注水工程設(shè)計

1、注水工程設(shè)計,長江大學(xué)石油工程學(xué)院2010年12月,注水工程設(shè)計,第一節(jié) 注水過程中的儲層傷害第二節(jié) 儲層敏感性實驗數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用第三節(jié) 注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)確定第四節(jié) 結(jié)垢預(yù)測第五節(jié) 油田注水水質(zhì)處理第六節(jié) 工程設(shè)計要求,一 儲層潛在損害因素 二 注水過程中的儲層傷害類型,第一節(jié) 注水過程中的儲層傷害,1、儲層敏感性礦物1）粘土礦物 粘土礦物是高度分散的含水的層狀硅酸鹽和含水的非晶質(zhì)硅酸鹽礦物

2、的總稱。粘土礦物種類：高嶺石、 蒙皂石、伊利石 、綠泥石2）非粘土敏感性礦物 流速敏感性礦物 鹽酸敏感性礦物 氫氟酸敏感性礦物 堿敏性礦物,一 儲層潛在損害因素,2、巖石儲滲空間3、巖石的表面性質(zhì)4、儲層流體性質(zhì) 地層水性質(zhì)、地層原油性質(zhì),一 儲層潛在損害因素,二

3、 注水過程中的儲層傷害類型,注水開發(fā)過程中主要的損害可以按損害機理歸納為以下四個方面： （1）外來液體與油氣層巖石礦物不配伍造成的損害； （2）外來液體與油氣層流體不配伍造成的損害； （3）毛細(xì)現(xiàn)象造成的損害； （4）固相顆粒堵塞引起的損害。無論哪一種損害，儲層本身的內(nèi)在條件均是主要因素。,二 注水過程中的儲層傷害類型,1、儲層速敏性傷害

4、 2、儲層水敏性傷害,3、儲層酸敏性傷害4、儲層堿敏性傷害5、潤濕性反轉(zhuǎn)造成的傷害,二 注水過程中的儲層傷害類型,6、無機沉淀造成的傷害（無機垢傷害）7、有機沉淀造成的傷害（有機垢傷害）8、乳化造成的傷害9、細(xì)菌造成的傷害10、毛細(xì)現(xiàn)象造成的傷害 水鎖效應(yīng) 賈敏效應(yīng)11、固相顆粒堵塞,第二節(jié) 儲層敏感性實驗數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用,一 速敏評價實驗 二 水敏評價實驗三 鹽敏評價實驗四 堿敏評價實

5、驗五 酸敏評價實驗,一 速敏評價實驗,以不同的注入速度向巖心中注入地層水，測定各個注入速度下巖心的滲透率，從注入速度與滲透率的變化關(guān)系上，判斷油氣層巖心對流速的敏感性，并找出滲透率明顯下降的臨界流速。如果流量Qi-1對應(yīng)的滲透率Ki-1，與流量Qi對應(yīng)的滲透率Ki滿足下式：,,說明已發(fā)生速度敏感，流量Qi-1即為臨界流速。,一 速敏評價實驗,表1-2 敏感程度評價指標(biāo),(1-2),損害程度,,式中 Kmax——滲透率變化曲線

6、中各滲透率點中的最大值，μm2；,Kmin——滲透率變化曲線中各滲透率點小的最小值，μm2。,一 速敏評價實驗,,,,圖1-1流速敏感性評價實驗曲線,二 水敏評價實驗,首先用地層水測定巖心的滲透率Kmax然后再用次地層水測定巖心的滲透率，最后用淡水測定巖心的滲透率Kmin，從而確定淡水引起巖心中粘土礦物的水化膨脹及造成的損害程度。評價指標(biāo)見表1-3。損害程度使用公式（1-2）。,表1-3 水敏程度評價指標(biāo),三 鹽敏評價實驗,通過

