油田开发晚期注水工艺的改进

许 盼，王卫强

（辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 113001）

油田开发晚期注水工艺的改进

许 盼，王卫强

（辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 113001）

在油田开发晚期为了避免油井产量大幅度下降，考虑了日月涨潮现象，进行了油田注水调整和地层的振动处理，在降低注水量的同时也节约50%的电能，最终增加油井产油量，提高油田采收率。采用可导致地层水力变形的局部注水和提高注水地层波及率的新工艺，进一步提高了开发晚期油田的原油产量和采收率。

日月涨潮；注水；工艺；采收率

国内外的油田实际开发过程中，广泛应用注水保持地层压力开发油田方法［1，2］。但在油田开发晚期，采用该方法会因油井高含水，而使油井产量大幅度下降，使油田开发技术指标急剧恶化，并且由于地层的高渗透井段被多次水洗，而低渗透层段内出现大量死油区，残余的油无法采出。低渗透层注水开发采收率极低且注水对于渗透率低于 0.005～0.006 的地层的开发是无效的。注水不能保证油藏在恒定的压力下开采，油藏在长期含水条件下采油，采收率的提高并不明显，也不能保证足够有效地驱油。在油田开发晚期的高注水速度，也会大幅度降低油井的产液量和产油量。另外，注入和采出大量的水，还会使水处理费用及电能的消耗增加。

为了提高开发晚期油田的开发效果和采收率，必须对现有的注水工艺进行改进。论述了地壳的万有引力日月涨潮对采油的影响、油层最佳注水量和注水方式的确定，以及可导致地层水力变形的局部注水工艺和提高地层注水波及率的新工艺。

1 地壳的万有引力日月涨潮对采油的影响

在自然界，大家都明了一个机理；太阳和月亮对地球的万有引力作用引起的日月潮汐，会使地层岩石每天都受到交替膨胀和压缩作用。俄罗斯塔塔尔斯坦地区的日月潮汐，已使地平面每天的升降幅度达0.4 m。它们以半天、一天、一月和半年的周期产生海水涨潮。涨潮如同注水那样可使地层裂缝扩展，这时就会因孔隙和裂缝间的压力差，在裂缝中产生一定程度的真空。其结果，原油即可由孔隙运移到裂缝中。这通常发生在每天的12 h内，在此后的12 h内，因退潮地壳被压缩挤压其中的水，可将原油驱入油井。并且闭合的孔隙空间与其周围的裂缝在水的高压下，还会减缓水与原油间的传质。潮汐的作用能量很大，可不要求专门的瞬间连续作用技术，不消耗能量，就可沿整个岩石圈起作用。

2003年，俄罗斯研制成功了一种利用天然的日月涨潮和振动处理的延长裂缝开启和闭合周期的采油新工艺，并已在罗马什金油田通过了矿场实验。目前的油田注水是连续进行的。因地层裂缝和断裂会周期性打开和闭合，地层注水就没有必要经常连续进行。

2 油层最佳注水量和注水方式的确定

2.1 最佳注水量

借助于地面和油层附近的井下振动器，使油层产生振动的提高采收率方法，目前已在许多俄罗斯油田实施。但因未考虑日月涨潮，而并非总是有效的。振动处理可以一天、一周，及万有引力运动的潮汐周期实施。

为了提高振动处理的效果，必须将其同日月涨潮的作用结合，即将其同考虑地壳振动的裂缝打开和闭合调节注水相结合或单独实施。考虑到结晶和非结晶及塑性材料等受压材料振动期间和振动后裂缝的打开和闭合，以及月亮-太阳的重力作用规律，振动可由任何类型地层中驱油。为了评价日月涨潮对罗马什金油田开发指标的影响，分析了该地区16个不同产油区20年来的月平均注水量、产液量和产油量的变化。这些参数变化是无人力干预发生的。在每一个单独的周期内，它们的变化是相似的。日月涨潮在一年内的两个季节达到最大值：冬季（11-1月）和夏季（5-6月份）。注水井的月平均注水量变化表明，在无人力干预的情况下，注水泵的工作强度会自动增加和下降。在裂缝打开时，注水量自动增加。注水量越大，产液量越大。只是因为这时油井的含水较高，产油量的变化不太明显。

