嘴流規(guī)律在注水井現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用

劉江華

（中國(guó)石化江漢油田分公司江漢采油廠，湖北 潛江433123）

引 言

注水開發(fā)油田在開發(fā)后期需要依據(jù)油井受效反應(yīng)，頻繁進(jìn)行注采調(diào)整。最常用的方法是調(diào)整注水井的日配注量和注水周期。產(chǎn)油量下降，導(dǎo)致油田經(jīng)濟(jì)效益下滑，而鉆井成本難以壓縮，于是在新建或轉(zhuǎn)投注水井時(shí)，投資成本成為影響地面建設(shè)的主要因素。然而控制成本的同時(shí)，給后續(xù)注水管理工作帶來(lái)問(wèn)題，具體體現(xiàn)在注水井配注無(wú)法落實(shí)，油井日產(chǎn)液和含水率得不到控制，高壓閘門故障頻繁。

1 注水管理現(xiàn)狀

為了降低投資成本，江漢油田普遍采用枝狀管網(wǎng)模式（圖1）連通相鄰注水井井口，以此減少增壓泵和地面管線的投資。

圖1 枝狀管網(wǎng)模式示意圖

伴隨工藝技術(shù)進(jìn)步，注水管理工作從注重井網(wǎng)設(shè)計(jì)關(guān)注注采比發(fā)展到注重井筒層間精細(xì)化管理，關(guān)注注采對(duì)應(yīng)率、受效率，注水工藝也隨之由籠統(tǒng)注水逐步調(diào)整為分層注水（圖2）。

圖2 注水井地面流程和井下管柱示意

2 嘴流規(guī)律與注水實(shí)踐

2.1 嘴流規(guī)律

嘴流（圖3）是指通過(guò)油嘴的流動(dòng)，在液體穿過(guò)油嘴、井下安全閥、井下節(jié)流器這些節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)前的壓力p1與節(jié)點(diǎn)后的壓力p2存在壓差。

圖3 嘴流示意圖

嘴流條件下氣體或液體流經(jīng)油嘴的流量G與油嘴前后的壓力比p2／p1存在關(guān)系（圖4）。

圖4 流量G與壓力比p2／p1關(guān)系曲線

當(dāng)p1＝p2時(shí)，則G＝0。在曲線ab段上，當(dāng)壓力比p2／p1逐漸減小時(shí)，流量G逐漸增加。但當(dāng)流量G增加到某一定值（最大值）時(shí)，繼續(xù)減小壓力比，流量并不增加，而是保持定值，如直線段bc所示。

2.2 在注水實(shí)踐中反向理解嘴流規(guī)律

注水井現(xiàn)場(chǎng)存在類似“油嘴”作用的工具，“水嘴”、“閘門”常用于調(diào)整節(jié)點(diǎn)前后的壓力和流量。與流經(jīng)油嘴的流體運(yùn)動(dòng)方向相反，注水過(guò)程是從地面將流體泵入地層，在注水實(shí)踐中必須反向理解嘴流規(guī)律：

1）對(duì)于配水間閘門開啟程度不變時(shí)：降低干線壓力，將導(dǎo)致閘門前后壓力比p2／p1上升，引起日注水量下降。

2）對(duì)于同一口注水井：從嘴流關(guān)系曲線ab段可以看出隨著p2／p1增加，曲線的斜率不斷增加，說(shuō)明隨著干線壓力降低，單位壓力變量將引起越多的注水量下降。

3）對(duì)于不同啟動(dòng)壓力的注水井：在算式p2／p1中，當(dāng)p1降低相同數(shù)值時(shí)，p2越大，p2／p1的比值變化越大，說(shuō)明降低干線壓力將引起啟動(dòng)壓力高的注水井日注水量明顯下降，而對(duì)啟動(dòng)壓力低的注水井日注水量影響相對(duì)小。

在注水井管理中，因?yàn)楸脡?、干線壓力波動(dòng)或瞬時(shí)排量調(diào)整不當(dāng)，引起高啟動(dòng)壓力注水井欠注嚴(yán)重，低啟動(dòng)壓力注水井超注嚴(yán)重，在此得到充分解釋。

