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油田分层注水技术

2018-09-18 12:26阅读:
油田分层注水技术
第一部分 油田注水开发概述
油田为什么要注水开发?
注水开发油田是前苏联二十世纪三十年代实施的一种开发模式,以美国为代表的西方国家一般不搞注水开发。这是两种油田开发思路。
一、不注水开发油田思路
1. 是枯竭式的畧夺式的开采,也就是单靠地层的原始能量(地层压力)进行一次采油。这种方式只能采出地质储量的5%-15%,大部分可采储量残留在地下,造成资源浪费。
2. 西方国家认为,注水开发成本太高。要增加水源工程、水处理工程、分注分采工程、加热脱水工程、污水回注工程等,这就带来了一系列油田生产难度,使原油生产成本不断升高。
二、注水开发油田的思路
1. 注水是对油田开发能量的补充
油田投入生产以后,油田地层能量(地层压力)随之下降,为使地层压力保持在饱和压力附近,为保持油井的旺盛生产能力,需要注水补充地层能量。若不及时补充能量,靠原始地层弹性能量,溶解气能量、边底水能量、气顶能量以及重力能量等进行一次采油,待地层压力降到饱和压力以下时候,溶解在原油中的天然气就从原油中析出来,使原油的粘度急剧增加,流动性变差,使85%的原油留在了油层,大大地降低了采收率。
2. 注水开发也是有效利用水驱油的作用,长时间注水后,岩石孔隙表面的原油不断被水带走,致使岩石呈白色,说明注水起到了有效的驱油作用。
3. 从能量平衡出发,采油工程也需要补充能量。有边水底水的油藏,在自喷开采阶段,随含水上升,井筒内液柱密度不断增大,流压上升,要保持一定的生产压差,就必须提高地层的压力,所以靠注水提高压力是经济有效的。当油井停喷后常使用人工举升的办法,降低生产流压,放大生产压差,使产液量不断得到提升,以此保持原油产量的稳定。
由于注水开发能补充地层能量,使油井保持旺盛的生产能力,使采收率可以提高10%-25%,加之注聚的三次采油工艺,最终采收率可以达到50%-65%,比依靠自然能量一次开采的采收率提高45%-55%。因此我国和俄罗斯等国家的油田,95%都采用注水方式开发。我国现
有采油井约18万口,注水井6万口,但由于油田陆续进入三高开发阶段,细分注水工艺的实施迫在眉睫。另外不少公司在美国,加拿大买断了一批枯竭油田,通过注水补充能量,单井产量可达到3-10t/d,取得了可观的经济效益。非洲的乍得和苏丹等国家的油田,一开始就搞注水开发方案,这充分说明注水开发油田模式已被人们认可。
第二部分 注水井分层注水、分层调剖和分层增注
一、概要
本部分主要解决为什么对注水井实施分层分注、分层调剖、分层增注的问题。
对于注水井实施分注、调剖、增注都是为了改善注水井的吸水剖面,解决注水后,油田出现的三大矛盾,即:层间、层内及平面,以此达到以下几个目的。
控制各层水线的推进速度
控制受效油井的含水上升速度
提高油层的存水率
改善水井的吸水剖面和出油剖面
二、剖面
在一口注水井中,同时在井口注水压力下,对多个油层注水,由于各油层的物性不同,因此各油层的吸水量也不同。这就构成了注水井的吸水剖面。
在一口油井中,同时合采多个油层,由于各层的油层物性不同(即渗透率不同,油层压力不同,含油饱和度不同,水推进的速度不同等)因此储油层的采油采液强度不同,含水高低也不同。这就构成了油井的出油或产液剖面。
三、三大矛盾
层间矛盾:层与层之间由于渗透率差异达几百上千倍,注水后,各层受效时间、地层压力、产油速度、含水率都不一样。
平面矛盾:一口注水井要对应两口以上的油井注水,由于沉积相的影响,各油井受效情况差异很大。
层内矛盾:在同一油层内,由于油层的非均匀质存在,影响该层的注水采收率。
这三大矛盾,使所有注水开发的油田都是躲不过绕不开的问题。因此,地质家和工程师都在忙此事。解决这三大矛盾的关键是:就如何改善出油剖面和调整吸水剖面,以达到稳产、增产、提高采收率的目的。
