污水回注可行性油藏研究——以番禺4－2油田为例

黄军立 （中海石油 （中国）有限公司深圳分公司，广东 深圳510240）

张光明 （长江大学石油工程学院，湖北 武汉430100）

徐兵，代玲，谢明英

郑洁，涂志勇 （中海石油 （中国）有限公司深圳分公司，广东 深圳510240）

对于我国海上油田，在油田进入中高含水期后，会产出大量的污水，对于这些生产污水，或将处理后的污水直接排海，或回注基础井网用于注水开发；在减排压力的推动下，生产污水回注地下废弃的或不动用的油气层是减少污水排放量的有效方法。

番禺油田是典型的边底水交互油藏，天然能量充足，随着开发的进行，番禺油田已进入中高含水阶段，油田产出的污水量不断上升；并且随着调整项目的实施，整个番禺油田的产水量预测从2015年将开始超过20mg／L的排放标准［1］，需要开始污水回注。

1 污水回注选层原则

1）回注污水的砂层埋深必须大于500m，以免污染表层水；注水井远离断层、剥蚀面，距离应大于1000m，以避免污水沿断层、剥蚀面窜流到其他层位；要求盖层及隔夹层稳定。

2）充分考虑地层的储水性能，回注层位应具备厚度大、分布广、孔隙度大、渗透率强等特点，以满足长期稳定回注的要求。

3）尽量不用正在开发或近期可能开发的油层回注污水。

4）尽可能利用油田现有已钻未用井和不具有潜力的低产低效井。

在以上污水回注选层原则基础上①中海油能源发展股份有限公司采油技术服务分公司 ．番禺油田生产水回注可行性研究总结报告，2008．，番禺4－2油田埋深－600～－980m范围内选出7个水层 （water－1～water－7）可进行污水回注。

2 配伍性试验分析

2．1 生产污水与地层水配伍性评价

采用动态结垢评价试验，每种混合水选择3个配比，运用动态结垢仪进行试验。试验条件为：模拟地层温度40℃，地层压力8MPa；模拟地面生产条件，即常温常压区。将注入水与地层水按一定比例混合，流速为8ml／min，累计试验过水量为4L，进行流动试验。试验结束后，恒重高压区及低压区管线及滤膜，确定高温高压区的结垢量及常温常压区的结垢量，以评价动态结垢趋势。共选用3种地层水进行了动态结垢试验，见表1。

表1 番禺4－2油田动态试验注入水情况

试验过程中，系统压力无明显变化，说明管线没有因为少量结垢而发生堵塞。通过计算，各组试验结果分别见表2～表4。

表2 番禺4－2油田650m地层水动态试验结果表

表3 番禺4－2油田687m地层水动态试验结果表

表4 番禺4－2油田765m地层水动态试验结果表

通过动态结垢评价，可以看出3种地层水与番禺4－2油田生产污水混合后，均产生少量的垢，765m地层水与生产污水的配伍性好于其他地层水，结垢量较低。

2．2 生产污水与储层岩石配伍性评价

利用储层敏感性预测软件对敏感性进行预测。敏感性评价参数为：粒度均值0．272mm、平均孔隙度27%、平均空气渗透率5000mD、矿化度24727mg／L。敏感性预测结果显示，番禺4－2油田地层具有强水敏，弱水速敏损害，强盐敏损害，具有中等偏强盐酸敏，中等偏弱土酸敏。

3 污水回注方案

3．1 地层储水能力

按弹性注水量公式计算地层储水能力，计算公式如下［2］：

式中：N 为累计注水量，m3；A 为储层面积，m2；h为储层厚度，m；pi为原始地层压力，MPa；pf，max为地层破裂压力，MPa；C为综合压缩系数，MPa－1；Bw为地层水体积因数，1。

