第五章注水

第五章 注水
长江大学石油工程学院 主讲:江厚顺 2020/3/29
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第五章 注水
油田的开发实际是能量消耗的过程，随开发时间的延长，地层能量严重
不足，这时常常采用一些补充能量的措施确保石油产量高产、稳产，目前
采用最重要措施之一仍然是采用注水方法开发油田 ,该方法自40年代以来
就得到了广泛的运用。据今统计在世界性的油田开发中，大部分油田属于
合理的单井配注量，可以有效地缓解平面、层间、层内矛盾，并保持一定
的地层压力，增加水驱波及体积，有效控制含水上升，提高水驱开发效果
和水驱采收率。
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主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
水源、水质及注水系统 注水井吸水能力分析 分层注水技术 注水指示曲线分析与应用 注水井调剖技术简介
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第一节 水源、水质及注水系统
注低浓度的HCL和HF混合液，注后不排，产物挤 入地层深部扩散（有效期短，增注幅度不大）
先注入由醋酸+烧碱配制成的PH=4溶液做前缘缓 冲液，接着注入HCl+HF+甲醛+活性剂配成的稀 酸活性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。
④ 胶束（活性柴油）逆土酸增注法
(4) 粘土防膨
低K泥质胶结地层（HF浓度>HCl浓度）
稠油、低K（先用胶束或活性柴油溶解和驱替稠 油，解除稠油堵塞，然后用逆土酸溶解泥质， 提高K）
天然气逆流冲刷法（气提脱氧）； 真空脱氧法。
图5-3 真空脱氧示意图
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第一节 水源、水质及注水系统
（5）曝晒 处理过饱和碳酸盐。
（6）除油
含油污水处理的措施。 污水回注的优点： ① 污水中含表面活性物质，能提高洗油能力； ② 高矿化度污水回注后，不会使粘土颗粒膨胀而降低渗透率；
③ 污水回注保护了环境，提高了水的利用率。 污水回注应注意的问题： 水质要达标！
第一节 水源、水质及注水系统
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。
硫酸铝 常 用 硫酸铁 的 聚 三氯化铁 凝 剂 偏铝酸钠
图5-1 反应沉淀池结构示意图
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第一节 水源、水质及注水系统
（2）过滤 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。
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，保证地面管线、储水设 备和井内清洁；
③ 保证平稳注水，减少波动，以免破坏油层结构和防止管壁上的腐 蚀物污染水质和堵塞油层。
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第二节 注水井吸水能力分析
(2) 压裂增注
普通压裂： 吸水指数低、注水压力高的低渗地层和严重污染地 层
注水开发油田。在美国，有一半以上的原油被认为是由注水开采出来的，
在前苏联油田，87%以上的原油产量是应用保持地层压力的方法采出的。
尤其在中国更是如此，90%以上的油田属于注水开发油田。国内外的许多
油田开发工作者在注水开发油田过程中，对注水时机、注水方式、注水强
度以及各注水井的注水量等均做了大量的理论性和实践性的研究工作，为
2. 一般储层的评价方法
1）硫酸盐结垢问题：含钡、锶、钙离子的水与含有硫酸根离子的水混合注入 时，必须考虑~ 。经试验或计算认为不能生成沉淀时才可注入，否则应进 行处理。
2) 硫化亚铁结垢的问题：二价硫离子含量高的水与含有二价铁离子的水混注时， 应考虑~ 。应经处理才可注入。
3) 碳酸盐结垢的问题：当碳酸氢根和碳酸根离子含量较高的水与钙、镁、钡、 锶、二价铁等离子含量较高的水相混合时，应考虑~ 。
注水开发油田提高水驱开发效果和水驱采收率作出了巨大的贡献。
适当的注水时机、注水方式、注水强度是注水提高采收率成败的关键因
素。注水开发进行到一定时期之后，出现平面矛盾、层间矛盾和层内矛盾
加剧，含水急剧上升，或者地层压力大幅度下降等问题，这时，在注水方
式一定的情况下，注水强度，尤其是各注水井的注水量配置显得非常重要。
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第二节 注水井吸水能力分析
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
视吸水指数
=
日注水量 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
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第二节 注水井吸水能力分析
二、影响吸水能力的因素
铁离子含量；
溶解氧含量；
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
含油量； 硫化物含量； pH值； 矿化度。
1. 溶解氧 2. CO、CO2 3. H2S 4. 细菌
1. 无机垢 2. 有机垢
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第一节 水源、水质及注水系统
1. 水质的基本要求
对油田注入水，除要求水量稳定、取水方便和经济合理外， 还必须符合以下要求： 1) 水质稳定与油层水相混不产生沉淀； 2) 水注入地层后不使粘土产生水化膨胀或产生混浊； 3) 不得携带大量悬浮物，以防注水井渗滤端面堵塞； 4) 对注水设施腐蚀性小； 5) 当一种水源量不足，需要第二种水源时，应首先进行室内实
(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
产生堵塞的原因
(1) 铁的沉淀
氢氧化铁
硫化亚铁
(2) 碳酸盐沉淀
(3) 细菌堵塞
(4) 粘土膨胀
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第二节 注水井吸水能力分析
三、改善吸水能力的措施 (1) 加强注水井日常管理
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第一节 水源、水质及注水系统
目前矿场常用膜滤系数（MF）分析来衡量水对滤膜的细 微孔道堵塞程度，借以分析水对岩石孔道的堵塞。
MF值是在一定的滤膜直径、平均孔径、过滤压力和过滤 水体积的条件下，水通过滤膜所需时间的函数。定义为单位 时间、单位压力下过滤的水量，单位为ml/MPa . Min.