7、向巖心注入不同礦化度等級的鹽水（按地層水的化學(xué)組成配制），并測定各礦化度下巖心對鹽水的滲透率，根據(jù)滲透率隨礦化度的變化來評價鹽敏損害程度，找出鹽敏損害發(fā)生的條件。對于鹽敏評價實驗，第一級鹽水為地層水，將鹽水按一定的濃度差逐級降低礦化度，直至注入液的礦化度接近零為止，求出的臨界礦化度為Cc。 如果礦化度Ci-1對應(yīng)滲透率Ki-1與礦化度Ci對應(yīng)的滲透率Ki之間滿足下述關(guān)系：,,（3-3）,說明已發(fā)生鹽敏，并且礦化度Ci-1

8、，即為臨界礦化度Cc。,三 鹽敏評價實驗,,,,,圖3-1鹽敏評價實驗曲線,四 堿敏評價實驗,通過注入不同pH值的地層水并測定其滲透率，根據(jù)滲透率的變化來評價堿敏損害程度，找出堿敏損害發(fā)生的條件。 不同pH值鹽水的制備，根據(jù)實際情況，一般要從地層水的pH值開始，逐級升高pH值，最后一級鹽水的pH值可定為12。臨界pH值的確定與鹽敏實驗中臨界礦化度的確定方法相同。,四 堿敏評價實驗,,圖4-1堿敏評價實驗曲線,五

9、 酸敏評價實驗,酸敏實驗的具體作法是： (1)用地層水測基礎(chǔ)滲透率K1（正向）； (2)反向注入0.5～1.0倍孔隙體積的酸液，關(guān)閉閥門. (3)用地層水正向測出恢復(fù)滲透率K2。 酸敏傷害程度用K2與K1的比值（K2/K1）來評價，評價方法見表1-4。,表1-4 酸敏程度評價指標(biāo),五敏評價實驗所得的結(jié)果可直接用于保護(hù)油氣層技術(shù)的確定.,第三節(jié) 注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)確定,注入水水質(zhì)是指溶解在水中的礦物鹽、有機質(zhì)和氣體的總含量

10、，以及水中懸浮物含量及其粒度分布。一般注入水應(yīng)滿足以下要求： （1）機械雜質(zhì)含量及其料徑不堵塞喉道； （2）注入水中的溶解氣、細(xì)菌等造成的腐蝕產(chǎn)物、沉淀不造成油氣層堵塞； （3）與油氣層水相配伍。 （4）與油氣層的巖石和原油相配伍。,第三節(jié) 注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)確定,目前，我國有關(guān)部門已制訂了注入水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，表1-6就是我國石油工業(yè)制訂的碎屑巖油田注入水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。 要強調(diào)的是，不同的油氣層應(yīng)有與之相應(yīng)

11、的合格水質(zhì)，切忌用一種水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)來對所有不同類型的油氣層的注入水水質(zhì)進(jìn)行對比評價。,第三節(jié) 注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)確定,表1-6 推薦水質(zhì)主要控制指標(biāo),,,,,,,,注：1、1<n<10；2、清水水質(zhì)指標(biāo)中去掉含油量。,第三節(jié) 注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)確定,,,,,,,,,,在制定水質(zhì)指標(biāo)時除了以上各項指標(biāo)外，還應(yīng)注意注入水礦化度和pH值的確定。 有條件許可的情況下應(yīng)保證注入水礦化度高于鹽敏評價實驗中所測定的臨界礦化度，這樣

12、才能防止注水時水敏損害的發(fā)生。若注入水源礦化度低于臨界礦化度，則必須采取防膨措施。 注入水的pH值確定應(yīng)控制在7±0.5為宜，也可在6.5-PHc之間。,第四節(jié) 結(jié)垢預(yù)測,當(dāng)注入水注入地層后，如果與地層水不配伍將生成一定量的不溶物，這就是我們通常所說的結(jié)垢問題。目前預(yù)測結(jié)垢趨勢的方法主要有兩種，一種是按照注入水和地層水中各種陰、陽離子的濃度以及所處溫度、壓力等條件，通過計算進(jìn)行預(yù)測；另一種方法是直接將兩種水

