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水量稳定,水质变化不大,通常无腐蚀性;
由于自然过滤,混浊度不受季节影响;
水中含氧稳定便于处理,但由于硫酸还原菌深埋地下,这种水仍可能受到它的污染。
因此,把井钻深一些,以便排除或减少这种细菌的影响。
7.地层水水源——淡水或盐水
地层水源是根据地质资料,通过钻专门的水井而找到的来自地下的水源。
找到高压、高产量的淡水层最好,盐水层也行,若找不到单一水层,多层水层也可以,但应注意,不同水层的水彼此不要产生化学反应而结垢。
盐水也有它的好处,可以防止注水所引起的粘上膨胀。
8.海水——盐水
近海和海上油田注水,一般用海水。
因它既多又方便,但因高含氧和盐,腐蚀性强。
悬浮的固体颗粒随季节变化较大,为改善这一点,通常钻一些浅井到海底,使其过滤从而减少水的机械杂质。
9.水质及水处理
10.对水质的要求
在水源确定的基础上,一般要进行水质处理。
从防止设备腐蚀及地层堵塞的角度,对水质提出基本要求。
主要是机械杂质堵塞、电化学腐蚀及生成物堵塞,细菌腐蚀及堵塞。
机械杂质的含量根据地层性质来定。
国外对低渗透的孔隙性地层,含量要求小于0.1~0.5ppm,高渗透层或裂缝性地层含量可达10ppm。
机械杂质颗粒大小,一般应小于岩石孔隙喉道的1/10。
颗粒直径大于1/3喉道直径,对地层堵塞很快,但解诸也容易,固颗粒不能进入地层深部。
国外用现场注入水通过孔径为0.45μ的滤纸测定其半衰期(注水量降至1/2时,为半衰期),以半衰期的长短来对比水质,半衰期缩短了认为水质不合格。
地面水和海水作为油田注入水时,一般都要经过除氧、杀菌处理,否则,会带来严重的后果。
如加拿大帕宾那油田由于注入水未除氧、杀菌,结果天然气中由原来基本上不含H2S升高到15pm的H2S,井下和地面设备的腐蚀都增加了。
天然气已不符合销售要求,使增加H2S的处理设备。
关于水质的标准,我国石油工业部于1979年、1983年都作出过若干规定。
多年来的实践表明,对水质的要求应根据油藏孔隙结构和渗透性分级、流体物理化学性质并结合水源的水型通过试验来确定。
可参照下列要求:
(1)悬浮物含量,一般≤5毫克/升,最好≤2毫克/升;
(2)总铁含量,不超过0.5毫克/升;
(3)含油量:
小于30毫克/升;
(4)含氧量:
小于0.05毫克/升:
(适用于总矿化度5000毫克/升以上);
小于0.5毫克/升:
(适用于总矿化度在5000毫克/升以下时);
(5)硫化物含量:
小于10毫克/升。
以上是对水质要求的主要指标。
11.常用的水处理措施
12.
