注水井工況綜合分析與優(yōu)化措施研究

王國(guó)紅+++周榮剛+++叢國(guó)榮

摘要：在目前注水井開發(fā)過程中，需要對(duì)工況進(jìn)行分析以及診斷，掌握實(shí)時(shí)的注水情況。通過建立相關(guān)的系統(tǒng)模型，并且采用融合信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)工況的詳細(xì)分析研究；在理論研究的基礎(chǔ)上，確定了合理的配注方法，滿足了油田開發(fā)的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)和穩(wěn)油控水的需求。

關(guān)鍵詞：油田開發(fā)；注水方式；水井工況；管理

目前油井的開發(fā)大多采用注水方式實(shí)施，因此是否能有效的控制油井注水狀況，將對(duì)油田開發(fā)產(chǎn)生直接影響。 通過對(duì)注水井技術(shù)的深入研究，設(shè)計(jì)注水井實(shí)時(shí)系統(tǒng)模型，并對(duì)注水井的工況進(jìn)行歸類，分析井下未注水區(qū)域和過度注水區(qū)域的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，檢測(cè)出鉆井工具、注水地層以及管柱的工況；建立相關(guān)的診斷模型，利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等信息融合技術(shù)進(jìn)行診斷，優(yōu)化了注水井配注方法，大大提高了注水井工況管理的可靠性。

一、注水井發(fā)展現(xiàn)狀

在油井開發(fā)的過程中，油層所具有的能量會(huì)根據(jù)開采的時(shí)間不斷增長(zhǎng)而逐漸減少， 導(dǎo)致該油層的油壓持續(xù)降低，而且該地層的原油就會(huì)發(fā)生脫氣現(xiàn)象，致使原油的粘度不斷增大，出油量就會(huì)明顯降低，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)停產(chǎn)，原油停噴，地下大量的原油無法繼續(xù)開采， 造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)上述現(xiàn)象，為了解決開采原油后地下形成的虧空，增大原油的油壓，提高原油的采收率，保證油田開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效率，提出油井注水開采方法。對(duì)油井注水技術(shù)還存在著不少問題，例如成本比較高，油井的經(jīng)濟(jì)效率低，在注水過程中分注技術(shù)低，水的注入量難以控制，配注方法不完善等等，這將對(duì)油井的開發(fā)產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響。因此如何提高油井注水工況管理就顯得尤為重要。在針對(duì)油井注水工況管理的研究中，首要的任務(wù)是如何保證注水質(zhì)量，提高油井注水工作的可靠性和高效性，實(shí)現(xiàn)油井的穩(wěn)定和高效開采，降低生產(chǎn)成本。

此前在油田開發(fā)過程中，對(duì)注水井工況的相關(guān)診斷與設(shè)計(jì)主要是依經(jīng)驗(yàn)法來進(jìn)行， 因此在實(shí)施過程中誤差比較大，注水質(zhì)量比較低。經(jīng)過各個(gè)領(lǐng)域的石油專家學(xué)者及工作人員的不斷研究，設(shè)計(jì)出注水井工況相關(guān)的系統(tǒng)模型及軟件，對(duì)注水進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析控制以及軟件模擬。在注水井開采過程中，對(duì)注水工況實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的分析診斷和優(yōu)化管理，并且對(duì)于復(fù)雜的地層，注水井工況系統(tǒng)模型給出最優(yōu)的數(shù)據(jù)參數(shù)，利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等信息融合技術(shù)確定合理的配注方法。

二、注水井工況分析研究

在油井注水工作過程中，比較關(guān)鍵的兩個(gè)參數(shù)是注水的體積量以及壓力，當(dāng)二者處于平衡時(shí)，上述兩個(gè)參數(shù)如果改變其中一個(gè)，就破壞原始的平衡狀態(tài)，此時(shí)會(huì)形成壓力波，該壓力波與注水設(shè)備以及地層因素有關(guān)。在地面上的注水設(shè)備，如注水泵、壓力表、地面管線、流量計(jì)以及閘門等工作狀態(tài)異常，都會(huì)形成壓力波動(dòng)，出現(xiàn)注水井工況異常情況。在井下的注水設(shè)備中，如果注水器的水眼被堵住或者直徑變大，封隔器失去作用，過濾網(wǎng)被堵塞，水泥環(huán)中存在竄槽，單向閥的密封性能達(dá)不到要求，油管出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，也會(huì)引起注水壓力波動(dòng)。此外，地層結(jié)構(gòu)如果發(fā)生變化，如地層滲透性改變，原油油壓發(fā)生變化，地層被污染等等，也會(huì)影響注水的壓力波動(dòng)。在油井注水過程中，工況異常的情況主要有：注入水的排量變化異常；壓力表檢測(cè)的壓力出現(xiàn)異常；堵住水眼；水眼直徑增大；儀表讀數(shù)異常；污染注水地層；地層滲透性發(fā)生較大變化；油管發(fā)生脫落；井下封隔器無法起到封隔作用等等。對(duì)油井注水工況異常進(jìn)行研究分析，建立專門的系統(tǒng)模型進(jìn)行診斷并制定相關(guān)的解決措施。 該系統(tǒng)模型主要包括三個(gè)部分，即模型融合、算法融合以及決策制定系統(tǒng)。針對(duì)在注水時(shí)經(jīng)常遇到的異常問題，將其進(jìn)行系統(tǒng)化研究，確定注水過程中的參數(shù)因素與異常工況存在的關(guān)系，將各種信息進(jìn)行融合，建立相關(guān)的模型，并對(duì)算法融合以及處理決策的制定建立理論基礎(chǔ)。注水井工況診斷模型的建立，需要融合的信息主要包括數(shù)據(jù)參數(shù)、工況特征以及處理決策。 在模型的建立中，首次利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)異常工況進(jìn)行診斷及分析， 在模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分層上，第一層有6個(gè)神經(jīng)元，與規(guī)則前件對(duì)應(yīng)，稱為模糊化；第二層有12個(gè)神經(jīng)元，與規(guī)則中間對(duì)應(yīng)，稱為模糊推理；第三層有 1個(gè)神經(jīng)元，與規(guī)則后件對(duì)應(yīng)，稱為反模糊化。在使用之前，必須對(duì)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相應(yīng)訓(xùn)練，利用在注水過程中出現(xiàn)的不同的異常工況，對(duì)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反應(yīng)模式進(jìn)行分類，在正常工況與異常工況之間形成映射關(guān)系。