13、在一定條件下按一定比例混合后放置起來，觀察析出沉淀情況。,第四節(jié) 結(jié)垢預(yù)測,根據(jù)化學(xué)的溶度積原理，當(dāng)兩種水（注入水與注入水，或注入水與地層水）相混合，如果某化合物的陽離子濃度（mol/L）與陰離子濃度（mol/L）的乘積大于該化合物的溶度積時，可能有沉淀生成。幾種難溶化合物溶度積常數(shù)見表1-7。,第四節(jié) 結(jié)垢預(yù)測,計算時地層水和注入水的比例分別為:地層水:90% 、70% 、50% 、30% 、10%注入水:10% 、30%

14、、50% 、70% 、90%結(jié)垢預(yù)測以下幾種垢: CaSO4 、 CaCO3 、 MgCO3,第四節(jié) 結(jié)垢預(yù)測,表1-7 難溶化合物溶度積常數(shù),第五節(jié) 油田注水水質(zhì)處理,在水源確定的基礎(chǔ)上，一般要進(jìn)行水質(zhì)處理。水源不同，水處理的工藝也就不同，現(xiàn)場上常用的水質(zhì)處理措施有以下幾種：（1）沉淀；（2）過濾；（3）殺菌；（4）脫氧；（5）化學(xué)劑注入。

15、 本設(shè)計介紹四種水源的處理方法： 1、淺層地下水水質(zhì)處理 2、地面水處理 3、含油污水處理 4、脫氧處理 5、海水處理,1、淺層地下水水質(zhì)處理,①除鐵 （1）方法：地下水中鐵質(zhì)的主要成分是二價鐵，通常以Fe(HCO3)2的形態(tài)存在。二價鐵極易水解，生成Fe(OH)2，氧化后形成Fe(OH)3，易堵塞地層。除鐵方法一般采

16、用物理或化學(xué)方法。 （2）工藝流程：見圖1-3。,圖1-3 地下水錳砂除鐵工藝流程圖,1—地下水源井來水；2—錳砂除鐵濾罐；3—緩沖水罐； 4—輸水泵；5—輸水管線,1、淺層地下水水質(zhì)處理,②除懸浮物 地下水因地層的過濾作用懸浮物含量較少，在除鐵的同時也可將大部分懸浮物除去，而達(dá)到高滲透油田注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。但用于低滲透油田注水時，還需在除鐵后再進(jìn)行深度處理。工藝流程見圖1-4。,圖1-4 地下

17、水除懸浮固體工藝流程圖,1—地下水源井來水；2—錳砂除鐵濾罐；3—石英砂濾罐；（精 細(xì)過濾罐）； 4—緩沖水罐； 5—輸水泵； 6—輸水管線,2、地面水處理,①工藝流程 地面水是指江河、湖泊、水庫內(nèi)的水。圖1-5是地面水處理主要工藝流程圖。該流程隨著對處理后水質(zhì)的要求不同而有所變化，當(dāng)水中泥砂含量高時，應(yīng)考慮在反應(yīng)沉淀池前加預(yù)沉池。,圖1-5 地面水處理流程框圖,1—地面

18、水源來水；2—取水泵；3—藥水混合器；4—反應(yīng)沉淀池；5—濾池；6—吸水池；7—輸水泵,2、地面水處理,②水處理藥劑（絮凝劑） 詳見表1-8。,表1-8 油田注水用清水或含油污水處理常用絮凝劑、緩蝕阻垢劑、殺菌劑的性能表,2、地面水處理,表1-8 油田注水用清水或含油污水處理常用絮凝劑、緩蝕阻垢劑、殺菌劑的性能表,3、含油污水處理,圖1-9是目前油田上常用的重力式混凝除油、石英砂壓力過濾處理含油污水工藝流程圖。,圖1

19、-9 含油污水處理流程圖,1—除油罐；2—沉降罐；3—提升泵；4,5—一、二過濾罐；6—凈水水罐；7—污水回收池；8—回收水泵,4、脫氧處理,氧是造成注水系統(tǒng)腐蝕的最主要、最直接的因素，也是其它水質(zhì)指標(biāo)能否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵。脫氧的方法有化學(xué)法和真空法。常用的化學(xué)除氧劑有亞硫酸鈉（Na2SO3）、二氧化硫（SO2）和聯(lián)氨（N2H4）等。真空脫氧的原理是基于享利定律，可表述如下：某氣體在水中溶解量的大小與該氣體在水面上分壓成正比，并與該氣