因此在注水井中,对各油层要进行分层定量注水,即分层注水;对完不成配注的个别层要进行分层改造(压裂或酸化);对特高渗透层除实行分层配注手段外,还要进行单独注调剖剂,限制水的推进进度,同时达到提高存水率和扩大波及体积的目的。
为解决三大矛盾,也要同时在油井上采取分层堵水、分层压裂、分层酸化、分层采油等技术措施。
第三部分 注水井的试注与投注
一、排液
排液的目的
一是排出钻井、完井过程中对地层伤害和堵塞物;
二是使井底的油层附近造成低压区,为注水创造条件。
排液要求
一是排液强度以不伤害油层孔隙结构为原则,含砂0.2%;
二是排液体积,一般排液界限为2倍井筒容积再加上10倍的地层伤害体积,计算公式:
二、洗井
1、首先下入带有筛管和套管刮腊器的洗井管柱,边下边用密度1-1.18的盐水反冲洗井内的死油和污垢,并落实人工井底。
2、起出井内管柱,按地质方案要求下入分层测试管柱,并座好井口。(后面介绍分层测试管柱)
3、洗井,用泵站供给的高压合格水进行反洗井,洗井排量由小到大,即15m3/h、20m3/h、30m3/h,三个排量都要到达质进出口一致为洗井合格。
(1) 分层启动压力测试重要性
能真实认识各层吸水能力
多年来,跨层系开发、合注、笼统措施,使分层监测不到位,搅乱了层系之间的压力系统;地质分析困难,认识不清,控制层分开后,反而不吸水;带来分层很大的盲目性,造成后期返工、反复调配工作量大。
可以确定最高注水压力界限
为管柱合理配置(锚定)提供依据
减少大量的后期调配工作量
为注水系统地面建设提供设计依据
(2) 管柱结构
封隔器
定泄压阀
阀座
筛管
丝堵
(3) 工作原理
管柱到位后首先打压使封隔器坐封,然后继续打压将最下面一级定压阀打掉,其余定压阀均处于密封状态,实现最下一个层段资料的录取,待最下一级资料录取完毕后,从井口投球实现上一层段资料的录取,依次类推逐步实现上部各层段资料的录取。
三、试注
1、放大注水,放大注水量基本接近排出的地下体积为合适,也可以用连续三天稳定注水的方法控制,也就是在同一个压力下,全井的注水量基本稳定,说明地层的吸水量为真实吸水量。
2、测全井和分层指示曲线。测绘井和分层指示曲线的点3-4 个,每个压力点稳定注水20-30min。
3、测试手段:一般测全井和分层指示曲线时,均下入分层测试管柱,采用吊球或投球方法,测得各分层的指示曲线。通过分层的指示曲线,按地质要求的各层配水量,选择各层的水嘴。
4、起出测试管柱,下入分层注水管柱,洗井一个排量合格,蹩压10-15Mpa释放封隔器,然后正常转注。
第四部分 分层注水工具及管柱
一、分注管柱分类原则
先按注水层数确定管柱的大类,分为“顶封管柱”、“一级二段分注管柱”、“二级三段 管柱”等;
然后按工具的外径划分,分为:“Ф114系 列”或“Ф110系列”等;
其次,再按不同的外径系列区分不同的耐压的技术指标。
如高压(≥25MPa)、常压 系列(18-25MPa)。
主要分注管柱
Ф114、Ф112系列顶封管柱
管柱结构
组成:防沉积水力锚
Y341封隔器
撞击式导流器
单向阀
指标:耐压35MPa,耐
温130,外径
Φ112mm、114mm
主要工艺用途
A.卡封隔离上部套漏井;
B.高压注水下的上部套管保护;
C.停注上层,单注下层。
使用技术条件
Ф114系列管柱主要用于:
51/2 x 7.72mm、9.17mm套管井
Ф112系列管柱主要用于:
51/2 x10.54mm或7.72mm、9.17mm微套变井
一级二段分注管柱 :
Y241-112系列油套分注管柱
Y221-114(110)系列油套分注管柱
常规偏心(上提)一级二段管柱
常规偏心(下放)一级二段管柱
一级二段长效分注管柱
三级以上分注管柱
4″套管分注管柱
引进的管柱:江汉分注管柱
二、井下分注工具介绍
1. 关于封隔器的型号和含义
Y541-115:压缩式 锚瓦固定 液压座封 提放管柱
Y221-114:压缩式、单向卡瓦式、下放管柱、提放管柱
K344-114:扩张式、悬挂固定、液压座封、液压解封
Y341-114:压缩式、悬挂固定、液压座封、提放管柱
