注水工程設(shè)計(jì)

1、注水工程設(shè)計(jì),長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院2010年12月,注水工程設(shè)計(jì),第一節(jié) 注水過(guò)程中的儲(chǔ)層傷害第二節(jié) 儲(chǔ)層敏感性實(shí)驗(yàn)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(cè)第五節(jié) 油田注水水質(zhì)處理第六節(jié) 工程設(shè)計(jì)要求,一 儲(chǔ)層潛在損害因素 二 注水過(guò)程中的儲(chǔ)層傷害類型,第一節(jié) 注水過(guò)程中的儲(chǔ)層傷害,1、儲(chǔ)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(chǔ)層潛在損害因素,2、巖石儲(chǔ)滲空間3、巖石的表面性質(zhì)4、儲(chǔ)層流體性質(zhì) 地層水性質(zhì)、地層原油性質(zhì),一 儲(chǔ)層潛在損害因素,二

3、 注水過(guò)程中的儲(chǔ)層傷害類型,注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中主要的損害可以按損害機(jī)理歸納為以下四個(gè)方面： （1）外來(lái)液體與油氣層巖石礦物不配伍造成的損害； （2）外來(lái)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(wú)論哪一種損害，儲(chǔ)層本身的內(nèi)在條件均是主要因素。,二 注水過(guò)程中的儲(chǔ)層傷害類型,1、儲(chǔ)層速敏性傷害

4、 2、儲(chǔ)層水敏性傷害,3、儲(chǔ)層酸敏性傷害4、儲(chǔ)層堿敏性傷害5、潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)造成的傷害,二 注水過(guò)程中的儲(chǔ)層傷害類型,6、無(wú)機(jī)沉淀造成的傷害（無(wú)機(jī)垢?jìng)Γ?、有機(jī)沉淀造成的傷害（有機(jī)垢?jìng)Γ?、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(chǔ)層敏感性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用,一 速敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn) 二 水敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)三 鹽敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)四 堿敏評(píng)價(jià)實(shí)

5、驗(yàn)五 酸敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),一 速敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),以不同的注入速度向巖心中注入地層水，測(cè)定各個(gè)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(duì)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(duì)應(yīng)的滲透率Ki-1，與流量Qi對(duì)應(yīng)的滲透率Ki滿足下式：,,說(shuō)明已發(fā)生速度敏感，流量Qi-1即為臨界流速。,一 速敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),表1-2 敏感程度評(píng)價(jià)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(diǎn)中的最大值，μm2；,Kmin——滲透率變化曲線中各滲透率點(diǎn)小的最小值，μm2。,一 速敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),,,,圖1-1流速敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)曲線,二 水敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),首先用地層水測(cè)定巖心的滲透率Kmax然后再用次地層水測(cè)定巖心的滲透率，最后用淡水測(cè)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(píng)價(jià)指標(biāo)見(jiàn)表1-3。損害程度使用公式（1-2）。,表1-3 水敏程度評(píng)價(jià)指標(biāo),三 鹽敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),通過(guò)

7、向巖心注入不同礦化度等級(jí)的鹽水（按地層水的化學(xué)組成配制），并測(cè)定各礦化度下巖心對(duì)鹽水的滲透率，根據(jù)滲透率隨礦化度的變化來(lái)評(píng)價(jià)鹽敏損害程度，找出鹽敏損害發(fā)生的條件。對(duì)于鹽敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，第一級(jí)鹽水為地層水，將鹽水按一定的濃度差逐級(jí)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(duì)應(yīng)滲透率Ki-1與礦化度Ci對(duì)應(yīng)的滲透率Ki之間滿足下述關(guān)系：,,（3-3）,說(shuō)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(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),,,,,圖3-1鹽敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)曲線,四 堿敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),通過(guò)注入不同pH值的地層水并測(cè)定其滲透率，根據(jù)滲透率的變化來(lái)評(píng)價(jià)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(shí)際情況，一般要從地層水的pH值開(kāi)始，逐級(jí)升高pH值，最后一級(jí)鹽水的pH值可定為12。臨界pH值的確定與鹽敏實(shí)驗(yàn)中臨界礦化度的確定方法相同。,四 堿敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),,圖4-1堿敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)曲線,五