对油田开发的计算结果表明，将注水量降低50%，可在保持采油量不变的情况下，使油井含水降低7%。即在油井含水为93%～94%时，将注水量降低50%，延长裂缝的打开时间，就可提高采收率。其增油量可对这些井连续取样测定产油量、含水和井底压力用实验确定，也可每天由井组不少于6次取单位容积液量测试确定。目前，这一实验已有计划地在各个油田实施。当然由调节注水的增油量，也与具体油田的含水有关。因此，在具体实施该方法时，应对每个油田进行单独评价。

2.2 注水方式

局部注水可导致地层水力变形。近10年来的研究表明，与完全驱油有关的地层参数，可以统一分为为两大类：储量开采速度与注入水、地层水和天然气突入油井的延续时间。理论和实验研究表明，地层的相渗透率、注水波及率和残余油饱和度，受原油和孔隙介质的物理化学性质和所能达到的压力梯度的影响。并且，由地层中驱油的程度还与所能达到的压力梯度密切相关，其原因是：地层原油的采收率受井网密度和油井的比产油量的影响。此外，进行的研究还表明，油田开发中地层压力下降带发生的地层不可逆变形，可使地层的层间和面积上的渗透率非均质性加剧。然而，将周期性地降低井间的地层压力与均衡开发晚期油层液流的强化采油工艺相结合，就可提高采收率。与地层构造有关，原油采收率的提高可超过初始表内储量的4%。目前，将该种提高采收率方法，称作“水力变形”法。研究结果表明，水力变形提高采收率方法，应首先在高含水地层的纯油带实施。就是在经济合理的有限范围内，钻补充井和侧钻井，进行地层的点状注水，改善开发晚期的油田开发，提高其原油采收率。

俄罗斯的苏尔古特石油公司根据对油田矿场资料的计算和分析，选择了费多罗夫油田的BC10层的有远景地区，实施该种提高采收率新方法。

该地区共钻了103口井，其中包括70口油井和33口注水井。目前的驱油效率为37.7%，采油区的地层压力为19.5～19.7 MPa。油井的目前平均含水已超过95%。对油井生产的分析表明，约有80%的油井在低于地层压力5 MPa的流压，沉没度为500 m的条件下生产。这就是说，由计算可知约有80%的油井可在不加深泵挂的情况下，增产50%～70%。另外，为了优化该地区的注水系统，对10个不同的开发方案进行了分析，采取了钻补充井和侧钻井，有针对性对一些区块实施点状注水。其结果，已大幅度地改善了油田的开发状况，提高了油田的采收率。

3 提高注水地层波及率的新工艺

目前石油工业的主要任务，是在油田开发晚期长期保持原油产量稳定。为此，就必须开发可提高原油采收率和减少产水量的有效的新工艺。近年来俄罗斯开发的提高采收率新工艺，主要是靠注入各种化学剂，在地层水洗带形成渗滤阻力，提高地层的注水波及率。属于这类工艺的有：采用胶囊聚合物的改进的注聚工艺，Kcahtah工艺和用瓜尔胶的植物多糖的交联聚合物工艺。

3.1 改进的注聚工艺

改进的注聚工艺的特点，是将少量的聚丙烯酰胺用硫酸铝或羟基氯化铝等生态安全交联剂混合制备和通过注水井注入地层。当聚丙烯酰胺与交联剂混合时，就会形成胶体颗粒的分散体，胶体颗粒就会运移至地层深处，堵塞高渗透和高含水小层和区域。其结果，注入水流就会转向进入早先未被注入水波及的低渗透油饱和小层和区域。该种新工艺的组分，可用不同矿化度的水配制，并可在0～900 ℃的广泛温度范围内保持稳定。它可有效地作用于高产的渗透率非均质碎屑岩地层。注入该组分的注水井的吸水能力，在井口压力下为150～1 000 m3/d。

