油田注水工学习资料.docx

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油田注水工学习资料

注水工油田注水学习手册

第一章节注水的方式与意义

1、油田注水

利用注水井把水注入油层，以补充和保持油层压力的措施称为注水。

油田投入开发后，随着开采时间的增长，油层本身能量将不断地被消耗，致使油层压力不断地下降，地下原油大量脱气，粘度增加，油井产量大大减少，甚至会停喷停产，造成地下残留大量死油采不出来。

为了弥补原油采出后所造成的地下亏空，保持或提高油层压力，实现油田高产稳产，并获得较高的采收率，必须对油田进行注水。

2、油田注水方式

注水方式即是注采系统，其指注水井在油藏所处的部位和注水井与生产井之间的排列关系，可根据油田特点选择以下注水方式：

①边缘注水，其分为缘外注水、缘上注水和边内注水三种；②切割注水；③面积注水，可分五点法注水，七点法注水，歪七点法注水，四点法注水及九点法注水

一、油田注水生产概述

（一）油田注水的意义和方式

    1.油田注水的意义

    油田投入开发后，如果没有相应的驱油能量补充，油层压力将随着开发时间，逐渐下降，引起产量下降，使油田的最终采收率下降。

通过油田注水，可以使油田能量得到补充，保持油层压力，达到油田产油稳定，提高油田最终采收率的目的。

  2.油田注水方式简介

    根据油田面积大小，油层连通情况，油层渗透性及原油粘度等情况，可选择不同的注水方式。

（1）边外注水

    在含油层外缘以外打注水井，即在含水区注水。

注水井的分布平行于含油层外缘，采油井在含油层内缘的内侧，并平行于含油内缘。

边外注水对于面积不太大、油层连通情况好、油层渗透性好、原油粘度不大的油藏比较合适。

（2）边内注水

    鉴于边外注水不适合大油田，提出边内注水方式，即在含油范围内，按一定方式布置注水井，进行油田开发。

边内注水又分以下形式：

    ①行列式内部切割注水：

即用注水井排将油藏人为地分割成若干区，每个区是一个独立的单元，在两排注水井之间布置成排的油井。

    ②环状注水或中央注水：

注水井呈环状布置在油藏的腰部，所以又称腰部注水，适用于面积不太大，油藏外围渗透性变差，不宜边外注水的油藏。

如边外渗透性好，也可以同时配合以边外注水。

    ③面积注水：

注水井和生产井按一定几何形状均匀分布方法为面积注水。

它是一种强化注水的方法。

    按注水井与生产井的井数比例和相互配布位置的不同，可构成不同的注水系统，如三点法、四点法、五点法、九点法等等，这种方法注水可使一口生产井受多口注水井的影响，采油速度比较高。