3 確定吸水指數(shù)和啟動(dòng)壓力

江漢油區(qū)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)常用投撈分層測(cè)試方法得到注水井指示曲線（圖5）。

圖5 某注水井分層指示曲線

分層注水指示曲線是注水層段注入壓力與注入量的相關(guān)曲線。在注水正常的情況下，通過(guò)投撈分層測(cè)試能夠繪制直線型指示曲線，它反映油層吸水量與注入壓力成正比；直線斜率的倒數(shù)即為吸水指數(shù)。指示曲線與縱坐標(biāo)的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓力即為啟動(dòng)壓力。

4 嘴流規(guī)律在注水井現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用

4.1 應(yīng)用之一：落實(shí)注水井配注

4.1.1 某注水站現(xiàn)場(chǎng)情況

在某注水站東北方向先后投注4口注水井（圖1）。投注時(shí)間先后順序依次是：注水井1、注水井2、注水井3、注水井4。由于管網(wǎng)設(shè)計(jì)過(guò)程中只考慮管線承壓能力、供水能力、投資成本，未考慮管理中可能遇到的實(shí)際操作困難，采用枝狀管網(wǎng)模式鋪設(shè)地面管線。在四口注水井依次投注后，注水井1、注水井4的日注入量頻繁出現(xiàn)超注，而注水井3的日注入量卻一直處于欠注狀態(tài)。井區(qū)內(nèi)油井或是高產(chǎn)液高含水，或是低含水低產(chǎn)液，井區(qū)日產(chǎn)油量持續(xù)低迷。

井組動(dòng)態(tài)分析指出造成上述情況的原因在于注水井配注未能落實(shí)。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)發(fā)現(xiàn)三個(gè)現(xiàn)象：

1）四口注水井空間距離不大，但受道路制約，依次巡回檢查一次在路上將耗費(fèi)大量時(shí)間；由于瞬時(shí)排量調(diào)節(jié)難度大，職工在每口井需要停留數(shù)十分鐘調(diào)節(jié)閘門，并且調(diào)節(jié)后無(wú)法同時(shí)讀取單井瞬時(shí)排量。

2）啟動(dòng)壓力由高至低的順序是：注水井3、注水井2、注水井1、注水井4。注水站在供水時(shí)僅參考井區(qū)日配注量、瞬時(shí)排量作為調(diào)節(jié)指標(biāo)，沒有注意干線壓力與注水井3的啟動(dòng)壓力基本持平。一旦某低啟動(dòng)壓力注水井由于調(diào)節(jié)不當(dāng)超過(guò)配注上限，會(huì)造成整條干線的注水壓力下降，導(dǎo)致注水井3完全注不進(jìn)水。

3）注水井3的吸水指數(shù)最小，吸水能力最差；即使干線壓力大幅度提高，該井瞬時(shí)排量也只是小幅度上升。

4.1.2 解決辦法：高啟動(dòng)壓力注水井優(yōu)先配注

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)通常采用高壓閘門調(diào)節(jié)瞬時(shí)排量，在閘門工況完好的情況下，閘門的開啟程度在完全閉合與完全開啟之間可以連續(xù)調(diào)節(jié)?？梢詫㈤l門的開啟程度理解為對(duì)“水嘴”大小的調(diào)整。結(jié)合嘴流規(guī)律可知，在干線壓力相同的情況下，注水井啟動(dòng)壓力越高，完成配注難度越大。

用 Q1、Q2、Q3、Q4分別表示注水井1、注水井2、注水井3、注水井4的日配注量。制定如下操作步驟：

1）通知注水站停泵，再將干線上四口注水井全部停注，即完全關(guān)閉所有注水井配水間閘門。

2）注水井3配水間閘門完全開啟，通知注水站啟泵供水，直至干線瞬時(shí)排量達(dá)到干線上四口注水井日配注量總和平均分配至24小時(shí)得到的瞬時(shí)排量，并保持干線瞬時(shí)排量在規(guī)定的范圍。

