注水井合理地層保持溫度和注入水溫度的確定

周 強(qiáng)，徐云林

（1.西南石油大學(xué)，四川成都 610500；2.陜西延長(zhǎng)石油有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075）

大多數(shù)油田的注水開發(fā)過(guò)程中，注入水溫度一般都低于油層溫度，隨著注水時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，注水量的不斷增加，從而導(dǎo)致注水井井底附近甚至油層深部的溫度大幅度下降，使油層內(nèi)油、水粘度增大，大大影響水驅(qū)油的效果[3]。以酒東油田注水井開發(fā)為背景，由于工區(qū)冬天溫度極低，最低可達(dá)零下30 ℃，直接注水可能造成管線阻塞，并極大降低油層溫度，使得水驅(qū)效果變差，因此必須適當(dāng)加熱，提高注入水溫度。

1 地層合理保持溫度的確定

注水開發(fā)過(guò)程中，隨著注水量的增多，地層溫度會(huì)下降，同時(shí)會(huì)引起原油粘度的上升，這樣會(huì)導(dǎo)致原油更難以流動(dòng)，甚至阻塞一些微小孔隙，大大降低了水驅(qū)效率。因此，可以根據(jù)地下含氣原油的粘溫特性，確定合理的地層保持溫度。

稀油：

稠油：

其中：μo-地層原油粘度，mPa·s；μoa-地面脫氣原油粘度，mPa·s；ρoa-地面脫氣原油密度，g/cm3；Ψ-原油膠質(zhì)瀝青含量，%；T-地層溫度，℃；Boi-原油的體積系數(shù)。

根據(jù)以上稀油的計(jì)算公式和已知的參數(shù)，地面脫氣原油密度0.832 g/cm3，原油膠質(zhì)瀝青含量5.4 %，原油的體積系數(shù)1.12，并結(jié)合地面的粘溫特性，可計(jì)算出地層條件下原油的粘溫特性（見表1）。根據(jù)粘度變化趨勢(shì), 求出原油粘度和油水粘度比的變化趨于平緩時(shí)的溫度值，此即為合理的注水井井底溫度[4]。根據(jù)以下的粘溫特性曲線，并綜合考慮對(duì)注入水進(jìn)行加熱產(chǎn)生的成本，注水開發(fā)過(guò)程中，地層溫度保持在35～40 ℃比較適宜（見圖1）。

圖1 地層含氣原油粘溫特性曲線

表1 地面脫氣原油與地層原油粘溫特性對(duì)比

2 合理注入水溫度的確定

考慮到工區(qū)冬天地面氣溫較低，最低達(dá)-30 ℃，因此不能直接向地下注水。要使地層保持在合理溫度進(jìn)行注水開發(fā)，需要確定合理的注入水溫度，以保證有效的注水開發(fā)。

注水井井底溫度采用Ramcy 的熱傳導(dǎo)方程[3]：

式中：A=qρwCff （t ）/2αKh

其中：Twf-注水井井底溫度，℃；Twh-注入水溫度，℃；α-地溫梯度，℃/m；h-油層中部深度，m；Tgs-地層溫度，℃；q-注水速度，cm3/s；ρw-注入水密度，g/cm3；Cf-注入水的比熱，J/g·℃；Kh-圍巖熱導(dǎo)率，W/m·℃；τc-套管外徑，m；K-地層熱擴(kuò)散率，m2/s；t-注水時(shí)間，s。

所需的計(jì)算參數(shù)（見表2）。

表2 計(jì)算井底溫度所需的參數(shù)表

本次研究分別考慮注入水溫度在10 ℃，20 ℃，3 0 ℃，40 ℃日注水量分別為20 m3，40 m3，60 m3，80 m3，100 m3時(shí)，注水井井底溫度隨時(shí)間的變化情況，計(jì)算結(jié)果（見表3～表6、圖2～圖5）。

表3 注入水溫度為10 ℃時(shí)注水井井底溫度與時(shí)間的變化關(guān)系

表4 注入水溫度為20 ℃時(shí)注水井井底溫度與時(shí)間的變化關(guān)系

表5 注入水溫度為30 ℃時(shí)注水井井底溫度與時(shí)間的變化關(guān)系

表6 注入水溫度為40 ℃時(shí)注水井井底溫度與時(shí)間的變化關(guān)系

表6 注入水溫度為40 ℃時(shí)注水井井底溫度與時(shí)間的變化關(guān)系（續(xù)表）

圖2 注入水溫度為10 ℃時(shí)注水井井底溫度與時(shí)間的變化關(guān)系

圖3 注入水溫度為20 ℃時(shí)注水井井底溫度與時(shí)間的變化關(guān)系

圖4 注入水溫度為30 ℃時(shí)注水井井底溫度與時(shí)間的變化關(guān)系

圖5 注入水溫度為40 ℃時(shí)注水井井底溫度與時(shí)間的變化關(guān)系

由以上計(jì)算結(jié)果可以看出，注水量越大，注水井井底溫度降低得越快，注水時(shí)間越長(zhǎng)，注水井井底溫度越低。注水初期，注水井井底溫度下降較快，當(dāng)注水時(shí)間達(dá)到1 000 d 左右后，注水井井底溫度下降緩慢。當(dāng)注水時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，注水井井底溫度略高于注入水的井口溫度，以單井配注60 m3/d 為準(zhǔn)，最終注水井井底溫度較注入水溫度高4～6 ℃，因此，合理的注入水井口溫度應(yīng)保持在30～35 ℃。

3 結(jié)論

（1）由地面粘溫特性，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可以轉(zhuǎn)換為地下粘溫特性曲線，曲線趨于平緩處的溫度即為合理的地層保持溫度，由此可以確定工區(qū)合理的地層保持溫度為35～40 ℃。

（2）根據(jù)不同注水量的注水井井底溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系可以看出：注水量越大，注水井井底溫度下降越快，注水時(shí)間越長(zhǎng)，注水井井底溫度越低。

（3）以工區(qū)注水井配注量60 m3/d 為準(zhǔn)，由不同注水量的注水井井底溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線可以確定工區(qū)合理的注入水井口溫度應(yīng)保持在30～35 ℃。

［1］ 林春陽(yáng)，郭冀義，馬水龍，等.注水井地層吸水規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究［J］.實(shí)驗(yàn)力學(xué)，2008，23（6）：511-519.

［2］ 陽(yáng)曉燕，楊勝來(lái)，吳向紅，等.高凝油油藏注水開采溫度場(chǎng)變化規(guī)律［J］.特種油氣藏，2011，18（4）：87-89.

［3］ 鮑全生，馮建華.注水井合理的注人水溫度確定方法［J］.石油鉆采工藝，1992，（2）：61-65.

［4］ 申家年，孫小潔，劉海鈞.地?zé)崴跍囟鹊挠?jì)算［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1998，22（4）：83-85.

［5］ 蘇繼紅，易斌，史繼忠.確定地層原油粘度的經(jīng)驗(yàn)方法［J］.石油勘探與開發(fā)，1999，26（5）：53-55.

［6］ 劉青年，馬志元.小井距試驗(yàn)油層溫度的研究［J］.石油勘探與開發(fā)，1984，（3）：63-67.