油田開發(fā)過程中,通過專門的注入井將水注入油藏,保持或恢復油層壓力,使油藏有很強的驅(qū)動力,以提高油藏的開采速度和采收率(見
油藏工程)。
注水 20世紀20年代開始出現(xiàn)了采用人工注水開發(fā)油田的方法,多在油藏天然能量枯竭后注水,使油藏恢復壓力,提高產(chǎn)量和采收率,稱為二次采油法;把前期依靠油藏天然能量開采階段稱為一次采油。由于注水方法的推廣應用,油田注水時間提前了。蘇聯(lián)在40年代末開發(fā)烏拉爾新油區(qū)時在油田開發(fā)的初期即大規(guī)模注水,稱保持壓力注水。此法在50年代得到廣泛應用。中國于50年代在玉門老君廟油田首先采用注水方法開采,60年代初大慶油田的開發(fā)采用了早期、內(nèi)部、分層注水保持油層壓力的開采方法,取得了很好的開發(fā)效果,80年代初,中國90%以上的原油產(chǎn)自注水開發(fā)的油田。確定采用注水方法開采油田,通常要研究以下幾個問題。
開始注水的時間和保持壓力的水平 這直接影響油田建設(shè)和經(jīng)濟效益。確定油層壓力保持水平時,要充分利用天然能量,以實現(xiàn)用最簡便、最經(jīng)濟的方法開發(fā)油田。同時要使油藏保持的壓力足以滿足一定采油速率的要求,還要使油、氣、水在地下的運動狀態(tài)有利于提高采收率。一般認為,在能達到要求的采油速率時,以油層壓力降至飽和壓力附近開始注水,較為適宜。
注水方式和井網(wǎng) 依據(jù)油藏的構(gòu)造形態(tài)、面積大小、滲透率高低、油、氣、水的分布關(guān)系和所要求達到的開發(fā)指標,選定注水井的分布位置和與生產(chǎn)井的相對關(guān)系,稱注水方式,它確定了水驅(qū)油的方向和油井受效特點。注水方式有:
①對有邊水活動、面積較小的油田,油水區(qū)間的傳導性能較好時,往往沿油水邊界附近布置注水井,形成環(huán)狀注水,也叫邊外注水;
②對面積較大、儲層連片較好、滲透率較高的油田,注水井排切割油藏,形成行列注水;
③對面積較大、儲層連片情況較差、滲透率較低的油藏,生產(chǎn)井和注水井按照一定幾何圖案,互相間隔地排列,稱面積注水。另外,還有注水井分布比較靈活的點狀注水、選擇性注水等,這些方式也叫邊內(nèi)注水。其井位分布狀況見圖1。
為使油井充分受到注水效果,達到所需要的采油速率和所要求的油層壓力,還需確定井和井間的距離(井距),確定井距時,以大多數(shù)油層都能受到注水作用為原則。注水井和油井的井數(shù)比例和分布形態(tài),稱為井網(wǎng),如面積注水井網(wǎng)有五點法 (注水井與生產(chǎn)井的比例為1:1)、四點法(比例為1:2)、反九點法(比例為1:3)等,其分布形式見圖2。
通常,依據(jù)油井的產(chǎn)油能力、注水井的吸水能力和要求達到的采油速率、采收率、開采年限等,來對比、分析注水強度不同和布井方式不同的各種注水井網(wǎng)的開發(fā)效果,從中選用最佳的井網(wǎng)形式。注水井的吸水能力主要取決于油層滲透率和注水泵壓,為使油層正常吸水,注水泵壓應低于油層破裂壓力。
調(diào)整吸水剖面 注水過程中要經(jīng)常調(diào)整注水井的吸水剖面,改造吸水少的中、低滲透層,控制影響其他層吸水的特高吸水層,使更多的油層按照需要吸水,以提高注入水的體積波及系數(shù),采油井也要定期監(jiān)測產(chǎn)油剖面,了解各油層工作狀況,以便采取措施減少井筒內(nèi)的層間干擾,發(fā)揮中、低滲透率油層的作用。
提高注入水利用率 隨著對注水采油認識的加深,近年來又發(fā)展了各種提高注入水的體積波及系數(shù)的方法,并減少注入水的采出量,提高注入水的利用率。如對非均質(zhì)性嚴重或帶有裂縫性的油層,將連續(xù)注水改為周期性注水;對高含水地區(qū)改變注水井的分布,從而改變水驅(qū)油的液流方向等,已取得很好的試驗效果。
注入水的水質(zhì)和污水回注 注入油層中的水,如含有機械雜質(zhì),易使油層堵塞;含腐蝕物質(zhì),易使注水設(shè)備和注水管柱損壞,腐蝕物的堆積也易使井底油層堵塞;水中含有細菌和具有細菌生存的條件,會加劇腐蝕和結(jié)垢;這些都將妨礙注水工作的順利進行。必須依據(jù)油田的孔隙結(jié)構(gòu)、礦物成分、地下水性質(zhì)等,對注入水進行過濾、除鐵、脫氧、殺菌以及加緩蝕劑等處理。生產(chǎn)井中排出的含油污水,一般應回注油層以保護環(huán)境和節(jié)約用水。注入污水的處理原則和上述相同,但需增加脫油裝置。
注水設(shè)備和流程 注水時要求注入壓力高于油藏壓力。所用的高壓泵有兩類:①多級離心泵,排量大,但在高壓下效率稍差,通常注水壓力較平穩(wěn),維修量??;②多缸柱塞泵(三缸或五缸),排量小,但調(diào)節(jié)范圍大,整機效率高,但維修工作量較大。泵型的選擇要根據(jù)油田具體情況和技術(shù)經(jīng)濟綜合效益考慮。處理過的水經(jīng)注水泵加壓,再經(jīng)配水間分到各個注水井,注入水的流量在配水間進行計量。為防止設(shè)備和管線腐蝕,除在水中加入緩蝕劑外,還常在輸水管線中加上水泥砂漿內(nèi)襯或其他涂料的涂層,注水井中的油管也常增加涂料內(nèi)涂層。
盡管注水工作近年來有很大的發(fā)展,但因受到注入水的體積波及系數(shù)和驅(qū)油效率的限制,許多油田的注水采收率,在目前的工藝技術(shù)條件下,難以超過50%。因此,需要研究改進注水方法,并在注水后還需要采用的新的
提高石油采收率的方法。
注氣 50年代前注氣和注水一樣作為二次采油方法得到一定程度的應用。注入油藏的氣體,一般為天然氣;注空氣時因所含的氧與油氣中的氣體相混合,有引起爆炸的危險;此外,還有腐蝕等問題,因此一般不用。油藏是否注氣,決定于油藏的地質(zhì)條件和有無氣體來源。凝析油氣藏通過循環(huán)注干氣,可以提高凝析油的采收率,對有一定構(gòu)造傾角的油藏注氣,可利用油氣重力分異驅(qū)油;巨厚塊狀油藏注氣,有利于改善驅(qū)油厚度,特低滲透層注水困難,注氣有較好的驅(qū)油效果。由于氣體的驅(qū)油能力較弱,來源有困難,注氣不如注水普遍。但是近年來從研究混相氣驅(qū)出發(fā),高壓注氣技術(shù)又有某些發(fā)展;在某種情況下注水、注氣結(jié)合使用,可以改善體積波及系數(shù),已受到注意和發(fā)展。