基于物質平衡理論的油田節(jié)水量計算方法研究

呂亳龍，，解紅軍，馬建國，林冉，陳由旺

（1.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院，北京 100083；2.中國石油天然氣集團公司勘探與生產分公司，北京 100007）

中國石油天然氣集團公司（簡稱中國石油）作為中央大型能源企業(yè)，始終面臨著能源穩(wěn)定供應和有效保護環(huán)境的雙重挑戰(zhàn)，節(jié)能節(jié)水工作日益重要。隨著國家加強對水資源的管理，節(jié)水量也將成為一個重要的考核指標，需進一步規(guī)范節(jié)水管理與考核工作，促使企業(yè)合理用水。

1 現行油田“單耗法”計算方法存在的問題

油氣田企業(yè)完成節(jié)水量約占中國石油完成節(jié)水總量的48%，是節(jié)水量大戶。目前，油氣田生產業(yè)務采用行業(yè)標準SY/T 6838—2011《油氣田企業(yè)節(jié)能量與節(jié)水量計算方法》[1]和企業(yè)標準Q/SY 61—2011《節(jié)能節(jié)水統(tǒng)計指標及計算方法》[2]中規(guī)定的產品單耗法計算節(jié)水量，見式（1）。

式中：ΔW為節(jié)水量，萬m3；Gby為報告期原油總產量，t；Gbbq為報告期伴生氣總產量，m3；ry為伴生氣折原油系數，t/萬m3；Gbs為報告期油井產出液中產水量，t；Hyj為基期單位原油（氣）液量生產新水量，m3/t；Hyb為報告期單位原油（氣）液量生產新水量，m3/t。

隨著油田進入高含水開發(fā)階段，為保持油藏壓力，補充地層能量，減緩油田產量遞減和提高采收率，維持油田穩(wěn)產，除了采油污水處理后回注外，尚需注入大量新鮮水，注水開發(fā)消耗的新鮮水量逐年增加，導致單位原油（氣）液量生產新水量下降幅度極小；再如大慶的海拉爾、新肇油田、吉林的乾安油田、長慶油田等低產低滲油田，西峰油田等特低滲透油田，為了建立有效驅替壓力系統(tǒng)，增加原油在地層中的流動能力，保持油藏的穩(wěn)產能力，提高低壓油藏采收率，注水時機由滯后注水、同步注水逐步發(fā)展到超前注水，消耗了大量的新鮮水，導致單位原油（氣）液量生產新水量指標不但未降，反而有所上升。由于大部分油田單位原油（氣）液量生產新水量指標降低的幅度逐年減小，甚至上升，因而現行標準規(guī)定的產品單耗法計算的油田節(jié)水量逐年減小、個別油田甚至為負值。

由于地層情況的復雜性，注水環(huán)節(jié)及注水流向尚不能精確控制，因而很難把整個注水環(huán)節(jié)當作穩(wěn)定的耗水工序來分析，單位原油（氣）液量生產新水量指標只能從宏觀上反映全油田用水的水平，卻不能詳實地反映油田生產業(yè)務用水的特點，因而單耗法計算節(jié)水量的方法沒有反映出油藏生產情況變化導致的油田注采平衡調整對新鮮水消耗的影響，也不能計算出注采平衡調整產生的節(jié)約新鮮水量，不能客觀、真實地反映油田節(jié)水工作的業(yè)績。

2 “平衡法”油田節(jié)水量計算方法研究

2.1 研究思路

當前，中國石油80%的原油產量來自注水開發(fā)方式，水驅開發(fā)涉及地質儲量130億t。油田生產業(yè)務中用于水驅開發(fā)的注入新鮮水總量約占油田生產業(yè)務新鮮水消耗總量的80%。傳統(tǒng)的注水工藝將水按一定的流量和壓力注入地下，由于地層情況的復雜性，注入水流向很難精確控制，造成部分注入水無效流失，不能有效發(fā)揮其驅替作用，浪費新鮮水資源。

隨著技術進步，籠統(tǒng)注水方式逐漸轉變?yōu)椤白⒑盟?、注夠水、精細注水、有效注水”的精細注水方式，控制油田綜合含水率上升速度，提高油田注水效率和水驅采收率，減少無效注水。但是，目前因油田生產尚未達到地上地下一體化優(yōu)化管理，所以通過細分油藏等途徑調整開發(fā)方案，減少無效注入量而節(jié)約的新鮮水不能反映到地面統(tǒng)計中。因此，需結合油藏實際情況，通過注采平衡模型研究，探索能夠真實反映注水開發(fā)方案調整產生節(jié)水量的方法，計算出注水過程中節(jié)約的新鮮水量，同時還要考慮除注水開發(fā)之外的用水環(huán)節(jié)節(jié)約的新鮮水量，做到節(jié)水統(tǒng)計不重復，不遺漏。

