13MPa，分层配注量第一层为34m3/d，第二层为39m3/d，第三层为24m3/d，试选择745-4配水器的配水嘴尺寸。该井测得分层吸水剖面资料及全井指示曲线资料如表7-2-6、7-2-7所示。 表7-2-6层段吸水量表层段相对吸水量%第一小层33.3第二小层39.6第三小层27.1注水方式油压MPa注水量m3/d正注8.2230正注7.8196正注7.3156正注6.8120表7-2-7全井指示曲线数据表解：第一步：根据层段相对吸水量和全井指示曲线数据，做出分层指示曲线数据表，见表7-2-8。第二步：据表7-2-8
18、画出分层指示曲线，如图7-2-19。第三步：在分层指示曲线上，根据分层配注量找出分层井口有效注水压力P配，如表7-2-9。第四步：根据全井总配注量计算：油管深为1000m，查得管损为0.024MPa。第五步：设计井口注水压力为10.13MPa，求嘴损（表7-2-10）。第六步：根据P嘴损，Q配在图7-2-20,上查得各层嘴子尺寸，分别为、。第七步：整理结果如表7-2-11。2）原理推算法是一种比较简单并且准确的方法。其选择步骤如下：求真实分层指示曲线井的有效注水压力和层段吸水量所绘制的分层指示曲线，作为真实分层指示曲线实测的资料，提供井口压力和层段吸水量。将各层段的实测井口压力点按上述方法求得
19、相应有效注水压力，再与对应的实际层段吸水量绘制成真实分层指示曲线。矿场为简便和减少注水井波动，往往每层只选用两个压力点（假定注水量波动不大）。求嘴损差推算新水嘴3）简易法对于调整水量大的层段选配较准确。其简易计算如下：简易法和推算法计算的水嘴相比约大0.10.15mm，可根据层段性质将简易法求得的水嘴尺寸加以调整，对于限制层可减少些，加强层可稍增大。一般视配注水量和压力的大小，减少或增大0.10.2。实际进行水量量配时，也可根据经验进行调整水嘴尺寸的，由于其准确度不高，因此一般不能只凭经验来调整配水嘴。4）选择配水嘴注意事项2.5 2.5 注水井解堵增注注水井解堵增注注水井堵塞，实质上是一种地
20、层伤害，其结果是造成注水量下降，甚至注不进水，这是油田开发过程中存在的重要问题之一，越来越受到人们的普遍关注。为了避免地层伤害，国内外许多专家长期致力于这方面的研究，目前已形成了从钻井、完井、射孔到整个开发过程的系列的保护油气层技术。1.注水井堵塞的类型引起注水井堵塞的原因很多，但根据不同的堵塞机理可归纳为以下几种类型：(1)外来液体与地层岩石矿物不配伍造成的堵塞；(2)外来液体与地层流体不配伍造成的堵塞；(3)毛细现象造成的堵塞；(4)固体颗粒侵入或运移造成的堵塞；(5)工艺措施引起的堵塞；(6)微生物和浮游生物及其代谢产物造成的堵塞。无论哪一种原因造成的堵塞，地层本身的内在条件是主要原因。
21、当地层不能适应外界条件变化时，就会导致地层渗透率下降，造成堵塞。2.解堵增注方法目前注水井的解堵增注方法大致可分为两类：一类是物理法（包括机械法）:另一类是化学法每一种方法都有其自身特点和适用范围，只有正确使用，才能达到预期的目的；否则不仅注水能力无法恢复，还可能引起更严重的地层伤害，甚至造成重大的经济损失。（1）物理解堵增注法1）负压脉冲法2）水力脉冲振动法3）超声波振动法4）挤压填砂法5）高能气体压裂处理法6）磁化水增注7）提高注水压力，增加注水强度8）其它技术方法(2)化学解堵增注法1）酸化解堵法2）沥青、胶质类有机沉积物的清除方法3) 井底自生泡沫脉冲法4）聚合物伤害清除法5）防垢除垢
22、法6）乳化液堵塞的清除方法7）水堵的清除方法8）微生物和浮游生物及其代谢产物堵塞的清除方法2.6 2.6 示踪剂的评选、检测、注入与解释示踪剂的评选、检测、注入与解释示踪剂-是指易溶在极低浓度下仍能检测出、能指示溶解它的液体在多孔介质中的存在、流动方向和渗流速度的物质。1.示踪剂的筛选原则理想的示踪剂应能与携带示踪剂的流体前沿以相同的速度向前移动，无吸脱滞后作用及扩散弥散前置现象。由于实际使用的示踪剂存在极少量的吸脱作用，仍然会导致注入的示踪剂略微滞后于流体；而扩散弥散作用又会导致注入的示踪剂超前，但由于前面提及的吸脱作用非常小，所以在油田实际应用过程中一般都不考虑吸脱滞后作用。到目前为止，国
23、内外在油田生产中使用的示踪剂主要有以下四类：（1）放射性同位素示踪剂：主要是指含氚的化合物，如氚水等。它的优点是用量少，可检出浓度低，不影响自然*射线测井，价格低等；缺点是需要由专门部门进行投放和检测，在油田生产中一般不易采用。（2）染料类：主要为荧光染料，如荧光素钠。优点是检出浓度低；缺点是在地层表面吸附量大，地层中的一些成分会消除荧光，该物质在地层停留时间超过#天时不能使用。这类示踪剂主要用于检测井间地层裂缝。（3）低分子醇：主要包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇等。优点是水溶性好，易用色谱法检出；缺点是生物稳定性差，因而必须与杀菌剂一起使用，取样时也要加入杀菌剂，以防生物降解引发浓度改变。（
24、4）易检出的无机阴离子（即化学示踪剂）：主要包括CNS-、NO-3、PO3-4、F-、Br-、I-等。由于砂岩地层表面带负电荷，阴离子示踪剂在地层中不易被吸附，消耗很少，所以CNS-、NO-3、PO3-4、F-、Br-、I-等也是较好的无机阴离子示踪剂。除以上四类主要的示踪剂外，有的油田还以甲醛、苯酚等作为示踪剂使用。在油田作业中，最可取的示踪剂有：氚水、NH4CNS、NH4NO3、NaI、乙醇和荧光素钠。示踪剂的筛选程序如下：（1）示踪剂药品及分析仪器准备；（2）确定分析方法及制作标准曲线；（3）试验背景浓度测定；（4）示踪剂与地层及地层流体配伍性研究；（5）示踪剂静态吸附实验；（6）示踪剂
25、抗干扰实验；（7）人造岩心物理模拟实验；（8）示踪剂现场试验。2.示踪剂的检测方法目前化学示踪剂常规的检测分析方法有两种：一种是仪器分析法，另一种方法是化学比色法。选用检测方法的主要原则是：在满足灵敏度、精度的条件下，对所采用的分析方法力求简单、方便。下面以NO-3、CNS-、I三种无机阴离子示踪剂和甲醛为例简单介绍一下分析方法和分析原理。(1)硝酸根离子（NO-3）分析法（锌粉还原法）原理：(2)硝酸根离子（NO-3）分析法（紫外法）原理：(3)硫氰酸根离子（CNS-）分析法原理：(4)碘离子（I-）的测定（比色法）原理(5)甲醛（HCHO）的分析方法（盐酸苯肼法）3.示踪剂的用量计算、注入、资料录取与解释（1）示踪剂用量的确定国内有人使用下面的公式计算示踪剂的用量：G=16SV式中 V段塞部分地层的孔隙体积，m3； S示踪剂检出的最低浓度，g/m3。（2）示踪剂的注入、资料录取与解释