3.2 Kcahtah工艺

在用生物技术生产的工业聚合物中，Kcahtah是最著名的，它是用生物合成方法生产的聚多糖。尽管其品种很多，但只有少数几种具有可成功用于复杂采油条件下的综合性能，采用它是用生物技术产品解决采油工艺问题的成功尝试。它的固定有序结构、分子间的相互作用和大分子量可形成高粘溶液。其重要特性是它在破坏后可完全恢复有序的三维结构，这是因为其水溶液具有抵抗机械破坏的高阻力。这就是它适用于采油工艺的一个重要因素。该种生物聚合物溶液在多价金属盐的作用下，可转化为高强度凝胶状态。在工艺的实施过程中，采用的是它的的添加稳定剂的水溶液。将其注入地层的高渗透小层后，它就可在凝胶引发剂的作用下形成交联结构。该种凝胶在高矿化度水中性质也不会改变，并且它不会被机械破坏，可在2年以上的时间内保持稳定。

3.3 交联聚合物工艺

添加醋酸铬的瓜尔胶和金属氧化物交联聚合物组分，可用于地层的液流转向。当向地层注入大剂量的交联聚合物时，它们可渗入距井底足够远的高渗透小层，并形成凝胶。这样以来，注入水就会转向渗入地层的未被注入水波及带。该工艺适用于处理渗透率非均质的碎屑岩地层。该工艺的主要优点是瓜尔胶可快速溶于任一矿化度的水中形成粘性溶液，溶液对机械破坏有高度稳定性、抗盐性和无腐蚀性。在开发该工艺的初期阶段，进行了大量的科研工作，对4种瓜尔多聚糖样品溶液的理化性质进行了全面研究。结果表明，它们对机械破坏、热氧化、pH值降解和水的矿化度等都具有高的稳定性。

4 结论与建议

在油田开发晚期，考虑日月涨潮进行油田注水调整和地层的振动处理，可在降低注水量和节约电能50%的同时，增加油井产油量和提高采收率。采用可导致地层水力变形的局部注水和提高注水地层波及率的新工艺，可进一步提高开发晚期油田的原油产量和采收率。建议国内各开发晚期油田，能通过检测确定其日月涨潮周期，考虑日月涨潮调整油田注水，同时进行地层的振动处理。采用最佳的注水量和注水方式，及提高地层的注水波及率的新工艺，以提高油田的原油产量，降低油井含水和电能消耗，提高油田开发的经济效益。

［1］王建军，李振龙，马海骄，张金芝.油田开发注水方式研究综述［J］.内蒙古石油化工，2011（21）: 25-27.

［2］张祥友. 调速型液力偶合器在某油田注水泵上的节能应用［C］. 山东石油学会石油天然气注水及水处理技术中心站油田注水及水处理技术研讨会论文集，2008.

The improvements of injection process in the late of the oilfield development

XU Pan，WANG Wei-qiang
（College of Petroleum and Natural Gas Engineering， Liaoning Shihua University， Liaoning Fushun 113001， China）

In order to avoid significant decline of oil production in the late of the oilfield development. Considering the sun and the moon high tide phenomenon and the oilfield water injection and the formation of vibration treatment were done. Water injection was lower than before and at the same time had a 50% energy savings. Finally increased oil production and enhanced oil recovery. Used localized water injection which can lead to the formation of hydraulic deformation and used new technology which can increase the rate of formation spread. Further improve the development of late oil field crude oil production and recovery.

Sun and moon high tide； Water injection； Technology； Recovery efficiency

TE 357

A

1671-0460（2015）12-2844-03

2015-06-27

许盼（1987-），女，辽宁省抚顺市人，助理经济师，硕士学位，2015年毕业于辽宁石油化工大学油气储运工程专业，研究方向：长距离管道运输。E-mail：114350201@qq.com。