运用式 （1）以番禺4－2油田三维地震研究工区面积24km2的倍数计算，综合压缩系数取5×10－4MPa－1，假设日减排水量5000m3。采用以下2种计算方案：

方案1：以water－1至water－6（埋深－600～－896．5m）6个砂体作为污水回注层位，砂体总厚度253．8m，砂地比86%。

方案2：以water－4和water－5（埋深－722．5～－878．5m）2个较厚砂层作为注水层位，砂体厚度144．5m，砂地比93%。

计算结果见表5。

表5 地层储水能力计算结果

从目前的认识情况看，回注储层比较发育，地震资料未探测到砂体边界，可见砂体分布范围非常广泛，污水回注不会造成地层压力的大幅度上升。

3．2 回注层位优选

地层水与生产污水动态配伍性试验分析均证明，番禺4－2油田water－4层位地层水与生产污水配伍性好于其他层位 （water－1和water－2）地层水。分析认为water－4以下其他砂层地层水与water－4地层水性质相近的可能性较大。另外，为了提高注水泵效和泵压利用率，同时考虑经济性因素，节约作业成本，推荐采用方案2进行注水。即：按自下而上的原则，先射开water－4和water－5两个砂层作为注水层位，井段－722．5～－878．5m，射开砂体厚度144．5m。

3．3 注入压力

井口最大注入压力根据下式计算：

式中：pwh，max为井口最大注入压力，MPa；pw为水柱压力，MPa；ptl为管损压力，MPa；pap为附加压降，MPa。

以相对密度为1．0的清水为例进行计算，如果不考虑管柱摩阻和井壁附加压降的影响，这样以地层破裂压力为界限，折算井口注入压力为3．95～4．39MPa，平均4．19MPa。

3．4 地层吸水能力

利用下述公式计算地层吸水能力：

式中：Qw为注水量，m3；K为地层渗透率，mD；pwb为井底注入压力，MPa；μw为注入水黏度，mPa·s；Bwi为注入水体积因数，1；re为注水稳压边界半径，m；rw为注水井井眼半径，m；S为表皮因数，1。

根据式 （3）计算结果如下：①稳压边界半径取1000m，比吸水指数达651m3／（MPa·d·m）（不考虑射孔造成的表皮影响）；如果表皮因数取5，比吸水指数412m3／（MPa·d·m）。②稳压边界半径取2000m，比吸水指数达602m3／（MPa·d·m）（不考虑射孔造成的表皮影响）；如果表皮因数取5，比吸水指数392m3／（MPa·d·m）。③稳压边界半径取5000m，比吸水指数达548m3／（MPa·d·m）（不考虑射孔造成的表皮影响）；如果表皮因数取5，比吸水指数368m3／（MPa·d·m）。

以上计算中，流体黏度取1mPa·s，所以计算结果相对保守 （高温情况下，水黏度＜1mPa·s）。综上分析，地层具有较强的吸水能力，生产水减排是基本可行的，地层具有强水敏、强盐敏损害的特点。因此，注水过程中应添加防垢剂、杀菌剂和黏土稳定剂等药剂，以确保污水稳定注入。

4 污水回注数值模拟研究

4．1 污水回注模型建立

应用Eclipse数模软件，建立概念模型（图1），图中为4个不同注水层位。在此基础上模拟评估注水压差、逐年地层压力、层位最大注水量等参数。

图1 番禺4－2油田污水回注概念模型

4．2 污水回注开发效果评价

预测结果显示，4口直井 （INJ1、INJ 2、INJ3、INJ4）回注污水，每口直井平均日注水量5000m3；地层压力无明显上升，单井注入压力稳定，污水回注方案可行，满足20000m3／d的最大污水回注量。

5 结论与建议

1）应从砂体厚度、砂体展布、构造特征、储层物性和地层压力条件，综合配伍性研究并考虑工艺条件和经济性，选择适合作为污水回注的目的层。

2）地层的吸水能力具有较大的不确定性，为了进一步认识储层吸水能力，建议有条件的情况下进行试注。

3）污水回注具有良好的经济效益和社会效益；节能减排的同时，对地层保护和对油田的可持续发展起到了很好的推动作用。

［1］GB4914－1985，海洋石油开发工业含油污水排放标准 ［S］．

［2］李传亮 ．油藏工程原理 ［M］．北京：石油工业出版社，2005．