ZYY221 :压裂封隔器、自封压缩组合式、单向卡瓦式、下放管柱、提放管柱
Y241-112:压缩式、单向卡瓦式、液压座封、提放管柱
Y221-114:压缩式 、单向卡瓦式、下放管柱、提放管柱
ZYY211-110: 自封压缩组合式、单向卡瓦式、下放管柱、提放管柱
Y111-114:压缩式、尾管支撑固定、下放管柱、提放管柱
(1)、Y541-115静液压封隔器
结构:五部分组成。
水力锚:承受封隔器下部压差产生的上顶力。
封隔件:封隔上、下层位。
下卡瓦:承受上压差产生的下推力。
座封锁紧机构:压缩封隔件,张开下卡瓦,同时锁定,使之处于工作状态。
解封机构:起解封作用。
用途:用于定向井、直井的分采,试油,卡堵水等,靠液压座封
座封:油管憋压(5~10MPa),压力作用到控制活塞上,剪断剪钉,活塞上行,锁块脱离约束,活塞带动锁紧机构、外中心管、水力锚向下移动,张开下卡瓦并卡住套管内壁,压缩封隔,同时锁紧机构将封隔器锁定在座封位置。
最大外径:115mm 最小通径:50mm
度:1423mm 径:121~124mm
工作压力:25MPa 工作温度:120
两端连接螺纹:2 7/8TBG 适用井斜:45°
(2)、Y211-114封隔器
1-上接头 2-调节环 3-“O”型圈 4-边胶筒 5-隔环
6-中胶筒 7-中心管 8-楔形体帽 9-档环 10-防松螺钉
11- 楔形体 12-防松螺钉 13-限位螺钉 14-卡瓦 15-大卡瓦档环
16-固定螺钉 17-连接环 18-小卡瓦档块 19-防松螺钉 20-护罩
21-弹簧 22-锁环套 23-档球套 24-档球 25-顶套
26-扶正体 27-压环 28-摩擦块 29-压簧 30-限钉压环
31-滑环 32-轨道销钉 33-防松螺钉 34-下接头
用途:分层采油、卡堵水、找水等
坐封:按坐封高度上提管柱,然后下放管柱,扶正器则沿中心管轨迹槽运动,轨道销钉从原来的短槽上死点到达长槽上死点的坐封位置。由于顶套的作用,挡球套被顶开解锁,从而使卡瓦被锥体撑开,并卡在套管内壁上。同时,在管柱重量作用下,下行压缩胶筒,使胶筒直径变大,封隔油套环形空间。
解封:上提管柱,上接头、调节环和中心管一起上行,轨道销钉又运动到下死点,锥体退出卡瓦。同时由于扶正器的摩擦力,产生一个向下的拉力,从而卡瓦准确回收及锁球复位,挡球套在弹簧的作用下,自动复位,锁紧装置恢复。与此同时,胶筒收回解封。
最大外径:114mm 最小通径:50mm
度:2123mm 工作温度:120
连接螺纹:2 7/8TBG 距:700mm
坐封载荷:80~100KN
工 作压 差:上压25MPa 下压8MPa
扶正块外径:张开136mm 缩小114 mm
2、水力锚结构原理
(1) KMZ-115水力锚
用途:利用水力锚爪的咬合力来克服分层作业中油管所受的拉力或压力。
当油管压力大于套管压力时,油套之间的压差作用在锚爪上,就产生一个液压作用力,当这个作用力大于弹簧的弹力时,锚爪就压缩弹簧向外凸出,并咬合在套管内壁上,以防止管柱上、下窜动。油套压差愈大,锚爪的咬合力愈大。当油管压力不大于套管压力时,锚爪就在弹簧的作用下恢复原位。
(1) 应根据管柱的受力大小选用合适的水力锚,不渗不漏者才能用。
(2) 水力锚下井位置应处于水泥环返高范围之内,防止因压力过高造成套管变形卡死水力锚。
(3) 水力锚有防砂装置可下入在管柱底部,如无防砂装置,下入位置应在最上一级封隔器的上部,以防砂卡。
钢体外径:115mm 钢体内径:40mm
锚爪直径:50mm 适用套管:140mm
长:440mm 两端连接螺纹:27/8TBG
理论啮合力:5MPa-- 57KN 15MPa--187KN
20MPa--230KN 25MPa--289KN
(2) 普通水力锚结构及原理
钢 体 外 径:Φ114mm Φ110mm
长: 690mm 690mm
径:Φ54mm Φ50mm
锚爪启动压力: 2MPa
差: 35MPa 30MPa
3、补偿器结构原理