（二）注水井布井方法及井身结构

 1.注水井布井方法。

根据油田开发方式及注水方式，选择最合适的布井系统。

（1）网状布井。

网状布井分为三角形井网和正方形井网两种。

两种形式比较，在同样面积上，用同样大小的井距布井，三角形井网的井数比正方形井网多15.4％。

（2）排状或环状布井系统。

这种布井系统适合用于水压驱动方式的油藏，水、气混合驱动方式的油藏，油层倾斜角陡的重力驱动方式的油藏以及采用排状或环状注水及顶部注气的油藏。

网状和排状布井系统有时也结合起来用。

2.注水井井身结构

    注水井井身主要由导管、表层套管、技术套管、油层套管等组成。

导管用来保护井口附近的地层，一般采用螺纹管，周围用混凝土固定。

表层套管用以封隔上部不稳定的松软地层和水层。

技术套管用以封隔难以控制的复杂地层，保证钻井工作顺利进行。

油层套管的作用是保护井壁，造成油气通路，隔绝油、气、水层，下人深度视生产层层位和完井的方法来决定。

一般采用4″～6″套管。

二、注水井生产安全技术

（一）注水井投注及安全技术

 注水井从完钻到正常注水，一般要经过以下几个步骤。

    1.排液：

排液的目的是为了清除井地周围和油层内的“赃物”；在井地附近造成适当低压带，另外靠弹性驱动可采用一定的油量。

排液时应做到以下几条：

（1）排液的程度以不破坏油层结构为原则，含砂量应控制在0.2％以内。

（2）排液前，必须测井压及井温以便为试注提供依据。

    （3）油水边界外的注水井排液时，要求定时取水样和计算产水指数。

    （4）应以排净井底周围的“污物”为目的，同时，还要确定注水的排液时间。

    2.洗井：

注水并排液结束后，在试注之前，应进行洗井。

目的是为了把井底的腐蚀物、杂物等冲洗出来。

避免油层被脏物堵塞，影响试注和注水效果。

3.注水井洗井

（1）注水井洗井：

新注水井排液后，试注前要进行洗井。

注水井注一段时间，也要进行洗井，通过洗井，使水井、油层内的腐蚀物、杂质等赃物被冲洗出来，带出井外。

避免油层被赃物堵塞，影响试注和注水效果。

一般在以下几种情况下，必须洗井：

    ①排液井转入注水前（试注前）；

    ②正常注水井、停注24h以上的；

    ③注入水质不合格时；

    ④正常注水井，注入量明显下降时；

    ⑤动井下管注后。

    洗井方法一般分正循环和反循环或称正洗和反洗。

即洗井水由油管进入，从套管返出地面为正洗，反之，为反洗。

对于下封隔器的注水井只能反洗。

（2）洗井水对环境的影响：

注水井洗井用水量一般需几十立方米，洗井放出的污水，对没有洗井水回收管线的油田，通常直接排放流人大地，或放进水池里，对环境影响很大，特别是人口密集区或农田，情况更为严重。

近年来，油田洗井研究出专门用于注水井洗井处理装置，由水处理车将洗井出口的污水直接处理，循环洗井，直到出口水水质合格为止，这样避免了洗井水外排对环境的污染，并减少水资源的浪费。