20、體在水中的溶解常數(shù)有關(guān)。當(dāng)采用真空設(shè)備使水面上的氣體壓力接近于零時，則水面上各種氣體的分壓亦接近于零，此時，溶解在水中的氣體就大量逸出，以此達(dá)到脫氧的目的。真空脫氧可用兩種方法獲得真空，一種是水力噴射器法，另一種是真空泵法，本設(shè)計主要介紹第二種方法，即用多級水環(huán)——大氣噴射真空泵直接獲得真空的方法，工藝流程簡圖見表1-10。,圖1-10 水環(huán)—大氣噴射真空泵脫氧工藝流程圖,1—清水罐；2—壓力過濾罐、脫氧塔進(jìn)水泵；3—壓力過濾罐；4—

21、脫氧塔；5—脫氧塔出水泵；6—加藥；7—水環(huán)—大氣噴射真空泵；8—排氣；9—脫氧水罐,5、海水處理,如果注入水源選用海水，注水系統(tǒng)包括海水提升、粗過濾、細(xì)過濾、脫氧、增壓和注入、化學(xué)劑注入以及各種工藝管線和裝置監(jiān)控儀表。圖5-11表示整個注水系統(tǒng)的工藝流程圖。整個工藝過程包括： （1）海水提升；（2）粗過濾；（3）細(xì)過濾；（4）脫氧；（5）海水增壓；（6）海水注入；（7）化學(xué)劑注入。,5、海水處理,圖5-11 注水系統(tǒng)工藝流程,

22、第六節(jié) 工程設(shè)計要求,對某油田—注水開發(fā)區(qū)塊進(jìn)行以下分析和設(shè)計:1.注水儲層基本特征及潛在損害因素分析；2.敏感性實驗數(shù)據(jù)計算和分析；3.水質(zhì)指標(biāo)設(shè)計;4.根據(jù)指定水源進(jìn)行結(jié)垢預(yù)測和水處理設(shè)計;5.提出注水中保護(hù)油氣層的措施或建議。,王場油田潛在損害因素分析,,通過分析王廣區(qū)和西區(qū)地層的巖石物理性質(zhì)，敏感性礦物含量、種類以及地層流體性質(zhì)等資料，可對該儲層潛在損害因素作出如下分析： （1）王廣區(qū)和西區(qū)潛43儲層巖石中

23、基本不含蒙脫石，因此，儲層不會發(fā)生較強程度的水敏性。,（2）王廣區(qū)和西區(qū)潛43油組的巖石中幾乎不含 高嶺石，巖石膠結(jié)強度也較強，因此儲層不會出現(xiàn)強的速敏性。,王場油田潛在損害因素分析,,,（3）王廣區(qū)和西區(qū)潛43油組的巖石中都含有一定量的綠泥石，西區(qū)儲層巖石中還存在其它含鐵礦物。酸化時鐵離子釋放出來，易和殘酸形成氫氧化鐵沉淀，造成孔喉的堵塞。,（4）王廣區(qū)和西區(qū)儲層原油中都含有一定量的石

24、蠟和瀝青，在注水過程中由于注入水和地層的溫差將使注水井附近地層溫度下降，同時在原油生產(chǎn)的過程中，由于壓力下降，氣體脫出，都會導(dǎo)致原油中的石蠟和瀝青聚集、沉降，在孔隙中形成有機垢堵塞。,王場油田潛在損害因素分析,,,（5）王廣區(qū)和西區(qū)儲層物性較差，非均質(zhì)性嚴(yán)重，巖石結(jié)構(gòu)屬于低孔低滲型，儲層孔隙半徑很小，如果注入水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，所含懸浮雜質(zhì)就會堵塞孔隙通道，對地層造成傷害。另外，由于儲層孔隙半徑小，在井下作業(yè)過程中入井流體的侵入很容易產(chǎn)生較大的