注水井工况综合分析与优化措施研究

王国红+++周荣刚+++丛国荣

摘要：在目前注水井开发过程中，需要对工况进行分析以及诊断，掌握实时的注水情况。通过建立相关的系统模型，并且采用融合信息技术实现了对工况的详细分析研究；在理论研究的基础上，确定了合理的配注方法，满足了油田开发的稳产高产和稳油控水的需求。

关键词：油田开发；注水方式；水井工况；管理

目前油井的开发大多采用注水方式实施，因此是否能有效的控制油井注水状况，将对油田开发产生直接影响。 通过对注水井技术的深入研究，设计注水井实时系统模型，并对注水井的工况进行归类，分析井下未注水区域和过度注水区域的试验数据，检测出钻井工具、注水地层以及管柱的工况；建立相关的診断模型，利用模糊神经网络等信息融合技术进行诊断，优化了注水井配注方法，大大提高了注水井工况管理的可靠性。

一、注水井发展现状

在油井开发的过程中，油层所具有的能量会根据开采的时间不断增长而逐渐减少， 导致该油层的油压持续降低，而且该地层的原油就会发生脱气现象，致使原油的粘度不断增大，出油量就会明显降低，严重的时候会停产，原油停喷，地下大量的原油无法继续开采， 造成严重的经济损失。针对上述现象，为了解决开采原油后地下形成的亏空，增大原油的油压，提高原油的采收率，保证油田开发的经济效率，提出油井注水开采方法。对油井注水技术还存在着不少问题，例如成本比较高，油井的经济效率低，在注水过程中分注技术低，水的注入量难以控制，配注方法不完善等等，这将对油井的开发产生严重的不利影响。因此如何提高油井注水工况管理就显得尤为重要。在针对油井注水工况管理的研究中，首要的任务是如何保证注水质量，提高油井注水工作的可靠性和高效性，实现油井的稳定和高效开采，降低生产成本。

此前在油田开发过程中，对注水井工况的相关诊断与设计主要是依经验法来进行， 因此在实施过程中误差比较大，注水质量比较低。经过各个领域的石油专家学者及工作人员的不断研究，设计出注水井工况相关的系统模型及软件，对注水进行实时的分析控制以及软件模拟。在注水井开采过程中，对注水工况实现实时的分析诊断和优化管理，并且对于复杂的地层，注水井工况系统模型给出最优的数据参数，利用模糊神经网络等信息融合技术确定合理的配注方法。

二、注水井工况分析研究

在油井注水工作过程中，比较关键的两个参数是注水的体积量以及压力，当二者处于平衡时，上述两个参数如果改变其中一个，就破坏原始的平衡状态，此时会形成压力波，该压力波与注水设备以及地层因素有关。在地面上的注水设备，如注水泵、压力表、地面管线、流量计以及闸门等工作状态异常，都会形成压力波动，出现注水井工况异常情况。在井下的注水设备中，如果注水器的水眼被堵住或者直径变大，封隔器失去作用，过滤网被堵塞，水泥环中存在窜槽，单向阀的密封性能达不到要求，油管出现脱落现象，也会引起注水压力波动。此外，地层结构如果发生变化，如地层渗透性改变，原油油压发生变化，地层被污染等等，也会影响注水的压力波动。在油井注水过程中，工况异常的情况主要有：注入水的排量变化异常；压力表检测的压力出现异常；堵住水眼；水眼直径增大；仪表读数异常；污染注水地层；地层渗透性发生较大变化；油管发生脱落；井下封隔器无法起到封隔作用等等。对油井注水工况异常进行研究分析，建立专门的系统模型进行诊断并制定相关的解决措施。 该系统模型主要包括三个部分，即模型融合、算法融合以及决策制定系统。针对在注水时经常遇到的异常问题，将其进行系统化研究，确定注水过程中的参数因素与异常工况存在的关系，将各种信息进行融合，建立相关的模型，并对算法融合以及处理决策的制定建立理论基础。注水井工况诊断模型的建立，需要融合的信息主要包括数据参数、工况特征以及处理决策。 在模型的建立中，首次利用模糊神经网络对异常工况进行诊断及分析， 在模糊神经网络的分层上，第一层有6个神经元，与规则前件对应，称为模糊化；第二层有12个神经元，与规则中间对应，称为模糊推理；第三层有 1个神经元，与规则后件对应，称为反模糊化。在使用之前，必须对模糊神经网络进行相应训练，利用在注水过程中出现的不同的异常工况，对模糊神经网络的反应模式进行分类，在正常工况与异常工况之间形成映射关系。

对注水井工况进行分析主要包括对水井的分析，油管的力学分析以及地层状况的分析。 通过记录油管内压力与注水量，建立二者随时间的关系， 从而判断注水井是否工作正常； 根据注入水的体积量与水的压力，对井下管柱、水眼、单向阀、仪表以及封隔器的工作状况进行分析，判断设备是否正常运行，以此对注水井工况进行分析。对注水井油层管柱的分析主要是对管柱和封隔器的力学进行分析，根据已有的数据，理论计算出管柱在作业时所承受的载荷的变化规律、管柱在复杂情况下受力发生的形变大小、封隔器在解封以及坐封时发生的形变大小，对下井管柱满足注水要求提供理论支持。在研究地层对注水工况的影响时，根据试验井的数据资料，确定压力与时间的规律曲线，计算出地层的渗透率、地层具有的压力以及导压系数等数据，准确的确定地层的吸水性能，为注水的实时操作和油井的动态开发提供详细资料。

三、优化措施

1.为了使管柱设计及配注情况达到所需要求，注水井优化设计主要是根据对工况分析的结果，主要从水井设计参数、管柱以及水眼进行优化设计的。

在水井设计参数方面，测定注水量以及水的比热参数，并根据单相流原理，预测在不同阶段下温度和压力的分布状况，并在地层所具有的压力、管柱直径、井口施加压力不同的情况下，研究注入液体的提及量与压力的关系，从而确定注水的配注量以及管柱的最优直径。在管柱优化方面，主要是根据目前井中的压力、管柱直径以及受到的复杂应力，采用等应力范围和等安全系数法对管柱受力进行详细计算，确定满足强度要求的管柱组合。在水眼优化方面，主要是根据磨损曲线回归公式，计算出沿程摩阻、井下液体静压以及液体流动压力等参数，从而对水眼进行相关配置。

2. 提高注水井工况管理，还需要确定合理的配注方法。

在确定配注方法时必须遵循以下原则：地层压力的调整、含水上升速度的控制以及产液量的限制。配注方法是否合理是地层压力能否有效调整的关键；根据含水上升速度，将含水上升的速率降到最低；根据产液量的限制条件，来确定配注的注入量。确定配注方法时，必须确定该区域的注采比、井的连通关系、劈分系数以及方向比例系数等。

参考文献

[1] 陈世琳，兰为民，王辉. 注水井实时分析优化系统的研究及应用[J]. 中国石油和化工. 2011.