基于物質(zhì)平衡理論的油田節(jié)水量計(jì)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(tuán)公司勘探與生產(chǎn)分公司，北京 100007）

中國石油天然氣集團(tuán)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(yīng)和有效保護(hù)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(qiáng)對水資源的管理，節(jié)水量也將成為一個重要的考核指標(biāo)，需進(jìn)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(xiàn)行油田“單耗法”計(jì)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(chǎn)業(yè)務(wù)采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6838—2011《油氣田企業(yè)節(jié)能量與節(jié)水量計(jì)算方法》[1]和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY 61—2011《節(jié)能節(jié)水統(tǒng)計(jì)指標(biāo)及計(jì)算方法》[2]中規(guī)定的產(chǎn)品單耗法計(jì)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(chǎn)量，t；Gbbq為報告期伴生氣總產(chǎn)量，m3；ry為伴生氣折原油系數(shù)，t/萬m3；Gbs為報告期油井產(chǎn)出液中產(chǎn)水量，t；Hyj為基期單位原油（氣）液量生產(chǎn)新水量，m3/t；Hyb為報告期單位原油（氣）液量生產(chǎn)新水量，m3/t。

隨著油田進(jìn)入高含水開發(fā)階段，為保持油藏壓力，補(bǔ)充地層能量，減緩油田產(chǎn)量遞減和提高采收率，維持油田穩(wěn)產(chǎn)，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(dǎo)致單位原油（氣）液量生產(chǎn)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(chǎn)低滲油田，西峰油田等特低滲透油田，為了建立有效驅(qū)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(chǎn)能力，提高低壓油藏采收率，注水時機(jī)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(dǎo)致單位原油（氣）液量生產(chǎn)新水量指標(biāo)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(chǎn)新水量指標(biāo)降低的幅度逐年減小，甚至上升，因而現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的產(chǎn)品單耗法計(jì)算的油田節(jié)水量逐年減小、個別油田甚至為負(fù)值。

由于地層情況的復(fù)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(dāng)作穩(wěn)定的耗水工序來分析，單位原油（氣）液量生產(chǎn)新水量指標(biāo)只能從宏觀上反映全油田用水的水平，卻不能詳實(shí)地反映油田生產(chǎn)業(yè)務(wù)用水的特點(diǎn)，因而單耗法計(jì)算節(jié)水量的方法沒有反映出油藏生產(chǎn)情況變化導(dǎo)致的油田注采平衡調(diào)整對新鮮水消耗的影響，也不能計(jì)算出注采平衡調(diào)整產(chǎn)生的節(jié)約新鮮水量，不能客觀、真實(shí)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(jì)算方法研究

2.1 研究思路

當(dāng)前，中國石油80%的原油產(chǎn)量來自注水開發(fā)方式，水驅(qū)開發(fā)涉及地質(zhì)儲量130億t。油田生產(chǎn)業(yè)務(wù)中用于水驅(qū)開發(fā)的注入新鮮水總量約占油田生產(chǎn)業(yè)務(wù)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(fù)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(qū)替作用，浪費(fèi)新鮮水資源。

隨著技術(shù)進(jìn)步，籠統(tǒng)注水方式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤白⒑盟⒆蛩⒕?xì)注水、有效注水”的精細(xì)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(qū)采收率，減少無效注水。但是，目前因油田生產(chǎn)尚未達(dá)到地上地下一體化優(yōu)化管理，所以通過細(xì)分油藏等途徑調(diào)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(jì)中。因此，需結(jié)合油藏實(shí)際情況，通過注采平衡模型研究，探索能夠真實(shí)反映注水開發(fā)方案調(diào)整產(chǎn)生節(jié)水量的方法，計(jì)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(jì)不重復(fù)，不遺漏。

2.2 “平衡法”計(jì)算方法

根據(jù)油田用水特點(diǎn)，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(chǎn)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(xì)注水、堵水調(diào)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(yīng)用修正單耗法計(jì)算的節(jié)約新鮮水量；開發(fā)節(jié)水量計(jì)算方法即基于物質(zhì)平衡理論的“平衡法”油田節(jié)水量計(jì)算方法。地面節(jié)水量指通過技術(shù)進(jìn)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(dú)立用水環(huán)節(jié)應(yīng)用技術(shù)措施法計(jì)算的節(jié)約新鮮水量。