沉淀
来自地面水源的水总含有一定数量的机械杂质,因此在处理上首先是沉淀。
沉淀是让水在沉淀池(罐)内有一定的停留时间,使其中所悬浮的固体颗粒借助自身的重力而沉淀下来。
沉淀池如图(3-1)所示。
通常对沉淀池、罐的要求是:
要有足够的沉降时间,以便使悬浮固体凝聚并沉淀下来。
一般在池或罐内装有迂回挡板,利于颗粒凝聚与沉淀。
为了加速水中的悬浮物和非溶性化会物的沉淀,一般在沉淀过程中加入聚凝剂。
常用的聚凝剂为硫酸铝,它和碱性盐如碳酸氢钙作用则形成絮状沉淀物,其化学反应式如下:
Al2(SO4)3+3Ca(HCO3)2→2Al(OH)3+3CaSO4+6C02
聚凝剂能聚凝很细的颗粒而逐渐变大,絮状沉淀物带着浮悬物一起下沉,使得沉降速度加快。
当水的Ph=5~8时,硫酸铝[Al2(SO4)]的聚凝效果好;
当pH=8~9时,硫酸亚铁(FeSO4,7H2O)对形成非溶性的氢氧化铁的聚凝效果好。
其他化学聚凝剂还有:
硫酸铁[Fe2(SO4)3],三氯化铁[FeCl3]和偏铝酸钠[NaAlO2]等,有时需要加碱(如石灰)来提高水的pH值,以便加速聚凝过程。
由于石灰和二氧化碳、碳酸氢钙等起化学反应生成碳酸钙[CaCO3],而碳酸钙可经过聚凝沉淀和过滤除去。
13.过滤
来自沉淀池的水往往还含有少量最细的悬浮物和细菌,为了除去这类物质必须进行过滤处理。
即使来自无需沉淀的地下水,一般也需要过滤。
过滤设备常用过滤池或过滤器,内装石英砂、大理石屑、无烟煤屑及硅藻上等。
水从上向下经砂层、砾石支撑层,然后从池底出水管流入澄清池,得以澄清。
滤池的工作强度用过滤速度来表示,所谓过滤速度就是在单位时间内,从单位面积滤池通过的水量,一般用米3/(米2·
小时)或米/小时来表示。
按滤速来分,滤池可分为慢速滤池——滤速为0.1~0.3米/小时,快速滤池速度在15米/小时。
滤池中的水面与大气接触。
利用滤池水与底部水管出口,或水管相连的清水池水位标高差,来进行过滤的
叫做重力式滤池;
滤池完全密封,水在一定压力下通过滤池叫压力滤罐。
油田常用压力式滤罐,如图(3-2)所示。
为了除去滤料层过滤的污物,要定时进行反冲洗,在反冲时滤料层要完全浮起来,而支撑介质(垫料层)则不动,一般反冲速度约在30~70米/小时范围。
还需指出,过滤池的来水悬浮物含量应小于50毫克/升,否则应先进行沉淀。
过滤后的水中杂质含量应小于2毫克/升才算合格。
地面水中多数含有藻类、粪土、铁菌或硫酸还原菌,在注水时必须将这些物质除掉以防堵塞地层和腐蚀管柱。
因此,要进行杀菌。
考虑到细菌适应性强,一种杀菌剂使用一段时间后细菌会产生抗药性,因此,一般选用两种以上杀菌剂交替使用。
常用的杀菌剂有氯或其它化合物,如次氯酸、次氯酸盐及氯酸钙,甲醛既有杀菌又有防腐作用。
氯气杀菌时,
Cl2十H2O→HC1十HOCl
↓→HCl十[O]
[O]是强氧化剂,可以杀菌。
为了使氯能有效的杀菌,氯与水接触时间应多于30分钟,氯气用量一般为1~2毫克/升。
对过滤后的水或地下水一般用0.5~1毫克/升。
除了杀菌以外,根据注水要求还可加入其它化学处理剂,为了防腐可加防腐剂,为增加洗油能力可加表面活性剂,为了除去乳化油可加破乳剂。
14.脱氧
地面水和海水由于和空气接触,总是溶有一定量的氧,有的水源水中还含有碳酸气和硫化氢气体,在一定条件下,这些气体对金属和混凝土有腐蚀性,应设法除去。
下面就脱氧问题作一简单介绍。
至于除去碳酸气和硫化氢气体在原理上和脱氧(化学法和真空法)有相似之处。
化学除氧剂有:
Na2SO3和N2H4等,最常用的是亚硫酸钠(Na2SO3),它价格低廉处理方便,反应式如下:
2Na2SO3+O2→2Na2SO4
每除去1毫克/升的氧需加入7.88毫克/升先结晶水的亚硫酸钠,投加时可适当有余量。