對(duì)注水井工況進(jìn)行分析主要包括對(duì)水井的分析，油管的力學(xué)分析以及地層狀況的分析。 通過記錄油管內(nèi)壓力與注水量，建立二者隨時(shí)間的關(guān)系， 從而判斷注水井是否工作正常； 根據(jù)注入水的體積量與水的壓力，對(duì)井下管柱、水眼、單向閥、儀表以及封隔器的工作狀況進(jìn)行分析，判斷設(shè)備是否正常運(yùn)行，以此對(duì)注水井工況進(jìn)行分析。對(duì)注水井油層管柱的分析主要是對(duì)管柱和封隔器的力學(xué)進(jìn)行分析，根據(jù)已有的數(shù)據(jù)，理論計(jì)算出管柱在作業(yè)時(shí)所承受的載荷的變化規(guī)律、管柱在復(fù)雜情況下受力發(fā)生的形變大小、封隔器在解封以及坐封時(shí)發(fā)生的形變大小，對(duì)下井管柱滿足注水要求提供理論支持。在研究地層對(duì)注水工況的影響時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)井的數(shù)據(jù)資料，確定壓力與時(shí)間的規(guī)律曲線，計(jì)算出地層的滲透率、地層具有的壓力以及導(dǎo)壓系數(shù)等數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確的確定地層的吸水性能，為注水的實(shí)時(shí)操作和油井的動(dòng)態(tài)開發(fā)提供詳細(xì)資料。

三、優(yōu)化措施

1.為了使管柱設(shè)計(jì)及配注情況達(dá)到所需要求，注水井優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是根據(jù)對(duì)工況分析的結(jié)果，主要從水井設(shè)計(jì)參數(shù)、管柱以及水眼進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的。

在水井設(shè)計(jì)參數(shù)方面，測(cè)定注水量以及水的比熱參數(shù)，并根據(jù)單相流原理，預(yù)測(cè)在不同階段下溫度和壓力的分布狀況，并在地層所具有的壓力、管柱直徑、井口施加壓力不同的情況下，研究注入液體的提及量與壓力的關(guān)系，從而確定注水的配注量以及管柱的最優(yōu)直徑。在管柱優(yōu)化方面，主要是根據(jù)目前井中的壓力、管柱直徑以及受到的復(fù)雜應(yīng)力，采用等應(yīng)力范圍和等安全系數(shù)法對(duì)管柱受力進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，確定滿足強(qiáng)度要求的管柱組合。在水眼優(yōu)化方面，主要是根據(jù)磨損曲線回歸公式，計(jì)算出沿程摩阻、井下液體靜壓以及液體流動(dòng)壓力等參數(shù)，從而對(duì)水眼進(jìn)行相關(guān)配置。

2. 提高注水井工況管理，還需要確定合理的配注方法。

在確定配注方法時(shí)必須遵循以下原則：地層壓力的調(diào)整、含水上升速度的控制以及產(chǎn)液量的限制。配注方法是否合理是地層壓力能否有效調(diào)整的關(guān)鍵；根據(jù)含水上升速度，將含水上升的速率降到最低；根據(jù)產(chǎn)液量的限制條件，來確定配注的注入量。確定配注方法時(shí)，必須確定該區(qū)域的注采比、井的連通關(guān)系、劈分系數(shù)以及方向比例系數(shù)等。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳世琳，蘭為民，王輝. 注水井實(shí)時(shí)分析優(yōu)化系統(tǒng)的研究及應(yīng)用[J]. 中國(guó)石油和化工. 2011.