KHC-1145管柱缓冲器构原理
用途:与水力压缩式封隔器配套使用,减少因注水压力波动而造成管柱伸缩对封隔器的影响。
1、关闭:组装试压后处于关闭状态,下井时,内外伸缩管和锁块、活塞固定,不产生相对运动。
2、开启:油管弊压,液压从内伸缩管的小孔作用在活塞上,当压力达到一定值后(封隔器座封后),剪断销钉,活塞上行,锁块退出锁槽,从而内外伸缩管可产生相对运动。
3、工作:封隔器座封后与套管内壁相对固定,当油管压力下降时,整个管柱伸缩,由于内外伸缩管可产生相对运动,整个管柱的收缩力不再作用在封隔器上。
度:995mm
程:280mm
最大外径:Φ114mm
最小内径:Φ48mm
工作压力:25KPa
工作温度:120
4、支撑卡瓦结构原理
KGA-114支撑卡瓦
用途:接在封隔器的下部,作管柱的下支点,用于坐封隔器和克服封隔器因上压所产生的下推力。结蜡严重和死油多的井不宜使用。
扶正器依靠弹簧的弹力,造成摩擦块与套管的摩擦力,扶正器通过滑环销钉,就能沿中心管的轨道槽运动。座卡:按所需坐卡高度上提管柱后下放,就从中心管的轨道槽的短槽上死点运动到长槽上死点,卡瓦就被锥体撑开而卡牢套管。解卡:上提管柱,件11就从中心管的长槽上死点回到下死点,则卡瓦2就在箍簧3的作用下收回。
总长:1050mm 最大外径:114mm
通径:50mm 防 坐 距:350mm
5、配水器结构原理
KPX-114偏心配水器
用途:主要用于分层注水。
正常注水时,堵塞器靠其主体的Φ22mm台阶坐于工作筒主体的偏孔上,凸轮卡于偏孔上部的扩孔处(因凸轮在打捞杆的下端和扭簧的作用下,可向上来回转动,故堵塞器能进入工作筒,被主体的偏孔卡住而飞不出),堵塞器主体上、下两组各两根“O”型圈封住偏孔的出液槽,注入水即以堵塞器滤罩、水嘴、堵塞器主体的出液槽和工作筒主体的偏孔进入油套环形空间后注入地层。投捞堵塞器的工作原理详见投捞器的工作原理说明。
第五部分 分层配水技术
1、固定配水管柱
结构:由扩张式封隔器(如K344型)及固定配水器。
技术要求:各级配水器(节流器)放开压力必须大于0.7Mpa。
存在问题:更换嘴子时必须起出管柱测试用钢丝吊球即可。
2、活动配水管柱
结构:由扩张封隔器及空心配水器组成。
技术要求:空心配水器的直径自上而下逐级从大到小。打捞是自上而下打捞。
存在问题:最多五级
测试:空心配水器下贷“104”浮子流量计,可测试每个层的注水量。
3、偏心配水管柱
结构 :由可洗井压缩式封隔器、偏心配水器和球座等组成。若深度在2000m以下深井,注水管柱应加油管补偿器,水力锚、水力卡瓦等。
技术要求:坐封压力必须在15Mpa以上,用投送器,将水嘴堵塞器投送到各级工作筒内。用打捞器打捞各级水嘴堵塞器。
测试:a可用106浮子流量计测试各层的吸水量
b用电磁或超声波流量计,在偏心管柱的任何层段都可以测试。
分层注水指示曲线、分层注水指示曲线是注水层段的注水压力和注水量的相关曲线。它反映各层的吸水能力。每条曲线和压力轴的交汇处为该层段的启动力。
嘴损曲线:此曲线表达配水尺寸、注水量通过配水嘴的节流损失三者之间的定量关系。
管损曲线:管损曲线表示油管深度、注水量和沿程压力损失三者之间的定量关系。
  1. 分层配水嘴选配方法
  2. 绘制分层指示曲线,根据分层配注量,查出井口注水压力P配;
  3. 根据全井配注量及油管深度从管损曲线查出P管损;
  4. 确定井口注水压力P井(一般是高压注水的来水压力);
  5. 计算嘴损压力:P嘴损=P井-P配-P管损
  6. 根据各层的配水量及嘴损,在嘴损曲线上查出各层水嘴尺寸。
  7. 调配水嘴
第六部分 注水水质及防膨技术
注水水质推荐标准
根据各油田的储层物性,注水水质质量可参照“中国石油天然气行业标准水质指标(参考SY-5329-94)”。
(1)悬浮物固体含量及颗粒直径、含油量、平均腐蚀率、硫酸盐还原菌(SRB)、铁丝菌、腐生菌(TGB)和膜滤系数指标见上表;
(2)总铁含量应小于0.5mg/L;