水温低含氧少时,上述反应漫,可加催化剂CoS04促进反应。
利用天然气对水进行逆流冲刷,来除去水中的氧,也是一项有效措施。
其原理是:
脱氧前水表面空气压力为100千帕,空气中的氧约占4/5,故氧在空气中的分压约为20千帕,当天然气逆流冲
刷时,它冲淡了空气中的氧,从而使得水表面氧的分压降低,水中的氧便从水中分离出来,被天然气带走,随后又冲淡又带走,最后把水中的氧除掉。
把1米3水中的氧气从10毫克/升降到1毫克/升,大约用0.3米3的天然气,脱绒后的天然气可以回收更新并可作为燃料。
真空脱氧,其原理是用抽空设备(蒸气喷射器)把脱氧塔抽成真空,从而把塔内水中的氧气分离出来并被抽掉,如图(3-3)所示。
通过喷嘴的高速空气在喷射器内造成低压,使塔内水中的氧分离出来被蒸气带走。
为了使水中的氧气易于脱出,塔内装有许多小瓷环。
真空脱氧的流程如图(3-4)所示。
15.曝晒
当水源含有大量的过饱和碳酸盐(如:
重碳酸钙,重碳酸镁和重碳酸亚铁等)时,因为它们的化学性质都不稳定,当注入地层后由于温度升高性可能产生碳酸盐沉淀而堵塞地层。
因此需预先进行曝晒处理,这样可以使碳酸盐沉淀下来。
16.污水处理
含油污水是油田开发过程中的“三废”之一,含有石油、脱乳剂、盐、酚等污染环境物质。
随着油田开发时间的增长,产出的污水也随之增加,为了避免环境污染和节约水源用水,需将污水重新回注到油层。
污水回注应解决下列问题:
(1)处理后的污水应达到注水水质标准;
(2)水在设备和管线中既不产生堵塞性结垢,又不产生严重腐蚀;
(3)和地层水不起化学反应生成沉淀以免堵塞地层。
污水处理流程,根据水质要求油田一般采用:
机械隔油→药剂混凝除油→过滤的流程,如图(3-5)所示。
、
平流隔油池:
设计停留时间1.5小时,由于水温较高(脱水温度一般323~343开)处理效果尚能达到要求,大部分浮油可从这里回收。
平流式混凝除油池:
加入混凝剂的污水,绎过泵打入混凝除油池,池前部是反应部分,中后部结构与隔油池相同,停留时间1~2小时,根据试验,该池出来的水含油量能降到10毫克/升左右。
压力滤罐:
能过滤污水中的机械杂质。
实践证明,石英砂滤料具有破乳作用,可除去二次除油后残存的少量乳化油。
经过过滤处理的污水能达到注水水质要求的各项指标。
除稍有石油嗅味外,用光电比色计已检查不出含油。
压力罐设计数据:
滤速7~8米/小时;
反冲洗水温333开,时间7~8分钟。
一般含油污水处理滤罐,易被重油堵塞,故在实践中采用20升/(米2·
秒)的反冲洗强度,定时冲洗。
17.注水站
注水站是将水源或处理后的水升压,满足注水井的压力要求。
注水站应设在注水井的中心地带。
注水站主要设施有:
提高水压的高压泵(多级离心泵或在塞泵),测本量的流量计和一整套从进到出的流程。
水由来水管线经过储水罐吸入高压泵中,水经过升压后到分水器,输送到各配水间再到各井。
在输出管线上装有流量计记录水量。
在泵出口和输水管线上均装有压力表,随时掌握或调节泵压及干线压力,流程示意图如图(3-6)所示。
注水井是水进入地层的最后装置,在井口有一套控制设备,它的主要作用是:
悬挂井内管柱;
密封油、套环形空间;
控制注水和洗井方式,如正注、反注、全注、正洗、反洗和进行井下作业。
注水井井口一般要承受高压,因此多采用CYb-250采油树。
17.1分层吸水能力的研究
为了满足分层采油的需要必须分层注水。
在分层注水的井内,必须研究各小层的吸水能力的大小。
18.常用指标
研究分层吸水能力,主要采用下面的几个指标:
19.注水井指示曲线
注水指示曲线是表示在稳定流动条件下,注入压力与注水量之间的关系曲线。
在分层注水情况下,小层指示曲线表示各小层注入压力(指经过水嘴后的压力)与小层注水量之间的关系,如图3-7所示。