测定方法：用0.45微米的滤膜，把2000ml的水装入容器内， 用氮气加压至0.14MPa,记下开始过滤的时间，直到滤完 1000ml为止。
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第一节 水源、水质及注水系统
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、注水井和管网系统。 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
主要设施： 储水罐：具有储备作用、缓冲作用、分离作用
压力式滤罐：滤池完全密封， 水在一定压力下通过滤池。
图5-2 压力式滤罐示意图 14
第一节 水源、水质及注水系统
（3）杀菌
常用 的杀 菌剂
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。
（4） 脱氧
除去水中的氧气、碳酸气和硫化氢气体。
脱氧 方法
化学脱氧法；Na2SO3 N2H4（联氨）
一、水源选择
水源选择要求：水量充足、水质稳定。
水源类型
① 地面水源
地面淡水水源 海水水源
② 来自河床等冲积层水源
③ 地层水水源 ④ 油层采出水
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第一节 水源、水质及注水系统
二、水质要求
注水引起的油层损害主要类型：
堵塞、腐蚀、结垢
基本水质指标： 机械杂质浓度、粒径、膜滤系数；
细菌含量（腐生菌、硫酸还原菌、铁菌）；
若水中有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， 故用此种水源时，必须重视 。
4) 初步判断各种离子在水中的稳定性。 5) CEC值大于0.09 (按一价离子计算)时，就不能忽略粘土的水化膨胀问题。 6) 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%。
阳离子交换容量的英文名称为Cation Exchange Capacity，简称为CEC。膨润土的CEC值愈 大表示其带负电量愈大，其水化、膨胀和分散能力愈强；反之，其水化、膨胀和分散能力愈差。 目前测定CEC的方法分为两大类：一类是定氮蒸镏法，另一类是氯化钡-硫酸法。单位为 12 mmol/100g
小层吸水量 全井吸水量
100%
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
验，证实两种水的配合性好，对油层无伤害。
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第一节 水源、水质及注水系统
硫酸盐还原菌(SRB)
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第一节 水源、水质及注水系统
2. 水质推荐指标
1) 悬浮物固体含量及颗粒直径、腐生菌、硫酸盐还原菌、膜滤系数
(MF)值见上表。 2) 含油量指标，当地层渗透率≤0.1μm2 时,含油量≤5.0 mg/l ；当 地层渗透率＞0.1μm2 时,含油量≤10.0 mg/l ； 3) 总铁含量应小于0.5 mg/l ； 4) 溶解氧含量地层水总矿化度＞5000 mg/l 时溶解氧≤0.05 mg/l ； 总矿化度≤5000 mg/l 时溶解氧≤0.5 mg/l ； 5) 平均腐蚀率应小于或等于0.076mm/a ； 6) 游离二氧化碳含量应小于或等于10.0 mg/l ； 7) 硫化物(指二价硫)含量应小于等于10.0 mg/l 。
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。
注 入 压 力 (MPa)
吸水指数：
单位注水压差下的日注水量。
注入量，m3/d 图5-7 注水井指示曲线
吸水指数
日注水量 = 注水压差
日注水量 注水井流压 - 注水井静压
吸水指数
=
两种工作制度下日注水 相应两种工作制度下流
量之差 压之差
分层压裂： 油层较厚、层内岩性差异大或多油层层间差异大
(3) 酸化增注
解除井底堵塞物； 提高中低渗透层的绝对渗透率
无机物堵塞
CaCO3、FeS、Fe(OH)3以及泥质等 盐酸或土酸处理
有机堵塞物
藻类和细菌 甲醛水溶液、盐酸或土酸处理 26
第二节 注水井吸水能力分析
① 稀酸活性液不排液法 ② 醋酸缓冲—稀酸活性液增注 ③ 逆土酸增注法
无机盐类 KCl、NH4Cl
有效期短
无机物表面活性剂
铁盐类
施工条件要求严，成本高，有效 期短
离子型表面活性剂
聚季胺
无机盐和有机物混合的处理剂
有效期长，成本较低，施工 容易
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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
相对吸水量
=
前需进行防膨处理。
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第一节 水源、水质及注水系统
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。
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第二节 注水井吸水能力分析
一、注水井吸水能力
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第一节 水源、水质及注水系统
2、洗井
洗井目的：把井筒内的腐蚀物、杂质等污物冲洗出来，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
四、注水水源与地层适应性的评价 1. 分析资料
分析注入水与油层水各种离子浓度的主要分析项目有： 阳离子：钠、钾(或钠与钾总量)、钙、镁、钡、锶、三价铁、 二价铁、铝等； 阴离子：氯、碳酸根、重碳酸根、二价硫、硫酸根等； 其它：可溶性二氧化硅、游离二氧化碳、硫化氢；pH值及水 的总矿化度；
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第一节 水源、水质及注水系统
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
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第一节 水源、水质及注水系统
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： 分水器
正常注水和旁通备用管汇 压力表和流量计 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
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第一节 水源、水质及注水系统
在SY5329-88标准规定的条件下，使1000 ml水通过滤膜 所需的时间为MF值，用下式计算:
MF=1000/20t; 式中 t——过滤1000 ml 水样所需时间，min；
MF——膜滤系数，无量纲。 相同条件下测定水的MF值，若MF值降低说明水质变差 了。
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第一节 水源、水质及注水系统
主要设施：井口装置和井下注水管柱
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第一节 水源、水质及注水系统
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 ① 清除油层内的堵塞物；
② 在井底附近造成低压带，为注水创造有利条件； ③ 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。