數字化技術在油田注水精細管理中的實踐與成效

曾小明，夏如君，李 偉，金云智，魏 峰

（中海石油（中國）有限公司海南分公司，海口 570206）

0 引言

當前能源安全形勢嚴峻復雜，如何保障國家能源安全，是我國石油石化企業面臨的重大挑戰。與此同時，我國各大油田開發階段基本進入開發中后期，處于中高含水期，開采和穩產難度大。為了降低產量遞減速度，補充地層能量，穩定地層壓力，注水是油田目前原油穩產最主要和最高效的措施。隨著以云計算、物聯網、大數據和人工智能等技術為代表的數字化浪潮在全球席卷開來，同時疊加新冠疫情的影響，各行各業為了生存，加快了數字化轉型升級步伐，數字化新技術的應用是企業降本增效、提高競爭力、實現高質量發展的重要支點和有力抓手。為此各大石油公司在智能油田建設方面也加大了探索力度，同時取得了顯著成效。本文主要是探討如何通過數字技術與油田注水管理深度融合，實現“注夠水、注好水、精細注水、有效注水”，達到科學注水，實現提高采收率、提高單井產量、降低遞減率。

1 注水管理現狀

南海西部涉及注水開發油田11 個，注水平臺13座，分注率達到了80%，分注方式以同心集成為主，注水貢獻產量占分公司原油產量比重過半。注水工作是保障油田基礎產量重要舉措，但南海西部注水油田基本都為低滲油田，地層敏感性較強，注入水與地層配伍性不好，注水工作量大，注水成本較高。同時注水管理自動化水平不高，很多工作依然需要依靠科研和管理人員線下資料收集、統計、分析、監控和跟蹤，無法支撐和滿足公司未來的產量任務和高速的業務增長，具體表現為：資料存儲分散，缺乏統一管理；生產井動態缺乏有效監控、預警；注水調配方案編制、注水指標跟蹤線下耗時耗力，效率低。急需管理創新，以適應新常態、實現新突破、驅動新發展。通過數字化轉型把數據作為關鍵生產要素，挖掘數據價值、提升注水效果、提高注水管理水平，保障油田能夠“注夠水、注好水、精細注水、有效注水”，為企業賦能。

2 數字化轉型方案

針對存在的問題，系統以生產實時數據和生產動態數據庫等為數據源頭，將注水管理所需要的各類資料整合集成在一起，應用物聯網技術和機器學習算法實現注水流程重要節點的實時監控、預警和評價；建立注采井組，實現以注定采、以采定注調配方案的快速計算（圖1）；并基于業務管理要求，對注水調配等各類措施效果進行跟蹤統計，按油田、作業區、分公司三個維度對各類注水指標進行跟蹤統計，推動注水井管理工作從線下步入線上精細化動態管理，實現注水提質增效。

圖1 系統架構

3 應用效果

3.1 數據一站式查詢

注水研究和管理所需數據類型多、數據量大，包括了生產動態數據、測試數據、分析化驗數據和生產實時數據等。通過將這些數據集成、統一和共享，整合到統一的數據中心和平臺上，極大提升數據的獲取和查詢效率。注水所需數據包括了地質油藏、注水工藝和注水設備設施三個方面的內容，其中地質油藏涵蓋了從單井、區塊和油田三個維度的內容。同時系統從注水管理和注水研究的角度，對數據進行抽取、重新組織、處理、統計分析和可視化展示，便于研究人員和管理人員分析和決策，挖掘數據隱含的價值。

3.2 動態可視化監控

應用物聯網技術實現了注水流程重要節點的實時監控、預警和評價：對注水流程及設備、油水井生產動態等進行可視化監視和監控預警，并基于行業標準對產量遞減率、含水上升率等進行動態評價。

3.2.1 注水設備監控

為了保證注水設備的正常運轉，減少或者避免停機事件的發生，需要對注水設備運行狀態進行實時監控。利用物聯網技術獲取注水設備的實時數據，從現場傳回來，以可視化手段直觀地對注水流程中重要參數如注水泵的流量、壓力等進行監控，便于掌握和分析目前的生產狀況（圖2）。通過采用SPC 和決策樹算法，建立監控和預警模型，對注水設備的運行狀態進行監控和預警，及時發現注水泵的異常和故障，并報警，從而減少故障發生率，降低由于設備故障造成產量損失。

圖2 注水流程和設備監控

3.2.2 生產動態監控和預警

（1）注水量。注水量作為最主要的注水參數，直接影響著注水效果。只有注夠水，才能保持注采平衡。根據油田實際配注需求制訂注水計劃，按公司、作業區、油田和單井四個維度對注水量進行實時跟蹤，及時發現注水過程中的注水異常情況比如欠注和超注現象，有針對性地調整注水措施，保障能“注夠水”。

（2）注水壓力。合理的注入壓力是保證注水能力的關鍵，也是保障注水安全、減少套管損壞的重要因素。注水壓力過低時，注入水很難進入地層，地層能量得不到補充；注水壓力過高時，超過地層破裂壓力則會造成地層出現微裂縫，導致套管損壞，影響注水作業安全。系統實現了注水壓力實時監控和預警，有力保障了“注水安全”。