20.吸水指数
吸水指数是表示在单位压差下的日注入量,单位为米3/(日.千帕)。
即
吸水指数的大小表示这个地层的吸水能力的好坏,吸水指数大就表示吸水能力好,反之吸水能力差。
油日正常生产时,不可能经常关井测注水井静压,所以采用测指示曲线的办法取得在不同流压下的注水量,用下式计算吸水指数:
在进行不同地层吸水能力对比分析时,需采用“比吸水指数”或称“每米吸水指数”为指标,它是地层吸水指数被地层有效厚度除所得的数值,单位为米3/(日·
千帕·
米),是表示一米厚地层在一个大气压的压差下的日注水量。
21.视吸水指数
用吸水指数进行分析时,需在对注水井进行测试取得流压资料后才能进行。
在日常分析中,为及时掌握吸水能力的变化情况,常采用视吸水指数为指标表示吸水能力。
它是井口压力除日注水量,单位为米3(日·
千帕)。
即:
在没有分层注水的情况下,若采用油管注水,则上式中的井口压力取套管压力;
若采用套管注水,则上式中的井口压力取油管压力。
在注水井进行分层注水时,用分层注水量和分层注水压力所算得的吸水指数(视吸水指数)为分层吸水指数(分层视吸水指数)。
分层吸水指数要通过分层测试来取得。
22.相对吸水量
相对吸水量是指在同一注入压力下,某小层吸水量占全井吸水量的百分数。
表示为:
相对吸水量是用来表示各小层相对吸水能力的指标。
有了各小层的相对吸水量,就可以由全井指示曲线绘制出各小层的分层指示曲线,而不必进行分层测试。
目前我国研究分层吸水能力的方法主要有两类,一类是测定注水井的吸水剖面,一类是在注水过程中直接进行分层测试。
前者是用各层的相对吸水量来表示分层吸水能力的大小,后者是用分层测试整理分层指示曲线。
并求得分层的吸水指数来表示分层吸水能力的好坏。
23.放射性同位素测吸水剖面的方法
测吸水剖面就是在一气注入压力下测定沿井筒各射开层段吸收注入量的多少(即分层的吸水量),目的是为了掌握各小层的吸水能力,以作为合理分层配注的依据。
下面介绍我国一些油田上所用的同位素悬浮液法(或称为同位素载体法)测吸水剖面的方法。
24.原理及测量过程
将吸附有放射性同位素(如锌Zn65、银Ag110等)离子的固相载体(如医用骨质活性炭,氢氧化锌或者二者的混合物)加入水中,调配成带放射性的活化悬浮液。
将悬浮液注入井内后,利用放射性仪器在井筒内沿吸水剖面测量放射性强度。
当活化悬浮液沫入井内时,与正常注水时一样,悬浮液将按井筒剖面原有各层吸水能力按比例进入各层。
由于所选择的固相载体颗粒直径稍大于地层孔隙,它就被滤积在岩层表面,而清水进入深处。
另外,固相载体又具有牢固的吸附性和能均匀悬浮,所以吸水量大的层,岩层表面滤积的固相载体就多,仪器测得的放射性强度就大,反之,则小。
由于岩层本身就具有不同的自然放射性,为了能根据注入活性悬浮液后的放射强度的变化来确定分层吸水量。
必须在注入活性悬浮液以前先测出岩层本身的自然γ(伽玛)曲线作为基线。
根据实验研究,注入活化悬浮液前后放射性强度的变化与吸水量成正比。
因此,就可以根据两条曲线的对比得到的放射性强度变化来求得各小层的吸水量。
25.分层吸水剖面的解释——确定吸水层位及相对吸水量
26.绘制迭合图
首先在透明方格纸上绘出自然伽玛曲线(基线),再将放射性同位素曲线与之迭合,使两条曲线在泥岩段与不吸水井段重迭在一起,组成放射性吸水剖面图,如图(3-8)所示,在曲线分层段时要参考自然电位曲线。
27.确定吸水层位
根据自然伽玛曲线与同位素曲线不重合部分,即曲线异常部分,可确定出吸水层位。
28.计算相对吸水量
由于对应各层的同位素曲线异常面积(即自然伽玛曲线未重合部分所包围的面积,图3-8上带阴影的面积)与各层吸水量成正比,故可用异常面积来计算分层相对吸水量:
采用同位素悬浮液法测吸水剖面时应注意以下几个问题:
(1)要选择合适的固相载体。
根据测量原理,为了保证测量质量,吸附放射性离于的固相载体必须能牢固地吸附放射性离子,在整个施工过程中不产生脱附现象;
能符合本地区地层特性,不被挤入地层,而能滤积在岩层表面,即颗粒直径应稍大于地层孔隙喉道直径;
固相颗粒均匀,具有良好的悬浮性,以保证在注入水中均匀分布;
固相载体载体放射性离子的效率要高,用量要小,使它在地层表面滤积后对地层的吸水能力影响小。
根据以上要求,国内曾使用的固相载体有医用活性炭、氢氧化锌等。
(2)由于固相载体滤积在地层表面,会引起地层吸水能力下降,吸水量大的层位影响大,故求出的相对吸水量偏低;
吸水量小的层位影响小,求得的相对吸水量偏高。
根据一些实验室研究的成果,用活性炭做为固相载体时,对Zn65的载带效率比较低,因而用量大,有堵塞影响,用氢氧化锌时,载带效率高,用量小,无堵塞影响。
但后者下沉速度较前者大。
(3)曲线对比时,应参考该井其它电测、射孔和油管记录等资料,以区别由于管外串槽、接箍污染等引起的假异常现象。
(4)放射性同位素施工时,在人身安全及施工设备上都要有专门的防护措施。
(5)由于施工后岩层的放射性强度很高,短期内不易减弱,因而不能连续多次测吸水剖面。
29.投球测试法测分层指示曲线
除偏心配水器外,我国所采用的其它分层注水管柱的分层测试均可采用投球测试方法。
测试管柱如图(3-9)所示,包括油管1、封隔器2、配水器3、球座4、底部凡尔5。
30.投球测试方法
31.测全井指示曲线
所谓全井指示曲线,就是井下各注水层段在该井下管柱条件下同时吸水时,注入压力和全井吸水量间的关系曲线。
测试时通常测四至五个点,即分别测出四至五个不同注入压
力和相应的全井注水量。
每个测点之间的压力相差(5~10)X102千帕,并选其中一个点的压力为正常注水压力。
测各压力点下的注水量必须在注水稳定之后,其稳定时间视注水层情况而定,一般为30分钟左右。
32.测分层指示曲线
测得全井资料后,开始分层测试。
其方法是先投小球入并,小球座在最下一级球座上,将最下一层(如图3-9为第Ⅲ层)封住,然后开始对第Ⅰ和Ⅱ层进行测试。
同样测出四至五个不同压力下的注入水量,每个控制点的注入压力应与全井测试时相同。
其次投入第二个球将Ⅱ层段封住,便可测得第Ⅰ层段(最上一层)的资料。
应与全井测试时相同的五个压力下取得第Ⅰ层的注入量。
如井下分为三个层段注水,投两个球分别测试四至五个点,分层测试就结束了。
如果井下分为五个层段注水,则需从下到上逐级投入由小直径到大直径的四个球,进行测试。
分层测试得到的资料经整理后,便可得出分层指示曲线。
33.资料整理
34.层段注水量计算
第Ⅰ层段注水量=投最后一个球后测得的注水量;
第Ⅱ层段注水量=(投第一个球后的注水量)一(投第二个球后的注水量);
第三层段注水量=(全井注水量)一(投第一个球后的注水量)。
投第一个球后的注水量为第Ⅰ层段和第Ⅱ层段注水量之和,投第二个投球后的注水量则为第一层段注水量。
全井注水量是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个层段同时吸水时的注水量。
35.绘制分层指示曲线
将全部测试成果整理列表(表3-1),由表中数据可绘出各分层的注入压力与注水量的关系曲线——分层指示曲线。
一般在正常注水情况下,为了检查各层段配水的准确程度,判断井下工具的工作状况,了解各层段吸水能力的相对变化情况而进行分层测试时,均采用井下原有的注水管柱进行测试。
只有在为了准确掌握分层吸水能力和调配备层水量时,才专门下入由745-5组成的测试管柱,两者的测试方法相同。
表3-1分层测试成果表
注入压力,102千帕
100
90
80
70
60
备注
层段
注入水量,米3/日
投第一个球后测得