1）物質(zhì)平衡理論分析

油田開發(fā)經(jīng)歷上產(chǎn)階段和穩(wěn)產(chǎn)階段后，迅速進(jìn)入產(chǎn)量遞減階段，產(chǎn)量下降，采收率降低。因此油田生產(chǎn)大都采用人工注水形成剛性水驅(qū)開發(fā)以保持油藏壓力，使油田穩(wěn)產(chǎn)，保證持續(xù)開發(fā)。開發(fā)過程中，水的供應(yīng)非常活躍，壓力高、流量大，油藏壓力、產(chǎn)液量、汽油比保持不變，油藏中采出油量等于供應(yīng)區(qū)補(bǔ)充水量，因而采油量和水侵入量相等。

根據(jù)Schilthuis R J基于物質(zhì)守恒原理建立的油藏物質(zhì)平衡方程[3]，將儲集烴類的多孔介質(zhì)系統(tǒng)簡化為儲集油氣的地下容器，在該地下容器內(nèi)，隨著油藏的開采，油、氣、水的體積變化服從物質(zhì)守恒原理，由此可以建立溶解氣驅(qū)、天然水驅(qū)和人工水驅(qū)同時存在的混合驅(qū)動方式下的油藏的物質(zhì)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(chǎn)量遞減，在進(jìn)行節(jié)水量計(jì)算時，需剔除產(chǎn)量遞減對注采平衡的影響。即若要基期和報告期的產(chǎn)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(chǎn)量減去由于綜合遞減所減少的那部分產(chǎn)量。相應(yīng)地，若將基期產(chǎn)量扣除由于綜合遞減減少的那部分產(chǎn)量，則基期注入的新鮮水也應(yīng)減去與驅(qū)替綜合遞減油量對應(yīng)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(nèi)油藏的注采物質(zhì)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(chǎn)量而減少的注水量產(chǎn)油量＋產(chǎn)水量-由于綜合遞減造成的產(chǎn)量減量

3）“平衡法”指標(biāo)及公式建立

建立“單位原油（氣）生產(chǎn)注入新水量”單耗指標(biāo)，用于衡量指定區(qū)塊內(nèi)注新鮮水水平和精細(xì)化注水的成效。通過基于物質(zhì)平衡理論，對油田注采平衡狀態(tài)的研究，將開發(fā)因素導(dǎo)致新鮮水消耗變化作為主要指標(biāo)，充分考慮油田精細(xì)注水的節(jié)水成效，研究建立適用于剛性水驅(qū)開發(fā)油田的節(jié)水量計(jì)算方法，即開發(fā)節(jié)水量計(jì)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(chǎn)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(chǎn)量，t；伴生氣折油量按1 255 m3伴生氣折1 t原油計(jì)；τ為修正系數(shù)，主要反映了與報告期注水水平相比，綜合減產(chǎn)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(chǎn)生同樣的油氣產(chǎn)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(jì)算。

3 計(jì)算方法應(yīng)用效果

應(yīng)用“平衡法”油田節(jié)水量計(jì)算方法對中國石油A油田節(jié)水量進(jìn)行測算，計(jì)算結(jié)果真實(shí)、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(jì)算結(jié)果見表1。

2010-2016年，應(yīng)用單耗法計(jì)算A油田生產(chǎn)業(yè)務(wù)共完成節(jié)水量219.10萬m3，應(yīng)用平衡法計(jì)算該油田生產(chǎn)業(yè)務(wù)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(jié)論

“平衡法”油田節(jié)水量計(jì)算方法較為客觀、真實(shí)地反映了油田開發(fā)方案調(diào)整產(chǎn)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(jié)果更貼近現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)情況，體現(xiàn)油田用水的特點(diǎn)，對完成集團(tuán)公司節(jié)水指標(biāo)有極大的促進(jìn)作用，對油氣田節(jié)水管理工作具有重要的指導(dǎo)和支撐作用。

表1 A油田生產(chǎn)業(yè)務(wù)節(jié)水量測算對比