  4.注水井增注

    在一个注水系统中，由于地质情况的差异，注水井洗水能力各不相同，注水压力相差较大时，一般采用提高注水泵泵压，调整注水井阀门，控制注水井的注水压力和排量。

当少数井需要高压时，在满足多数井的压力需要情况下，对高压注水井则采用单井或几口井增压方法解决，这样可提高注水系统效率，减少能耗。

    根据注水井压力和排量，选择合适的增压泵，将注水站提供的已具有相当压力的水，再次升压，保证注水井的需要。

来源：

  5.注水系统设备腐蚀和防腐来源：

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（1）注水井对设备的腐蚀：

任何金属设备都存在腐蚀问题，而在注水系统中，金属设备直接同注入的水接触，腐蚀尤为严重。

注水系统的金属设备腐蚀，主要形式为电化学腐蚀。

电化学腐蚀有可分为全面腐蚀和局部腐蚀，不论那种腐蚀，都减弱了金属的机械性能，都将给设备带来危害。

在注水系统中，水中溶解氧、二氧化碳、硫化氢、溶解盐类等含量，直接影响金属设备的腐蚀，还和水的温度和流量有关。

（2）注水系统的防腐技术：

解决注水系统腐蚀的主要技术有以下几种。

    ①设备合理选材或进行特殊处理。

例如，可以采用耐腐蚀的合金材料或非金属材料，如不锈钢，工程塑料和玻璃钢等，代替一般的碳钢。

同时，对碳钢材料采用防腐处理法，如水泥砂浆衬里，玻璃钢衬里或其他防腐涂料等方法，都可以有效的缓解水对设备的腐蚀。

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    ②改变介质状态。

可采用各种方法降低注入水中溶解气体（如H2S、CO2，O2等）的含量，改变pH值，使其更接近中性，使注水水质达到规定的标准，同时，应尽可能降低水的温度。

    ③阴极保护。

应用电化学原理，使足够量的电流通过浸于水中的金属，以阻止设备的腐蚀。

    ④投化学药剂。

即在注入水中，投加缓蚀剂，以抑制腐蚀。

第二章有关注水方面名词解释

1什么是注水井？

答：

用来向油层内注水的井叫注水井。

2什么是水源？

答：

在注水过程中，要用大量的水。

因此，常用河水、湖水、海水、地下水及含油污水作为注入水的来源，简称水源。

3什么是水的净化？

答：

将地面水或地层水在注入油层以前，必须进行处理，使其符合注入水标准，这种处理水的措施叫水的进化。

4什么是注水站？

答：

为了将水源的水或经过水质处理后的水加压外输，以满足注水的压力要求，必须有一套设备，安装这些设备的地方叫注水站。

5什么是配水间？

答：

控制和调节各注水井注水量的操作间叫配水间。

配水间分为多井配水间和单井配水间。

多井配水间可控制和调节两口井以上的注水量；单井配水间只控制和调节一口井的注水量。

6配水间的设备主要有哪些？

答：

分水器、流量计及辅助设备。

7分水器有哪几部分组成？

答：

由总闸门、汇集管、孔板法兰、上流阀门、下流阀门和泵压表组成。

8有一cyb-150型注水井口，150表示什么？

答：

表示井口的工作压力是15个兆帕。

Cyb-150井口的实验压力为工作压力的2倍即为30兆帕。

9什么是试注？

答：

新井投注或油井转注的实验与工程叫试注。

10什么是转注？

答:

注水井通过排液和洗井达到井筒清洁并水质合格时，开始转入注水叫转注。

11什么是正注？

答:

从油管往井内注水叫正注。

12什么叫反注？

答:

从套管往井内注水叫反注。

13什么叫合注？

答:

从油管和套管同时往井内注水叫合注。

14什么叫笼统注水？

答：

在注水井上不分层段，在相同的压力下的注水方式叫笼统注水。

15什么是分层注水？

答：

在注水井上对包不同性质的油层区别对待，应用封隔器、配水器为主组成的分层配水管柱，用不同压力定量注水的方式叫分层注水。

16什么是洗井？

答：

把注水井井底和井筒的腐蚀物、杂志等沉淀物冲洗出来，达到井底和井筒的清洁的一种措施叫洗井。

17什么是注水？

答：

利用注水井把水注入油层，以补充和保持油层压力措施称为注水。

18油田为什么要注水？

答：

油田投入开发后，随着开采时间的增长，就要不断地消耗油层本身能量，油层压力就会不断下降，使地下原油大量脱气，粘度增加，油井产量大大减少，甚至会听喷停产，造成地下残留大量死油采补出来。

为了弥补原油采出后所造成的地下亏空，保持或提高油层压力，实现油田高产稳产，并获得较高的采收率，必须对油田进行注水。

19什么是分层定量注水？

答:

配多层的注水井，按地质方案要求，分层注水量按配注量进行注水，叫分层定量注水。

20怎么样定量注水？

答:

要调节好注水量，达到每口注水井配置要求，根据每天的配置量算出每小时的注水量。

如果用流量计计量，要算好流量计格数。

小时注水量=日配注量／24

流量计格数=小时注水量/档板常数

例如，某日配配量数为240立方米，20小时注水180立方米，要注水20立方米，需要补上。

那么4小时需注水量应该是240-180=60立方米，在求出每小时注水量=60/40=15立方米。

这时就要认真调节，保证达到配主要求。

21什么是启动压力？

答：

注水井开始吸收水的压力叫启动压力。

22怎样测定启动压力？

答：

一般都用降压法，当用流量计测定时，测出流量计指针落零的压力，当用水表测定时，测出水表指针不走时的压力。

23什么是静水柱压力？

答：

从井口到油层中部的水柱压力叫静水柱压力

静水柱压力=油层中部深度×水的中度/100

式中除以100变成标准计量单位兆帕。

在实践中要会计算静水柱压力。

例如，某井油层中部深度为1000米，用清水压井至井口，计算静水柱压力是多少兆帕？

根据上述公式：

静水柱压力=油层中部深度×水的重度/100=1000×1/100=109（兆帕）

24什么是注水压差？

答:

注水井注水时，井底压力与地层压力的差值叫注水压差。

注水压差=井口压力+静水柱压力-地层压力。

注水井井底压力称为注水压力。

它在数值上基于注水井井口压力再加上相当于井深的水柱压力。

表达式为：

井口压力+静水柱压力=井底压力。

注水井如果采用正注，井口压力为油压，如果采用反注，井口压力为套压。

注水井流压为注水时油层中部的井底压力。

在实践中上述几个压力的关系要搞清楚。

25什么是注水强度？

答：

注水井单位有效厚度油层的日注水强度叫注水强度。

单位：

立方米/（日·米）

注水强度=日注水量/有效厚度

注水强度=

注：

注水强度的大小，直接影响油层压力和油井含水上升速度。

平时必须掌握而且会计算。

例如某井89年4月累计注水3000米3，油层有效厚度20米，计算注水强度时多少？

根据公式：

注水强度=

因为日注水量=3000÷30=100立方米

则注水强度=

=5（立方米/日·米）

26什么是吸水指数？

答：

注水井在单位注水压差下的日注水量叫吸水指数。

吸水指数=日注水量/注水井流压-注水井静压（单位：

立方米/日·兆帕）

吸水指数的大小反映油层吸水能力的强若弱，在注水井的管理中应用比较广泛，可根据吸水指数的变化，分析判断注水井的井下工作状况及油层的吸水情况。

因为正常注水时，不可能经常关井测注水井静压，可用测指示曲线的办法，求出的不同流压时的日注水量后，按下式计算出吸水指数。

吸水指数=两种工作制度下日注水量之差/两种工作制度下流压之差（立方米·兆帕）

根据上式，为了经常掌握注水井吸水能力的变化，可以通过注水井指示曲线求得。

即在全井指示曲线或分层指示曲线上任意取两点日注水量之差与相对应的注水压力之差之比，计算出吸水指数，如图5—2所示。

Ｋ吸=Q2-Q1/P2-P1

式中K吸—吸水指数

Q2、Q1—任意两点的注水量。

P2、P1-为Q2、Q1相对应的注水压力。

按上述公式，如果知道对应压力下的注水量就可以算出吸水指数。

例如，某井用降压法测得注水压力量就可以计算日注水量分别是60米3、45米3根据公式：

K吸=Q2-Q1/P2-P1=60-45/5-4=15（米3/日·兆帕）

为了及时掌握每天油层吸水能力的变化情况，可采用视吸水指数。

视吸水指数=注水井日注水量/注水井井口压力

笼流注水时，注水井的井口压力，油管注水时应取套压，套管注水时应取油压。

27什么是注水系统效率？

答:

注水系统中机、泵效率、管网效率和井筒效率的综合效率称为系统效率。

28怎样提高注水系统效率？

答:

注水系统效率是注水管理的一项重要技术经济指标。

提高注水系统效率的主要途径是机、泵选择的合理，不打回流，在满足注水量的前提下，尽可能的提高注水泵的效率，注水管网布局合理，减少截流，最大限度的降低管网丫头损失，降低嘴损和管损。

29什么是管损？

答：

注水时油管内的沿程压力损失。

管损可以通过管损曲线查出。

30什么是嘴损？

答:

注水时，通过水嘴的压力损失叫嘴损。

（P嘴损=P泵-P配-P管损）

例如，某注水井的配注压力是10兆帕，注水时的沿管径损失压力为0.2兆帕，注水泵压是12兆帕，根据公式，该井的水嘴损压是P嘴损=P泵-P配-P管损=12-10-0.2=1.8（兆帕）

31怎样计算注水系统（地面）效率？

答：

注水系统（地面）效率是指注水系统机、泵、管网的综合效率。

其公式为：

η系统=η机·η泵·η管网

式中：

η系统—注水系统（地面）效率（%）；

η—电机效率。

由电机铭牌给定，一般为92-95%；

η泵—注水泵效率（%）。

一般测定离心泵泵效率的计算公式为：

η泵=N有/N轴·100%

其中：

N轴=

·I·U·COSΦ·η机

N有=Q·H·r/102

式中：

Q—泵排量（升/秒）H—扬程（米）r—介质的重量（与压力温度有关）

I—电流（安培）U—电压（伏）

COSΦ—功率因数，视电机型号不同而不同，一般为0.685-0.90；

N有—有用功率（千瓦）；N轴—泵轴功率（千瓦）；

η管网—系统管网效率。

系统管网效率，在数值上可简单按下式计算:

η管网=P注/P泵·100%

式中；P注—注水井平均井口压力（兆帕）；

P泵—注水泵平均泵压（兆帕）。

32目前油田常用的计算注水泵效的方法是什么？

答：

常用的方法有:

温差法、流量法两种。

（1）温差法:

其计算公式（不考虑等熵温升）为；

η泵=△P/△P＋42.7△T×100%

式中：

η泵—离心泵泵效；

△P—离心泵出口与进口压力差（兆帕）；

△T—离心泵出口与进口温度差（℃）。

（2）温差法：

其计算公式（考虑等熵温升时）为；

η泵=△P/△P＋4.1868（△T-△T1）

式中:

△T1—等熵温升修正值，可查表求得。

（3）流量法：

其计算公式为：

η泵=N有效/N轴·100%

式中：

N有效—泵的有效功率（千瓦）；N轴—泵的轴功率（千瓦）。

N=

·U·I·cosΦ·η电

式中:

N—泵轴功率（千瓦）；U—电机线电压（千瓦）；I—电机线电流（安）；

cosΦ—电机功率因数，一般为0.84-0.89；η电—电机效率，一般为0.94-0.97.

N有效=Q·△P/1000

式中：

Q—泵排量（立方米/时）；△P—泵出口与进口压差（兆帕）。

33什么是磁化注水技术？

答:

利用磁化增注器，对注入水进行磁化，提高注入水对注入层的渗透能力，达到增注的目的，称为磁化注入水。

（所谓磁化增注器的材料是永久磁铁）。

34什么是分层配注？

答：

在注水井下封隔器把油层分隔开几个注水层段。

下配水器、安装不同直径的水嘴的注水工艺叫分层配注。

35注水井为什么要分层配注？

答：

为了解决层间的矛盾，把注入水合理的分配到各层段，保持地层压力。

对渗透性好，吸水能力强的层控制注水；对渗透性差，吸水能力弱的层加强注水。

使高、中、低渗透性的地层都能发挥注水的作用，实现油田长期高产稳产，提高最终的采收率。

36注水井分层配注前要做好哪些工作？

答:

做好如下六项工作：

（1）探砂面、冲砂、探人工井底。

（2）查套管内径变化。

（3）查射孔质量。

（4）查管外串槽。

（5）查油层部位。

（6）侧吸水剖面。

37注水井分层配水的原则是什么？

答:

当油层无控制注水时，分层注入量为：

注水量=地层吸水指数×注水压差

注水压差=井口压力+静水柱压力-管损-嘴损-油层启动压力。

由上式可知：

无论油层是控制注水还是不控制注水，井口压力、静水柱压力、油层启动压力都是不变的，区别在与配水压差比注水压差增加了嘴损压力，说明控制注水时，配水量是随着嘴损的变化而变化。

因此，当对某油层要控制注水量时，可选用所需直径的水嘴，在井下改变井底注水压力，实现分层配注。

38分层配水嘴选择原理是什么？

答:

利用配水嘴的节流作用，降低注水压力，从而达到控制高渗透层的目的。

因此可以利用通过配水嘴后需要降低的注水压力（即嘴损）来求得配水嘴的尺寸。

39分层配水嘴选择方法有几种？

答：

有嘴损曲线法、原理推算法，简易法三种。

下面举简易法常用调选水嘴直径的经验公式：

（1）空心配水器利用简易法计算水嘴直径的公式:

d调=d原

式中：

d调—需调换的水嘴直径；d原—原水嘴直径；Q配—配注量；Q实—实注量；

（2）偏心配水器选配水嘴直径的经验公式；

d选=d用·b

式中：

d选—需要选择的水嘴直径；d用—已用那的水嘴直径；b—层段数值常数；

加强层b=1.1,均衡层b=1.0控制层b=0.9;

40配水嘴起什么作用？

答：

配水嘴的作用是节流水压、控制水量、定量注水。

41什么是分层配水管柱?