投第二个球后测得
(Ⅰ+Ⅱ)-(Ⅰ)
全井-(Ⅰ+Ⅱ)
全井
Ⅰ+Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
741
396
124
272
345
671
351
110
241
320
602
313
96
217
289
533
83
189
261
465
232
69
163
233
36.分层指示曲线的压力校正
用上面的方法所作出的指示曲线,是井口注入压力与小层吸水量之间的关系曲线,由于注入水通过油管、水嘴和打开节流器凡尔时要产生压力损失,所以各小层的真正注入压力并不是井口注入压力。
真正对地层注水有效的(井口)压力要小于测试时得到的实测井口压力。
而在同一井口注入压力下,每个小层因安装有不同直径的水嘴或不带水嘴。
所以其实际注水压力是不同的。
不装水嘴时的实际注水压力最大,水嘴直径愈小,水通过水嘴时的压力损失愈大,则实际注入压力就愈小。
因此,按井口实测注水压力绘制的指示曲线,并不能反映地层真实的吸水规律。
为了消除井下设备产生的压力损失对地层吸水规律的影响,应该对实测井口注入压力进行校正,即减去井内设备的压力损失,用有效(井口)压力与注水量绘制能真实反映地层吸水规律的指示曲线。
有效(井口)压力可用下式计算:
式中:
——有效(井口)注水压力;
——实测井口注水压力;
——注入水通过油管时的压力损失(可由“采油工人技术手册”查得);
——注入水通过水嘴时的压力损失(可由专门的嘴损曲线上查得)
——注入水打开配水器节流凡尔时所产生的压力损失,根据配套使用的475-8封隔器的要求,Pv为500~700千帕。
计算出有效压力之后,就可以绘制出地层真实的指示曲线。
显然,用实测井口压力绘制的指示曲线不仅与地层性质有关,而且与井下设备和配水工具购尺寸有关,而且与井下设备和配水工具尺寸有关。
而真实指示曲线则与井下设备和配水工具等无关。
在进行指示曲线的压力校正时,只有井下配水工具工作正常时才能用上面所给公式计算出准确的有效注水压力,绘制准确的真实指示曲线。
如果井下配水工具工作不正常(如水嘴已被刺大,或被堵塞)时,则求得的有效注水压力不准,也就无法绘制地层真实指示曲线。
37.用106型井下流量计进行分层测试
在使用偏心配水器分层注水的注水井,分层测试是采用106型井下流量计和测试密封段(密封定位工具)相配合进行的。
其方法是将仪器下至井底打开测试密封段的定位爪,然后上提仪器自下而上地逐层进行测试。
仪器在各个层段停留时测得的流量等于包括该层段注水量在内的以下各层段注水量之和。
用仪器在每个层段处记录的流量减去其下面一个层段处所记录的流量,即为该层段本身的注水量。
38.井温法确定吸水层位
注水井中的温度分布及停注后的温度恢复,是受各种因素控制的,可以利用这些差别来分析吸水层的位置、厚度,以便在油层开采中提供地层吸水的情况。
38.1注水指示曲线的分析和应用
如前所述,按实测井口压力所绘制的指示线,不仅仅反映地层情况,而且还与井下配水工具的工作状况有关。
因此,通过对指示曲线形状的特征和曲线斜率变化的分析就可以了解油层的吸水能力及其变化,判断井下配水工具的工作状况,作为进行分层配水计算的主要依据。
39.指示曲线的几种形状:
图3—12所示为一般分层测试的可能遇到的几种指示曲线的形状。
40.直线形指示曲线
41.直线递增式
图(3-13)中第一种为直线递增式,它反映了地层吸水量与注水压力成正比。
在直线上任取两点由相应的注水压力P1、P2及注水量Q1Q2用下式可以计算出地层吸水指数:
由上式可以看出,直线斜率的倒数即为吸水指数。
用指示曲线计算吸水指数时,
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