注水井合理地层保持温度和注入水温度的确定

周 强，徐云林

（1.西南石油大学，四川成都 610500；2.陕西延长石油有限责任公司研究院，陕西西安 710075）

大多数油田的注水开发过程中，注入水温度一般都低于油层温度，随着注水时间的不断延长，注水量的不断增加，从而导致注水井井底附近甚至油层深部的温度大幅度下降，使油层内油、水粘度增大，大大影响水驱油的效果[3]。以酒东油田注水井开发为背景，由于工区冬天温度极低，最低可达零下30 ℃，直接注水可能造成管线阻塞，并极大降低油层温度，使得水驱效果变差，因此必须适当加热，提高注入水温度。

1 地层合理保持温度的确定

注水开发过程中，随着注水量的增多，地层温度会下降，同时会引起原油粘度的上升，这样会导致原油更难以流动，甚至阻塞一些微小孔隙，大大降低了水驱效率。因此，可以根据地下含气原油的粘温特性，确定合理的地层保持温度。

稀油：

稠油：

其中：μo-地层原油粘度，mPa·s；μoa-地面脱气原油粘度，mPa·s；ρoa-地面脱气原油密度，g/cm3；Ψ-原油胶质沥青含量，%；T-地层温度，℃；Boi-原油的体积系数。

根据以上稀油的计算公式和已知的参数，地面脱气原油密度0.832 g/cm3，原油胶质沥青含量5.4 %，原油的体积系数1.12，并结合地面的粘温特性，可计算出地层条件下原油的粘温特性（见表1）。根据粘度变化趋势, 求出原油粘度和油水粘度比的变化趋于平缓时的温度值，此即为合理的注水井井底温度[4]。根据以下的粘温特性曲线，并综合考虑对注入水进行加热产生的成本，注水开发过程中，地层温度保持在35～40 ℃比较适宜（见图1）。

图1 地层含气原油粘温特性曲线

表1 地面脱气原油与地层原油粘温特性对比

2 合理注入水温度的确定

考虑到工区冬天地面气温较低，最低达-30 ℃，因此不能直接向地下注水。要使地层保持在合理温度进行注水开发，需要确定合理的注入水温度，以保证有效的注水开发。

注水井井底温度采用Ramcy 的热传导方程[3]：

式中：A=qρwCff （t ）/2αKh

其中：Twf-注水井井底温度，℃；Twh-注入水温度，℃；α-地温梯度，℃/m；h-油层中部深度，m；Tgs-地层温度，℃；q-注水速度，cm3/s；ρw-注入水密度，g/cm3；Cf-注入水的比热，J/g·℃；Kh-围岩热导率，W/m·℃；τc-套管外径，m；K-地层热扩散率，m2/s；t-注水时间，s。

所需的计算参数（见表2）。

表2 计算井底温度所需的参数表

本次研究分别考虑注入水温度在10 ℃，20 ℃，3 0 ℃，40 ℃日注水量分别为20 m3，40 m3，60 m3，80 m3，100 m3时，注水井井底温度随时间的变化情况，计算结果（见表3～表6、图2～图5）。

表3 注入水温度为10 ℃时注水井井底温度与时间的变化关系

表4 注入水温度为20 ℃时注水井井底温度与时间的变化关系

表5 注入水温度为30 ℃时注水井井底温度与时间的变化关系

表6 注入水温度为40 ℃时注水井井底温度与时间的变化关系

表6 注入水温度为40 ℃时注水井井底温度与时间的变化关系（续表）

图2 注入水温度为10 ℃时注水井井底温度与时间的变化关系

图3 注入水温度为20 ℃时注水井井底温度与时间的变化关系

图4 注入水温度为30 ℃时注水井井底温度与时间的变化关系

图5 注入水温度为40 ℃时注水井井底温度与时间的变化关系

由以上计算结果可以看出，注水量越大，注水井井底温度降低得越快，注水时间越长，注水井井底温度越低。注水初期，注水井井底温度下降较快，当注水时间达到1 000 d 左右后，注水井井底温度下降缓慢。当注水时间较长时，注水井井底温度略高于注入水的井口温度，以单井配注60 m3/d 为准，最终注水井井底温度较注入水温度高4～6 ℃，因此，合理的注入水井口温度应保持在30～35 ℃。

3 结论

（1）由地面粘温特性，根据经验公式可以转换为地下粘温特性曲线，曲线趋于平缓处的温度即为合理的地层保持温度，由此可以确定工区合理的地层保持温度为35～40 ℃。

（2）根据不同注水量的注水井井底温度随时间的变化关系可以看出：注水量越大，注水井井底温度下降越快，注水时间越长，注水井井底温度越低。

（3）以工区注水井配注量60 m3/d 为准，由不同注水量的注水井井底温度随时间的变化关系曲线可以确定工区合理的注入水井口温度应保持在30～35 ℃。

［1］ 林春阳，郭冀义，马水龙，等.注水井地层吸水规律实验研究［J］.实验力学，2008，23（6）：511-519.

［2］ 阳晓燕，杨胜来，吴向红，等.高凝油油藏注水开采温度场变化规律［J］.特种油气藏，2011，18（4）：87-89.

［3］ 鲍全生，冯建华.注水井合理的注人水温度确定方法［J］.石油钻采工艺，1992，（2）：61-65.

［4］ 申家年，孙小洁，刘海钧.地热水井井口温度的计算［J］.大庆石油学院学报，1998，22（4）：83-85.

［5］ 苏继红，易斌，史继忠.确定地层原油粘度的经验方法［J］.石油勘探与开发，1999，26（5）：53-55.

［6］ 刘青年，马志元.小井距试验油层温度的研究［J］.石油勘探与开发，1984，（3）：63-67.