答：

分层配水管柱是对注水井分层定量配水，以保持油田注采平衡，提高油田开发效果的井下装置，由封隔器、配水器、循环凡尔等组成。

42目前注水管柱组合有几种？

答：

注水管柱组合主要有固定式、空心式、偏心式、合注式、混合式、笼统式等六种注水管柱。

43固定式注水管柱由哪些井下工具组成？

答：

由工作筒、745-4或745-5固定式配水器、457-8封隔器、测试球座（中间球座）、底部挡球短接（循环凡尔）等，连接油管组成，如图5—3所示。

图中：

1为工作筒，2为745-4型配水器，3为457-8型封隔器，4为底部挡球短接。

44空心式柱水器由哪些井下工具组成？

答：

由空心器、457-8封隔器，底部循环凡尔等连接油管组成，如图5-4所示

图中：

1为空心配水器、2为457-8型封隔器，3为底部档球短接。

45偏心式主水管由哪些井下工具组成？

答：

由偏心配水器、457-8封隔器、撞击筒、底部挡球短接等连接油管组成，如图5-5所示图中，1为偏心配水器，2为457-8型封隔器，3为撞击筒，4为底部挡球短接。

46合注式注水管柱由哪些并下工具组成？

答：

合注式注水管柱可以分别由固定式、偏心式或空心式配水器连接油管组成，其他工具与固定式、空心式、偏心式注水管柱井下工具相同，如图5-6所示。

图中：

1为457-8型封隔器，2为偏心配水器，3为撞击筒，4为底部档球短接。

47混合式注水管柱由哪些井下工具组成？

答：

由工作筒，偏心配水器、457-8封隔器、测试定位短接、745-5配水器、撞击筒、底部挡球短接等连接油管组成，如图5-7所示。

图中：

1为工作筒，2为偏心配水器、3为457-8型封隔器，4为测试定位短接，5为745-4型配水器，6为撞击筒，7为底部档球短接。

48笼统式注水管柱由哪些井下工具组成？

答：

笼统式注水管柱又称光油管柱水管柱。

因为不分层注水，故管柱只由油管组成，最底部一根油管焊有喇叭器，如图5-8所示。

图中：

1为油管，2为喇叭口。

49注水井用的封隔器的作用是什么？

答：

水力压差式封隔器的作用是与各种配水器配套使用，用来分隔油层、实现分层配注、分层测试、分层作业和保护油层上部套管的作用。

50封隔器统一编号方法是什么？

答:

编号方法是用中文字（或拼音字母）和三个阿拉伯数字表示:

第一个中文字表示设计单位。

第一个数字表示结构形式，目前有八种形式，1表示支撑式；2表示卡瓦式；3表示皮碗计；4表示水力压差式；5表示水力密封式；6表示水力密封式；7表示水力压缩式；8表示水力机械式。

、

第二个数字表示封隔器适用的套管公称直径。

第三个数字表示封隔器的第几种形式的第几种结构。

横线后面的数字表示设计次数。

用于油井的封隔器叫油井封隔器，如庆851-3型封隔器；用水井的封隔器叫水井封隔器，如庆457-8型封隔器。

51.457-8封隔器的性能、规范、结构、原理是什么？

答：

457-8封隔器的性能是水力压差式封隔器，常与各种配水器配套使用，靠油套管间的水力压差，胀开胶皮筒，密封套环形空间，达到分隔油层的目的。

457-8封隔器的技术规范见表5-1

表5-1457－8型封隔器技术规范

型号

项目

457-8

工作压力（兆帕）

12.9

使用套管（毫米）

139～155

最大外径（毫米）

112

中心管内径（毫米）

62

总长（毫米）

935

总量（千克）

23.5

连接丝扣规范（毫米）

62平式油管套

胶筒外径（毫米）

110

胶筒扩张直径（毫米）

146～165

457-8型封隔器的结构如图5-9所示。

图中，1为上部接头，2为密封圈，3为胶皮筒座，4为胶皮筒，5为中心筒，6为下接头。

注水井正注水时，是经油管之封隔器中心管侧孔进入胶皮筒内腔，胶皮筒内压大于胶皮筒外压力0.5～0.7兆帕，胶皮筒扩张、密封油环形空间，通过配水器打开定压凡尔损失压力而产生压差。

52．755-1型可洗井封隔器的优越性是什么？

答：

755-1型封隔器的优越性事克服了水力差式封隔器由于停注（或洗井胶皮收缩）而寿命短的缺点。

755-1型封隔器是水力压缩式封隔器，无论停注或洗井胶皮筒，始终处于密封状态，不但使用寿命长，而且保证了分层注水。

53．755-1型可洗井封隔器的结构原理是什么？

答:

其结构和原理如下;

（1