油田開(kāi)發(fā)晚期注水工藝的改進(jìn)

許 盼，王衛(wèi)強(qiáng)

（遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

油田開(kāi)發(fā)晚期注水工藝的改進(jìn)

許 盼，王衛(wèi)強(qiáng)

（遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

在油田開(kāi)發(fā)晚期為了避免油井產(chǎn)量大幅度下降，考慮了日月漲潮現(xiàn)象，進(jìn)行了油田注水調(diào)整和地層的振動(dòng)處理，在降低注水量的同時(shí)也節(jié)約50%的電能，最終增加油井產(chǎn)油量，提高油田采收率。采用可導(dǎo)致地層水力變形的局部注水和提高注水地層波及率的新工藝，進(jìn)一步提高了開(kāi)發(fā)晚期油田的原油產(chǎn)量和采收率。

日月漲潮；注水；工藝；采收率

國(guó)內(nèi)外的油田實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中，廣泛應(yīng)用注水保持地層壓力開(kāi)發(fā)油田方法［1，2］。但在油田開(kāi)發(fā)晚期，采用該方法會(huì)因油井高含水，而使油井產(chǎn)量大幅度下降，使油田開(kāi)發(fā)技術(shù)指標(biāo)急劇惡化，并且由于地層的高滲透井段被多次水洗，而低滲透層段內(nèi)出現(xiàn)大量死油區(qū)，殘余的油無(wú)法采出。低滲透層注水開(kāi)發(fā)采收率極低且注水對(duì)于滲透率低于 0.005～0.006 的地層的開(kāi)發(fā)是無(wú)效的。注水不能保證油藏在恒定的壓力下開(kāi)采，油藏在長(zhǎng)期含水條件下采油，采收率的提高并不明顯，也不能保證足夠有效地驅(qū)油。在油田開(kāi)發(fā)晚期的高注水速度，也會(huì)大幅度降低油井的產(chǎn)液量和產(chǎn)油量。另外，注入和采出大量的水，還會(huì)使水處理費(fèi)用及電能的消耗增加。

為了提高開(kāi)發(fā)晚期油田的開(kāi)發(fā)效果和采收率，必須對(duì)現(xiàn)有的注水工藝進(jìn)行改進(jìn)。論述了地殼的萬(wàn)有引力日月漲潮對(duì)采油的影響、油層最佳注水量和注水方式的確定，以及可導(dǎo)致地層水力變形的局部注水工藝和提高地層注水波及率的新工藝。

1 地殼的萬(wàn)有引力日月漲潮對(duì)采油的影響

在自然界，大家都明了一個(gè)機(jī)理；太陽(yáng)和月亮對(duì)地球的萬(wàn)有引力作用引起的日月潮汐，會(huì)使地層巖石每天都受到交替膨脹和壓縮作用。俄羅斯塔塔爾斯坦地區(qū)的日月潮汐，已使地平面每天的升降幅度達(dá)0.4 m。它們以半天、一天、一月和半年的周期產(chǎn)生海水漲潮。漲潮如同注水那樣可使地層裂縫擴(kuò)展，這時(shí)就會(huì)因孔隙和裂縫間的壓力差，在裂縫中產(chǎn)生一定程度的真空。其結(jié)果，原油即可由孔隙運(yùn)移到裂縫中。這通常發(fā)生在每天的12 h內(nèi)，在此后的12 h內(nèi)，因退潮地殼被壓縮擠壓其中的水，可將原油驅(qū)入油井。并且閉合的孔隙空間與其周?chē)牧芽p在水的高壓下，還會(huì)減緩水與原油間的傳質(zhì)。潮汐的作用能量很大，可不要求專(zhuān)門(mén)的瞬間連續(xù)作用技術(shù)，不消耗能量，就可沿整個(gè)巖石圈起作用。

2003年，俄羅斯研制成功了一種利用天然的日月漲潮和振動(dòng)處理的延長(zhǎng)裂縫開(kāi)啟和閉合周期的采油新工藝，并已在羅馬什金油田通過(guò)了礦場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。目前的油田注水是連續(xù)進(jìn)行的。因地層裂縫和斷裂會(huì)周期性打開(kāi)和閉合，地層注水就沒(méi)有必要經(jīng)常連續(xù)進(jìn)行。