(3)溶解氧小于0.05mg/L,国际溶解氧要求小于0.005mg/L;
(4)游离二氧化碳含量小于10.0mg/L;
(5)硫化物(指二价硫)含量应小于10.0mg/L;
(6)当注入水质不到要求时,必须定期洗井
防膨技术
注水开发油田,油层大部分都是含粘土砂岩油层,而粘土成份中,往往会有伊绿石和蒙脱石矿物,这种矿物的最大特点是遇到水后产生水敏膨胀,速敏运移,致使孔隙喉道半径缩小或堵塞,造成吸水量降低。
粘土防膨剂可分为无机盐类、无机物表活剂、有机物表活剂、以及无机盐与无机物离子表面活性剂复配物。
防膨剂的筛选
初选:将油层岩屑粉碎过筛后放入含有防膨剂的水中,测出一定时间内体积和重量变化,从而得出最佳防膨配方。
渗流防膨效果评价,初选的配方混合到注入水中,经岩心模拟试验,测定渗透率的变化。
防膨的使用
对于注水,一般是周期性注入加防膨剂的段赛。也可连续注入。浓度一般在0.5-1.0%。
百宜油田专用杀菌剂
D—560是针对油田内广泛存在的硫酸盐还原菌(SRB)、铁细菌和腐生菌(TGB)研制而成的专用杀菌剂。它是以阳离子长链聚合物、表面活性剂、稳定剂复合而成的广谱杀菌剂。它独特的杀菌能力和絮凝作用,不仅适用于油田采油注水、钻井泥浆,油田污水,也适用于石化行业污水回用。
性能特点
极强的杀菌能力:对杀灭硫酸盐还原菌、铁细菌有特效
抑菌时间长:可持续一个月以上
价格低,用量少
无毒、无色、无嗅;对皮肤无刺激
抗高温,400以内不会失效
长期使用不会产生抗药性
抗有机物干扰;对金属无腐蚀作用
投加后无泡沫;易溶于水;可降解,对环境没有污染
一、技术指标
外观:无色或淡蓝色透明液体
PH值: 6.5—7.5
比重(20,g/cm3):1.00 — 1.05
毒性: LD50鼠>5 000mg/kg 属实际无毒级。
二、使用方法
在油田采油回注水中,因为系统情况、环境、菌种、菌量的差异,10%浓度的产品建议使用浓度为20~30ppm(建议试验浓度25ppm)。2.5%浓度的产品建议使用浓度为80~100ppm。
在钻井液、压裂液中,10%浓度的产品建议使用浓度为100ppm.可以完全取代甲醛,从而改善工人的劳动环境。
三、杀菌机理
D—560中的正电性与呈负电性的各类细菌、病毒吸附,从而抑制细菌病毒的分裂功能,使细菌病毒丧失生殖能力;且其聚合长链的缠绕作用会使微生物迅速窒息而死。
D—560的特殊的物理杀菌机理,使细菌不会对它产生抗药性。
四、对厌氧菌具有强力杀灭作用
D—560独特的杀菌机理可以有效的杀灭油田存在的厌氧菌。大庆石油工业原油及石油产品质量监督检验中心按照大庆的规范要求,对百宜杀菌剂进行了检测,专家评价认为效果很好,结果见表一。
表一: 百宜杀菌剂(10%含量)对油田细菌的杀灭作用
检 验 项 目
质量指标 
检验结果

外观
均匀液体
均匀液体

水溶解性
溶于水
溶于水

PH值
3.0-10.0
7.19

对硫酸盐还原菌杀菌率(%)
≥97
99.71
25 ppm
对铁细菌杀菌率(%)
≥97
98.76
25 ppm
对腐生菌杀菌率(%)
≥97
99.39
25 ppm
五、不受有机物的干扰
油田废水中存在大量有机物质,这些有机物会不同程度的降低一般杀菌剂的效果,甚至使他们的杀菌效力降为零。而百宜杀菌剂却不受有机物的干扰,仍然保持很高的杀菌效率。
六、具有良好的絮凝作用
油田废水中除含有大量细菌外,还存在大量的悬浮物、胶体、乳化油珠,一般废水处理加入杀菌剂的同时还需要投加絮凝剂。而百宜杀菌剂本身具有良好的絮凝作用。因此,D—560百宜杀菌剂是一种具有杀菌絮凝作用的优良的污水处理剂。
由于三次采油普遍采用的驱油聚合物聚丙烯酰胺也是阳离子型聚合物,所以利用百宜杀菌剂作为杀菌剂不但不会造成聚合物溶液粘度下降,反而会改善聚合物的抗微生物降解和抗温度降解的性能。

系列杀菌剂、防腐剂、防霉剂、消毒剂、抗菌剂
联系人:宋先生 电话13305313047

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