3）緩慢開啟注水井2配水間閘門，按Q2與Q3的比例將干線瞬時(shí)排量分配給注水井2。

4）緩慢開啟注水井1配水間閘門，按 Q1與 （Q3＋Q2）的比例將干線瞬時(shí)排量分配給注水井1。

5）緩慢開啟注水井4配水間閘門，直至瞬時(shí)排量符合該井日配注要求的范圍。

結(jié)合嘴流規(guī)律可知，當(dāng)注水站供水量保持穩(wěn)定，后續(xù)的步驟對(duì)已開啟的注水井瞬時(shí)排量影響將越來(lái)越小。由多次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐驗(yàn)證，在完成上述步驟后，巡檢人員不必逐一返回之前已開注的注水井檢查瞬時(shí)排量。只需要按正常巡回檢查周期，對(duì)干線上所有注水井瞬時(shí)排量進(jìn)行微調(diào)，即可符合配注要求。

4.2 應(yīng)用之二：注水井管網(wǎng)設(shè)計(jì)

4.2.1 為控制成本設(shè)計(jì)的管網(wǎng)存在不足

前面的操作步驟雖然能實(shí)現(xiàn)各注水井完成配注的目的，但是由于低啟動(dòng)壓力注水井的配水間閘門開啟程度非常小，干線壓力與井口油壓之間存在很大壓差。

完成相同日注水量，閘門開啟程度越小，即通道截面積越小，流體流經(jīng)閘門的速度越大，注水一段時(shí)間后，閘門閘板即被刺壞，導(dǎo)致閘門無(wú)法完全關(guān)閉，注水井無(wú)法關(guān)井；當(dāng)?shù)蛦?dòng)壓力注水井配注量下調(diào)或調(diào)整為周期注水，勢(shì)必出現(xiàn)低啟動(dòng)壓力注水井超注。而頻繁更換存在故障的高壓閘門不僅影響注水時(shí)率，還引起成本上升，與最初的管網(wǎng)設(shè)計(jì)目標(biāo)相悖。

4.2.2 解決辦法：優(yōu)化現(xiàn)有管網(wǎng)

考慮到單井吸水能力差異，為了徹底解決上述問(wèn)題，需要對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化。從實(shí)測(cè)指示曲線可以看出注水井3的啟動(dòng)壓力遠(yuǎn)高于其余三口注水井。高啟動(dòng)壓力是引起上述問(wèn)題的關(guān)鍵因素，所以注水井3應(yīng)該獨(dú)立鋪設(shè)注水管線（圖6）。

圖6 優(yōu)化后的注水管網(wǎng)

經(jīng)過(guò)管網(wǎng)優(yōu)化，雖然注水井3的啟動(dòng)壓力、吸水指數(shù)均未變化，但是對(duì)于注水井3的調(diào)節(jié)在注水站即可完成，有效降低職工操作難度，避免低啟動(dòng)壓力注水井瞬時(shí)排量波動(dòng)對(duì)注水井3的干擾，進(jìn)而消除低啟動(dòng)壓力注水井配水間閘門刺壞所引起的成本上升。

當(dāng)然還可以通過(guò)酸化、壓裂工藝技術(shù)改善注水井吸水能力，由于不在本文討論的范圍，在此不作表述。同時(shí)盲目進(jìn)行儲(chǔ)存改造，可能造成無(wú)法預(yù)計(jì)的結(jié)果，需要謹(jǐn)慎決策。

5 結(jié)論

對(duì)嘴流規(guī)律的反向理解，可以指導(dǎo)注水井現(xiàn)場(chǎng)的管理工作，從注水井管網(wǎng)設(shè)計(jì)到落實(shí)注水井配注，均有理可依。結(jié)合嘴流規(guī)律進(jìn)行注水實(shí)踐，能降低現(xiàn)場(chǎng)操作難度，提高工作效率。

注水管網(wǎng)設(shè)計(jì)之初應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)投撈測(cè)試所取得的資料，預(yù)測(cè)注水井工作狀況，有針對(duì)性進(jìn)行管網(wǎng)設(shè)計(jì)，能避免重復(fù)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)。

［1］張琪.采油工程原理與設(shè)計(jì)［M］.山東東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，2000.