2 油層最佳注水量和注水方式的確定

2.1 最佳注水量

借助于地面和油層附近的井下振動(dòng)器，使油層產(chǎn)生振動(dòng)的提高采收率方法，目前已在許多俄羅斯油田實(shí)施。但因未考慮日月漲潮，而并非總是有效的。振動(dòng)處理可以一天、一周，及萬(wàn)有引力運(yùn)動(dòng)的潮汐周期實(shí)施。

為了提高振動(dòng)處理的效果，必須將其同日月漲潮的作用結(jié)合，即將其同考慮地殼振動(dòng)的裂縫打開(kāi)和閉合調(diào)節(jié)注水相結(jié)合或單獨(dú)實(shí)施?？紤]到結(jié)晶和非結(jié)晶及塑性材料等受壓材料振動(dòng)期間和振動(dòng)后裂縫的打開(kāi)和閉合，以及月亮-太陽(yáng)的重力作用規(guī)律，振動(dòng)可由任何類(lèi)型地層中驅(qū)油。為了評(píng)價(jià)日月漲潮對(duì)羅馬什金油田開(kāi)發(fā)指標(biāo)的影響，分析了該地區(qū)16個(gè)不同產(chǎn)油區(qū)20年來(lái)的月平均注水量、產(chǎn)液量和產(chǎn)油量的變化。這些參數(shù)變化是無(wú)人力干預(yù)發(fā)生的。在每一個(gè)單獨(dú)的周期內(nèi)，它們的變化是相似的。日月漲潮在一年內(nèi)的兩個(gè)季節(jié)達(dá)到最大值：冬季（11-1月）和夏季（5-6月份）。注水井的月平均注水量變化表明，在無(wú)人力干預(yù)的情況下，注水泵的工作強(qiáng)度會(huì)自動(dòng)增加和下降。在裂縫打開(kāi)時(shí)，注水量自動(dòng)增加。注水量越大，產(chǎn)液量越大。只是因?yàn)檫@時(shí)油井的含水較高，產(chǎn)油量的變化不太明顯。

對(duì)油田開(kāi)發(fā)的計(jì)算結(jié)果表明，將注水量降低50%，可在保持采油量不變的情況下，使油井含水降低7%。即在油井含水為93%～94%時(shí)，將注水量降低50%，延長(zhǎng)裂縫的打開(kāi)時(shí)間，就可提高采收率。其增油量可對(duì)這些井連續(xù)取樣測(cè)定產(chǎn)油量、含水和井底壓力用實(shí)驗(yàn)確定，也可每天由井組不少于6次取單位容積液量測(cè)試確定。目前，這一實(shí)驗(yàn)已有計(jì)劃地在各個(gè)油田實(shí)施。當(dāng)然由調(diào)節(jié)注水的增油量，也與具體油田的含水有關(guān)。因此，在具體實(shí)施該方法時(shí)，應(yīng)對(duì)每個(gè)油田進(jìn)行單獨(dú)評(píng)價(jià)。

2.2 注水方式

局部注水可導(dǎo)致地層水力變形。近10年來(lái)的研究表明，與完全驅(qū)油有關(guān)的地層參數(shù)，可以統(tǒng)一分為為兩大類(lèi)：儲(chǔ)量開(kāi)采速度與注入水、地層水和天然氣突入油井的延續(xù)時(shí)間。理論和實(shí)驗(yàn)研究表明，地層的相滲透率、注水波及率和殘余油飽和度，受原油和孔隙介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)和所能達(dá)到的壓力梯度的影響。并且，由地層中驅(qū)油的程度還與所能達(dá)到的壓力梯度密切相關(guān)，其原因是：地層原油的采收率受井網(wǎng)密度和油井的比產(chǎn)油量的影響。此外，進(jìn)行的研究還表明，油田開(kāi)發(fā)中地層壓力下降帶發(fā)生的地層不可逆變形，可使地層的層間和面積上的滲透率非均質(zhì)性加劇。然而，將周期性地降低井間的地層壓力與均衡開(kāi)發(fā)晚期油層液流的強(qiáng)化采油工藝相結(jié)合，就可提高采收率。與地層構(gòu)造有關(guān)，原油采收率的提高可超過(guò)初始表內(nèi)儲(chǔ)量的4%。目前，將該種提高采收率方法，稱(chēng)作“水力變形”法。研究結(jié)果表明，水力變形提高采收率方法，應(yīng)首先在高含水地層的純油帶實(shí)施。就是在經(jīng)濟(jì)合理的有限范圍內(nèi)，鉆補(bǔ)充井和側(cè)鉆井，進(jìn)行地層的點(diǎn)狀注水，改善開(kāi)發(fā)晚期的油田開(kāi)發(fā)，提高其原油采收率。