（3）注水水質。注水水質直接影響注水工藝效率和注水開發效果，尤其對低滲油藏來說，地層敏感性較強，與地層配伍性不好，注水容易傷害地層，造成不可逆的傷害，使吸水能力進一步下降；同時注入水與地層水容易結垢，堵塞儲層滲流通道，之前部分井組就出現過由于地層堵塞注不進水的情況。因此需要控制好注水水質，合格的注入水質既能實現注采平衡、保持地層壓力，又不會對儲層滲流物性及其非均質性產生較大影響。水質監控是油田保障“注好水”的關鍵。

水質指標主要包括懸浮固體含量、懸浮物顆粒直徑中值、含油量、硫酸鹽還原菌（SRB）、鐵細菌（IB）、腐生菌（TGB）和平均腐蝕率共七大指標（表1），輔助性指標有總鐵、溶解氧硫化物和pH 值等。每天根據注水泵出口處和有代表性的注水井井口處取樣的分析化驗結果，與企業規范中的注入水水質標準進行比對，實時動態顯示各油田的達標次數以及達標率。同時還可以快速定位不達標的注入水，促使注水水質達標率持續提升。

表1 注入水質達標率監控表

（4）吸水能力。吸水能力是衡量注水井效果的主要指標，主要采用注水井指示曲線、吸水指數、視吸水指數、相對吸水量來表征。尤其對于低滲油田來說，注水井吸水能力低，啟動壓力和注水壓力高，而且隨著注水時間延長，矛盾加劇，甚至出現注不進水現象，更需要時刻監控注水井的吸水能力。如果吸水能力下降了，要進行相應原因分析，影響因素包括了注水水質、儲層物性和注入壓力等。

（5）生產動態評價。生產動態評價主要從注水井工況和生產指標進行評價。建立了注水井工況分析與診斷模型，通過注入壓力為縱坐標，實際注入量與配注量比值作為橫坐標建立圖版，將注水井分為合格區、欠注區、超注區和待落實區，其中合格區是指注水基本正常，實際注入量與配注量相比在20%范圍內，注入壓力也合理；欠注區是指注入量低于配注量的80%，注入壓力偏低，相應措施就是調大水嘴、加大注入壓力等；超注區是指注入量超過了配注量的20%，注入壓力偏高，相應措施就是調小水嘴；待落實區是指注入壓力低，而實際注入量與配注量比值卻較高，或者注入壓力高，而實際注入量與配注量比值卻較低，與正常規律相違背，需要去核實數據的正確性以及分析原因。生產指標評價主要是指對產油量、含水率和存水率等指標進行評價，通過對各單井、各油田的指標設置閾值來進行預警。總的來說，通過對注水井工況和生產指標進行監控和預警，能夠提高注水井的管理和分析水平，為注水井生產調整和措施作業等決策提供依據，滿足油田注水現場生產管理需求。

3.2 智能調配

基于建立的注采井組，以及數據中心的油井的油氣水縱向劈分系數和注水井的橫向劈分系數等數據，實現了“以采定注”“以注定采”兩種方法的調配方案的快速自動化計算（圖3）。“以采定注”，即給采油井定產量，來計算注水井需要配注多少，通過數據中心的注采比、劈分系數和配產，快速計算注水井的配注量多少。“以注定采”，即給注水井定注入量來計算采油井產量多少。智能調配改變了以往注水管理人員線下計算和調配的工作模式，可以快速提高調配效率。

圖3 智能調配方案流程

3.3 措施效果跟蹤

注水措施效果跟蹤有利于找出影響注水開發效果的因素，分析存在問題，制定配套措施，開展綜合調整。油田每年都會針對產量任務，制訂注水計劃，比如分層調配、解堵和壓裂等，因此很有必要對這些計劃措施進行跟蹤，根據措施效果進行滾動計劃，確保增油量考核指標完成。通過對措施效果的分析，也可總結好的經驗進行推廣，吸取差的教訓。

3.4 指標考核

指標考核是指公司每年都會在“注夠水、注好水，精細注水、有效注水”方面下達注水考核任務。系統可以分油田級、作業公司級、分公司級三個維度對注入量和自然遞減率等13 個注水指標實時動態跟蹤、預警及線上考核（表2），實現了過程管理，又做到了結果考核，提升了注水井精細化管理水平。

表2 注水考核指標跟蹤表

4 結語

目前公司上下都很視注水工作，設立了“注水提升年”，注重注水基礎管理，強化過程監控，降低注水能耗，優化效果跟蹤。通過數字化轉型，智能注水管理系統已在南海西部11 個注水油田得到了很好的應用，改變了傳統的注水管理模式，實現了注水精細化管理，同時在提高工作效率、節約人工成本和產量貢獻方面創造了較高的經濟效益，向注水要到了產量、要到了效益。數字化轉型任重而道遠，是一個長期復雜的系統性工程，接下來分公司會全力推進數字化轉型探索與實踐，全方位支撐和服務于公司的生產經營目標。