油田開發晚期注水工藝的改進

許 盼，王衛強

（遼寧石油化工大學 石油天然氣工程學院，遼寧 撫順 113001）

油田開發晚期注水工藝的改進

許 盼，王衛強

（遼寧石油化工大學 石油天然氣工程學院，遼寧 撫順 113001）

在油田開發晚期為了避免油井產量大幅度下降，考慮了日月漲潮現象，進行了油田注水調整和地層的振動處理，在降低注水量的同時也節約50%的電能，最終增加油井產油量，提高油田采收率。采用可導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，進一步提高了開發晚期油田的原油產量和采收率。

日月漲潮；注水；工藝；采收率

國內外的油田實際開發過程中，廣泛應用注水保持地層壓力開發油田方法［1，2］。但在油田開發晚期，采用該方法會因油井高含水，而使油井產量大幅度下降，使油田開發技術指標急劇惡化，并且由于地層的高滲透井段被多次水洗，而低滲透層段內出現大量死油區，殘余的油無法采出。低滲透層注水開發采收率極低且注水對于滲透率低于 0.005～0.006 的地層的開發是無效的。注水不能保證油藏在恒定的壓力下開采，油藏在長期含水條件下采油，采收率的提高并不明顯，也不能保證足夠有效地驅油。在油田開發晚期的高注水速度，也會大幅度降低油井的產液量和產油量。另外，注入和采出大量的水，還會使水處理費用及電能的消耗增加。

為了提高開發晚期油田的開發效果和采收率，必須對現有的注水工藝進行改進。論述了地殼的萬有引力日月漲潮對采油的影響、油層最佳注水量和注水方式的確定，以及可導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 地殼的萬有引力日月漲潮對采油的影響

在自然界，大家都明了一個機理；太陽和月亮對地球的萬有引力作用引起的日月潮汐，會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的日月潮汐，已使地平面每天的升降幅度達0.4 m。它們以半天、一天、一月和半年的周期產生海水漲潮。漲潮如同注水那樣可使地層裂縫擴展，這時就會因孔隙和裂縫間的壓力差，在裂縫中產生一定程度的真空。其結果，原油即可由孔隙運移到裂縫中。這通常發生在每天的12 h內，在此后的12 h內，因退潮地殼被壓縮擠壓其中的水，可將原油驅入油井。并且閉合的孔隙空間與其周圍的裂縫在水的高壓下，還會減緩水與原油間的傳質。潮汐的作用能量很大，可不要求專門的瞬間連續作用技術，不消耗能量，就可沿整個巖石圈起作用。

2003年，俄羅斯研制成功了一種利用天然的日月漲潮和振動處理的延長裂縫開啟和閉合周期的采油新工藝，并已在羅馬什金油田通過了礦場實驗。目前的油田注水是連續進行的。因地層裂縫和斷裂會周期性打開和閉合，地層注水就沒有必要經常連續進行。

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器，使油層產生振動的提高采收率方法，目前已在許多俄羅斯油田實施。但因未考慮日月漲潮，而并非總是有效的。振動處理可以一天、一周，及萬有引力運動的潮汐周期實施。

為了提高振動處理的效果，必須將其同日月漲潮的作用結合，即將其同考慮地殼振動的裂縫打開和閉合調節注水相結合或單獨實施。考慮到結晶和非結晶及塑性材料等受壓材料振動期間和振動后裂縫的打開和閉合，以及月亮-太陽的重力作用規律，振動可由任何類型地層中驅油。為了評價日月漲潮對羅馬什金油田開發指標的影響，分析了該地區16個不同產油區20年來的月平均注水量、產液量和產油量的變化。這些參數變化是無人力干預發生的。在每一個單獨的周期內，它們的變化是相似的。日月漲潮在一年內的兩個季節達到最大值：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，在無人力干預的情況下，注水泵的工作強度會自動增加和下降。在裂縫打開時，注水量自動增加。注水量越大，產液量越大。只是因為這時油井的含水較高，產油量的變化不太明顯。

對油田開發的計算結果表明，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，將注水量降低50%，延長裂縫的打開時間，就可提高采收率。其增油量可對這些井連續取樣測定產油量、含水和井底壓力用實驗確定，也可每天由井組不少于6次取單位容積液量測試確定。目前，這一實驗已有計劃地在各個油田實施。當然由調節注水的增油量，也與具體油田的含水有關。因此，在具體實施該方法時，應對每個油田進行單獨評價。

2.2 注水方式

局部注水可導致地層水力變形。近10年來的研究表明，與完全驅油有關的地層參數，可以統一分為為兩大類：儲量開采速度與注入水、地層水和天然氣突入油井的延續時間。理論和實驗研究表明，地層的相滲透率、注水波及率和殘余油飽和度，受原油和孔隙介質的物理化學性質和所能達到的壓力梯度的影響。并且，由地層中驅油的程度還與所能達到的壓力梯度密切相關，其原因是：地層原油的采收率受井網密度和油井的比產油量的影響。此外，進行的研究還表明，油田開發中地層壓力下降帶發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性加劇。然而，將周期性地降低井間的地層壓力與均衡開發晚期油層液流的強化采油工藝相結合，就可提高采收率。與地層構造有關，原油采收率的提高可超過初始表內儲量的4%。目前，將該種提高采收率方法，稱作“水力變形”法。研究結果表明，水力變形提高采收率方法，應首先在高含水地層的純油帶實施。就是在經濟合理的有限范圍內，鉆補充井和側鉆井，進行地層的點狀注水，改善開發晚期的油田開發，提高其原油采收率。