俄羅斯的蘇爾古特石油公司根據(jù)對(duì)油田礦場(chǎng)資料的計(jì)算和分析，選擇了費(fèi)多羅夫油田的BC10層的有遠(yuǎn)景地區(qū)，實(shí)施該種提高采收率新方法。

該地區(qū)共鉆了103口井，其中包括70口油井和33口注水井。目前的驅(qū)油效率為37.7%，采油區(qū)的地層壓力為19.5～19.7 MPa。油井的目前平均含水已超過(guò)95%。對(duì)油井生產(chǎn)的分析表明，約有80%的油井在低于地層壓力5 MPa的流壓，沉沒(méi)度為500 m的條件下生產(chǎn)。這就是說(shuō)，由計(jì)算可知約有80%的油井可在不加深泵掛的情況下，增產(chǎn)50%～70%。另外，為了優(yōu)化該地區(qū)的注水系統(tǒng)，對(duì)10個(gè)不同的開(kāi)發(fā)方案進(jìn)行了分析，采取了鉆補(bǔ)充井和側(cè)鉆井，有針對(duì)性對(duì)一些區(qū)塊實(shí)施點(diǎn)狀注水。其結(jié)果，已大幅度地改善了油田的開(kāi)發(fā)狀況，提高了油田的采收率。

3 提高注水地層波及率的新工藝

目前石油工業(yè)的主要任務(wù)，是在油田開(kāi)發(fā)晚期長(zhǎng)期保持原油產(chǎn)量穩(wěn)定。為此，就必須開(kāi)發(fā)可提高原油采收率和減少產(chǎn)水量的有效的新工藝。近年來(lái)俄羅斯開(kāi)發(fā)的提高采收率新工藝，主要是靠注入各種化學(xué)劑，在地層水洗帶形成滲濾阻力，提高地層的注水波及率。屬于這類(lèi)工藝的有：采用膠囊聚合物的改進(jìn)的注聚工藝，Kcahtah工藝和用瓜爾膠的植物多糖的交聯(lián)聚合物工藝。

3.1 改進(jìn)的注聚工藝

改進(jìn)的注聚工藝的特點(diǎn)，是將少量的聚丙烯酰胺用硫酸鋁或羥基氯化鋁等生態(tài)安全交聯(lián)劑混合制備和通過(guò)注水井注入地層。當(dāng)聚丙烯酰胺與交聯(lián)劑混合時(shí)，就會(huì)形成膠體顆粒的分散體，膠體顆粒就會(huì)運(yùn)移至地層深處，堵塞高滲透和高含水小層和區(qū)域。其結(jié)果，注入水流就會(huì)轉(zhuǎn)向進(jìn)入早先未被注入水波及的低滲透油飽和小層和區(qū)域。該種新工藝的組分，可用不同礦化度的水配制，并可在0～900 ℃的廣泛溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。它可有效地作用于高產(chǎn)的滲透率非均質(zhì)碎屑巖地層。注入該組分的注水井的吸水能力，在井口壓力下為150～1 000 m3/d。