9、 酸敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),酸敏實(shí)驗(yàn)的具體作法是： (1)用地層水測(cè)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(cè)出恢復(fù)滲透率K2。 酸敏傷害程度用K2與K1的比值（K2/K1）來(lái)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)方法見(jiàn)表1-4。,表1-4 酸敏程度評(píng)價(jià)指標(biāo),五敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)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(jī)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(jī)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(guó)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(guó)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(qiáng)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(lái)對(duì)所有不同類型的油氣層的注入水水質(zhì)進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)。,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(shí)除了以上各項(xiàng)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(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中所測(cè)定的臨界礦化度，這樣

12、才能防止注水時(shí)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(cè),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(shuō)的結(jié)垢問(wèn)題。目前預(yù)測(cè)結(jié)垢趨勢(shì)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(yáng)離子的濃度以及所處溫度、壓力等條件，通過(guò)計(jì)算進(jìn)行預(yù)測(cè)；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(lái)，觀察析出沉淀情況。,第四節(jié) 結(jié)垢預(yù)測(cè),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(yáng)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(shí)，可能有沉淀生成。幾種難溶化合物溶度積常數(shù)見(jiàn)表1-7。,第四節(jié) 結(jié)垢預(yù)測(cè),計(jì)算時(shí)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(cè)以下幾種垢: CaSO4 、 CaCO3 、 MgCO3,第四節(jié) 結(jié)垢預(yù)測(cè),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(chǎng)上常用的水質(zhì)處理措施有以下幾種：（1）沉淀；（2）過(guò)濾；（3）殺菌；（4）脫氧；（5）化學(xué)劑注入。

15、 本設(shè)計(jì)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(jià)鐵，通常以Fe(HCO3)2的形態(tài)存在。二價(jià)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(jiàn)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(lái)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(guò)濾作用懸浮物含量較少，在除鐵的同時(shí)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(shí)，還需在除鐵后再進(jìn)行深度處理。工藝流程見(jiàn)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(lái)水；2—錳砂除鐵濾罐；3—石英砂濾罐；（精 細(xì)過(guò)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(kù)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(duì)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(shí)，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(lái)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(jiàn)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(guò)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(guò)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(shí)，則水面上各種氣體的分壓亦接近于零，此時(shí)，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(jì)主要介紹第二種方法，即用多級(jí)水環(huán)——大氣噴射真空泵直接獲得真空的方法，工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)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(guò)濾罐、脫氧塔進(jìn)水泵；3—壓力過(guò)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(guò)濾、細(xì)過(guò)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(gè)注水系統(tǒng)的工藝流程圖。整個(gè)工藝過(guò)程包括： （1）海水提升；（2）粗過(guò)濾；（3）細(xì)過(guò)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(jì)要求,對(duì)某油田—注水開(kāi)發(fā)區(qū)塊進(jìn)行以下分析和設(shè)計(jì):1.注水儲(chǔ)層基本特征及潛在損害因素分析；2.敏感性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算和分析；3.水質(zhì)指標(biāo)設(shè)計(jì);4.根據(jù)指定水源進(jìn)行結(jié)垢預(yù)測(cè)和水處理設(shè)計(jì);5.提出注水中保護(hù)油氣層的措施或建議。,王場(chǎng)油田潛在損害因素分析,,通過(guò)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(duì)該儲(chǔ)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(chǔ)層巖石中

23、基本不含蒙脫石，因此，儲(chǔ)層不會(huì)發(fā)生較強(qiáng)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(qiáng)度也較強(qiáng)，因此儲(chǔ)層不會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)的速敏性。,王場(chǎng)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(chǔ)層巖石中還存在其它含鐵礦物。酸化時(shí)鐵離子釋放出來(lái)，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(chǔ)層原油中都含有一定量的石

24、蠟和瀝青，在注水過(guò)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(shí)在原油生產(chǎn)的過(guò)程中，由于壓力下降，氣體脫出，都會(huì)導(dǎo)致原油中的石蠟和瀝青聚集、沉降，在孔隙中形成有機(jī)垢堵塞。,王場(chǎng)油田潛在損害因素分析,,,（5）王廣區(qū)和西區(qū)儲(chǔ)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(chǔ)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(huì)堵塞孔隙通道，對(duì)地層造成傷害。另外，由于儲(chǔ)層孔隙半徑小，在井下作業(yè)過(guò)程中入井流體的侵入很容易產(chǎn)生較大的