2.2 “平衡法”計算方法

根據油田用水特點，將油田主要用水環(huán)節(jié)分為開發(fā)注入用水和地面用水兩個環(huán)節(jié)，產生的節(jié)水量分別為開發(fā)節(jié)水量和地面節(jié)水量。開發(fā)節(jié)水量指通過精細注水、堵水調剖、減少無效注水等提高注水效率的途徑節(jié)約的注入新鮮水量，針對固定工藝應用修正單耗法計算的節(jié)約新鮮水量；開發(fā)節(jié)水量計算方法即基于物質平衡理論的“平衡法”油田節(jié)水量計算方法。地面節(jié)水量指通過技術進步、管理升級、漏失治理、加大污水回用量等途徑控制新鮮水消耗量，對各獨立用水環(huán)節(jié)應用技術措施法計算的節(jié)約新鮮水量。

1）物質平衡理論分析

油田開發(fā)經歷上產階段和穩(wěn)產階段后，迅速進入產量遞減階段，產量下降，采收率降低。因此油田生產大都采用人工注水形成剛性水驅開發(fā)以保持油藏壓力，使油田穩(wěn)產，保證持續(xù)開發(fā)。開發(fā)過程中，水的供應非?；钴S，壓力高、流量大，油藏壓力、產液量、汽油比保持不變，油藏中采出油量等于供應區(qū)補充水量，因而采油量和水侵入量相等。

根據Schilthuis R J基于物質守恒原理建立的油藏物質平衡方程[3]，將儲集烴類的多孔介質系統(tǒng)簡化為儲集油氣的地下容器，在該地下容器內，隨著油藏的開采，油、氣、水的體積變化服從物質守恒原理，由此可以建立溶解氣驅、天然水驅和人工水驅同時存在的混合驅動方式下的油藏的物質平衡模型。

2）注采平衡模型建立

隨著油田開發(fā)，油藏綜合含水率升高，產量遞減，在進行節(jié)水量計算時，需剔除產量遞減對注采平衡的影響。即若要基期和報告期的產量在同等水平上可比，在不考慮新增區(qū)塊的影響下，需要將基期的產量減去由于綜合遞減所減少的那部分產量。相應地，若將基期產量扣除由于綜合遞減減少的那部分產量，則基期注入的新鮮水也應減去與驅替綜合遞減油量對應的新鮮水量。由此可建立原始狀態(tài)下以及修正后的特定邊界區(qū)塊內油藏的注采物質平衡模型。

修正后注采平衡模型：注入新鮮水＋回注污水-考慮綜合遞減產量而減少的注水量產油量＋產水量-由于綜合遞減造成的產量減量

3）“平衡法”指標及公式建立

建立“單位原油（氣）生產注入新水量”單耗指標，用于衡量指定區(qū)塊內注新鮮水水平和精細化注水的成效。通過基于物質平衡理論，對油田注采平衡狀態(tài)的研究，將開發(fā)因素導致新鮮水消耗變化作為主要指標，充分考慮油田精細注水的節(jié)水成效，研究建立適用于剛性水驅開發(fā)油田的節(jié)水量計算方法，即開發(fā)節(jié)水量計算公式，見式（2）。

式：ΔWk為開發(fā)節(jié)水量，m3；Zj為基期注入新鮮水量，m3；Mj為基期油田原油及伴生氣產量，t；Zb為報告期注入新鮮水量，m3；Mb為報告期油田原油及伴生氣產量，t；伴生氣折油量按1 255 m3伴生氣折1 t原油計；τ為修正系數，主要反映了與報告期注水水平相比，綜合減產和儲油層綜合含水率對基期注水水平的影響。式（2）揭示了報告期與基期相比，產生同樣的油氣產量少注入的新鮮水量，適用于油田開發(fā)節(jié)約注入新鮮水量的計算。

3 計算方法應用效果

應用“平衡法”油田節(jié)水量計算方法對中國石油A油田節(jié)水量進行測算，計算結果真實、全面地反映了油田節(jié)水工作的業(yè)績，為節(jié)水管理、考核提供了支撐，計算結果見表1。

2010-2016年，應用單耗法計算A油田生產業(yè)務共完成節(jié)水量219.10萬m3，應用平衡法計算該油田生產業(yè)務完成節(jié)水量為307.79萬m3。同時，A油田工業(yè)污水回用率由2010年的85.84%上升至97%左右，有效地利用了工業(yè)污水，節(jié)約了大量的新鮮水。

4 結論

“平衡法”油田節(jié)水量計算方法較為客觀、真實地反映了油田開發(fā)方案調整產生的節(jié)水效果，測算出了注水過程中節(jié)約的新鮮水量。測算結果更貼近現實生產情況，體現油田用水的特點，對完成集團公司節(jié)水指標有極大的促進作用，對油氣田節(jié)水管理工作具有重要的指導和支撐作用。

表1 A油田生產業(yè)務節(jié)水量測算對比