3.2 Kcahtah工藝

在用生物技術(shù)生產(chǎn)的工業(yè)聚合物中，Kcahtah是最著名的，它是用生物合成方法生產(chǎn)的聚多糖。盡管其品種很多，但只有少數(shù)幾種具有可成功用于復(fù)雜采油條件下的綜合性能，采用它是用生物技術(shù)產(chǎn)品解決采油工藝問(wèn)題的成功嘗試。它的固定有序結(jié)構(gòu)、分子間的相互作用和大分子量可形成高粘溶液。其重要特性是它在破壞后可完全恢復(fù)有序的三維結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)槠渌芤壕哂械挚箼C(jī)械破壞的高阻力。這就是它適用于采油工藝的一個(gè)重要因素。該種生物聚合物溶液在多價(jià)金屬鹽的作用下，可轉(zhuǎn)化為高強(qiáng)度凝膠狀態(tài)。在工藝的實(shí)施過(guò)程中，采用的是它的的添加穩(wěn)定劑的水溶液。將其注入地層的高滲透小層后，它就可在凝膠引發(fā)劑的作用下形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。該種凝膠在高礦化度水中性質(zhì)也不會(huì)改變，并且它不會(huì)被機(jī)械破壞，可在2年以上的時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。

3.3 交聯(lián)聚合物工藝

添加醋酸鉻的瓜爾膠和金屬氧化物交聯(lián)聚合物組分，可用于地層的液流轉(zhuǎn)向。當(dāng)向地層注入大劑量的交聯(lián)聚合物時(shí)，它們可滲入距井底足夠遠(yuǎn)的高滲透小層，并形成凝膠。這樣以來(lái)，注入水就會(huì)轉(zhuǎn)向滲入地層的未被注入水波及帶。該工藝適用于處理滲透率非均質(zhì)的碎屑巖地層。該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是瓜爾膠可快速溶于任一礦化度的水中形成粘性溶液，溶液對(duì)機(jī)械破壞有高度穩(wěn)定性、抗鹽性和無(wú)腐蝕性。在開(kāi)發(fā)該工藝的初期階段，進(jìn)行了大量的科研工作，對(duì)4種瓜爾多聚糖樣品溶液的理化性質(zhì)進(jìn)行了全面研究。結(jié)果表明，它們對(duì)機(jī)械破壞、熱氧化、pH值降解和水的礦化度等都具有高的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論與建議

在油田開(kāi)發(fā)晚期，考慮日月漲潮進(jìn)行油田注水調(diào)整和地層的振動(dòng)處理，可在降低注水量和節(jié)約電能50%的同時(shí)，增加油井產(chǎn)油量和提高采收率。采用可導(dǎo)致地層水力變形的局部注水和提高注水地層波及率的新工藝，可進(jìn)一步提高開(kāi)發(fā)晚期油田的原油產(chǎn)量和采收率。建議國(guó)內(nèi)各開(kāi)發(fā)晚期油田，能通過(guò)檢測(cè)確定其日月漲潮周期，考慮日月漲潮調(diào)整油田注水，同時(shí)進(jìn)行地層的振動(dòng)處理。采用最佳的注水量和注水方式，及提高地層的注水波及率的新工藝，以提高油田的原油產(chǎn)量，降低油井含水和電能消耗，提高油田開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］王建軍，李振龍，馬海驕，張金芝.油田開(kāi)發(fā)注水方式研究綜述［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2011（21）: 25-27.

［2］張祥友. 調(diào)速型液力偶合器在某油田注水泵上的節(jié)能應(yīng)用［C］. 山東石油學(xué)會(huì)石油天然氣注水及水處理技術(shù)中心站油田注水及水處理技術(shù)研討會(huì)論文集，2008.

The improvements of injection process in the late of the oilfield development

XU Pan，WANG Wei-qiang
（College of Petroleum and Natural Gas Engineering， Liaoning Shihua University， Liaoning Fushun 113001， China）

In order to avoid significant decline of oil production in the late of the oilfield development. Considering the sun and the moon high tide phenomenon and the oilfield water injection and the formation of vibration treatment were done. Water injection was lower than before and at the same time had a 50% energy savings. Finally increased oil production and enhanced oil recovery. Used localized water injection which can lead to the formation of hydraulic deformation and used new technology which can increase the rate of formation spread. Further improve the development of late oil field crude oil production and recovery.

Sun and moon high tide； Water injection； Technology； Recovery efficiency

TE 357

A

1671-0460（2015）12-2844-03

2015-06-27

許盼（1987-），女，遼寧省撫順市人，助理經(jīng)濟(jì)師，碩士學(xué)位，2015年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專(zhuān)業(yè)，研究方向：長(zhǎng)距離管道運(yùn)輸。E-mail：114350201@qq.com。