俄羅斯的蘇爾古特石油公司根據對油田礦場資料的計算和分析，選擇了費多羅夫油田的BC10層的有遠景地區，實施該種提高采收率新方法。

該地區共鉆了103口井，其中包括70口油井和33口注水井。目前的驅油效率為37.7%，采油區的地層壓力為19.5～19.7 MPa。油井的目前平均含水已超過95%。對油井生產的分析表明，約有80%的油井在低于地層壓力5 MPa的流壓，沉沒度為500 m的條件下生產。這就是說，由計算可知約有80%的油井可在不加深泵掛的情況下，增產50%～70%。另外，為了優化該地區的注水系統，對10個不同的開發方案進行了分析，采取了鉆補充井和側鉆井，有針對性對一些區塊實施點狀注水。其結果，已大幅度地改善了油田的開發狀況，提高了油田的采收率。

3 提高注水地層波及率的新工藝

目前石油工業的主要任務，是在油田開發晚期長期保持原油產量穩定。為此，就必須開發可提高原油采收率和減少產水量的有效的新工藝。近年來俄羅斯開發的提高采收率新工藝，主要是靠注入各種化學劑，在地層水洗帶形成滲濾阻力，提高地層的注水波及率。屬于這類工藝的有：采用膠囊聚合物的改進的注聚工藝，Kcahtah工藝和用瓜爾膠的植物多糖的交聯聚合物工藝。

3.1 改進的注聚工藝

改進的注聚工藝的特點，是將少量的聚丙烯酰胺用硫酸鋁或羥基氯化鋁等生態安全交聯劑混合制備和通過注水井注入地層。當聚丙烯酰胺與交聯劑混合時，就會形成膠體顆粒的分散體，膠體顆粒就會運移至地層深處，堵塞高滲透和高含水小層和區域。其結果，注入水流就會轉向進入早先未被注入水波及的低滲透油飽和小層和區域。該種新工藝的組分，可用不同礦化度的水配制，并可在0～900 ℃的廣泛溫度范圍內保持穩定。它可有效地作用于高產的滲透率非均質碎屑巖地層。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

在用生物技術生產的工業聚合物中，Kcahtah是最著名的，它是用生物合成方法生產的聚多糖。盡管其品種很多，但只有少數幾種具有可成功用于復雜采油條件下的綜合性能，采用它是用生物技術產品解決采油工藝問題的成功嘗試。它的固定有序結構、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有序的三維結構，這是因為其水溶液具有抵抗機械破壞的高阻力。這就是它適用于采油工藝的一個重要因素。該種生物聚合物溶液在多價金屬鹽的作用下，可轉化為高強度凝膠狀態。在工藝的實施過程中，采用的是它的的添加穩定劑的水溶液。將其注入地層的高滲透小層后，它就可在凝膠引發劑的作用下形成交聯結構。該種凝膠在高礦化度水中性質也不會改變，并且它不會被機械破壞，可在2年以上的時間內保持穩定。

3.3 交聯聚合物工藝

添加醋酸鉻的瓜爾膠和金屬氧化物交聯聚合物組分，可用于地層的液流轉向。當向地層注入大劑量的交聯聚合物時，它們可滲入距井底足夠遠的高滲透小層，并形成凝膠。這樣以來，注入水就會轉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的碎屑巖地層。該工藝的主要優點是瓜爾膠可快速溶于任一礦化度的水中形成粘性溶液，溶液對機械破壞有高度穩定性、抗鹽性和無腐蝕性。在開發該工藝的初期階段，進行了大量的科研工作，對4種瓜爾多聚糖樣品溶液的理化性質進行了全面研究。結果表明，它們對機械破壞、熱氧化、pH值降解和水的礦化度等都具有高的穩定性。

4 結論與建議

在油田開發晚期，考慮日月漲潮進行油田注水調整和地層的振動處理，可在降低注水量和節約電能50%的同時，增加油井產油量和提高采收率。采用可導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，可進一步提高開發晚期油田的原油產量和采收率。建議國內各開發晚期油田，能通過檢測確定其日月漲潮周期，考慮日月漲潮調整油田注水，同時進行地層的振動處理。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量，降低油井含水和電能消耗，提高油田開發的經濟效益。

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

［2］張祥友. 調速型液力偶合器在某油田注水泵上的節能應用［C］. 山東石油學會石油天然氣注水及水處理技術中心站油田注水及水處理技術研討會論文集，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，助理經濟師，碩士學位，2015年畢業于遼寧石油化工大學油氣儲運工程專業，研究方向：長距離管道運輸。E-mail：114350201@qq.com。