注水工艺技术研究三.docx

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注水工艺技术研究三

注水工艺技术研究（三）

　　用指示曲线分析油层吸水能力的转变

　　正确的指示曲线能够看出油层吸水能力的大小，因此通过对比不同时刻内所测得的指示曲线，就可以够了解油层吸水能力的转变。

以下就几种典型情形进行简要分析。

（1）指示曲线右移，斜率变小

图4曲线右移

这种转变说明油层吸水能力增强,吸水指数.即在同一注入压力下,原来的注入量为q,过一段时刻后的注入量为q,q﹥q,说明在同一注入压力下注入水量增加了,即油层吸水能力变好了.

设原来的吸水指数为I则I==

后来的吸水指数为II==

因前后计算I,I时采,用同一压差,而﹥,所以I﹥I,即吸水指数变大.

原因:

（1）油井见水以后,使阻力减小,引发吸水能力增大;

（2）采取增产办法后.

（2）指示曲线左移,斜率变大

图5曲线左移

这种转变说明油层吸水能力下降,吸水指数变小。

即：

在同一压力p下，注入量由原来的q下降为q，曲线靠近纵坐标轴，曲线斜率增大了，由于曲线斜率的倒数为吸水指数，所以曲线左移说明吸水指数变小了。

原因：

（1）地层深部吸水能力变差，注入水不能向深部扩散；

（2）地层堵塞。

（3）曲线平行上移

如图6，由于曲线平行上移，斜率未变，故吸水指数未转变，但同一注入量q所需注入压力，却由p增加到p，这是因为吸水指数未变，同一注水量必需是同一注水压差，由于署入压力由p增加到p说明曲线平行上移是因油层压力增高了。

原因：

（1）注水生效（注入水使地层压力升高）；

（2）注采比偏大。

（4）曲线平行下移

如图7，曲线平行下移，油层吸水指数未变。

但同一注水量所需的注入压力却由p下降到p，说明油层压力下降了。

原因：

地层亏空（注采比偏小，注入量小于采出的油量，致使地层压力下降）。

以上四种典型的转变原因，一般为油层堵塞，油层压力转变，或进行了增产办法等引发的。

　　但必需注意：

分析油层吸水能力的转变，严格的说，必需用有效压力绘制油层真实指示曲线。

如用井话柄测的压力绘制指示曲线，必需是在同一管柱结构的情形下所测，而且只能对吸水能力的相对转变。

同一注水井在前、后不同管柱所产生的压力损失不同，因此，不能用于对比油层吸水能力的转变，只有校正为有效井口压力绘制真实指示曲线后，才能对比分析油层吸水能力的转变。

　　另外，井下工具的工作状况也影响着指示曲线的转变。

　　3实现分层注水的方式和相关计算

　　．分层注水工艺方式：

　　利用油管和套管分两层段注水

　　该工艺是将油层分为上、下两个注水层段，中间用封隔器将上、基层段的油套环行空间封死，由套管给上层段注水，从油管给基层段注水，各层段的注水量在地面控制好。

该方式管柱比较简单。

　　双管封隔器分两层段注水

　　双管封隔器分两层段注水，是下两根注水管柱，下入深的一根管柱装有封隔器，将油套环行空间封死，分为上、下两个注水层段，下入深的一根管柱注基层，下入浅的一根管柱注上层。

该工艺井口需要改变，用两个油管挂，两套采油树，别离控制两个层段的注水量。

　　上述两种工艺存在以下不足：

一是只能分两个层段注水，若是超过两个层段，则无法进行分层注水；二是注水井无法进行保护性洗井管理，这意味着井筒内的垢、铁锈、杂质等赃物无法冲洗出来，容易造成赃物堵塞油层，对于结垢严峻的，易发生井内工具及管柱被卡，造成大的事故；三是对于设有反循环洗井通道的Y341型注水封隔器如用于油套分注，当油管所注基层启动压力低于套管所注上层时，洗井阀必将打开，这必然会带来上下窜通，从而造成油套分注失败；四是因套管内壁始终处于注入水流动浸蚀状态，因此侵蚀加重、容易损坏油层套管。

基于上述多种原因，各油田目前已大体不采用上述两种方式，而主要采用单管封隔器、配水器多层段注水。

　　单管封隔器、配水器多层段注水

　　这种单管封隔器、配水器多层段注水的方式，井中只下一根管柱，利用封隔器在油套环行空间，将整个注水井段封隔成几个互不相通的层段，每一个层段都装有一个配水器。

注入水由油管入井，通过各个地层段，装好的配水器上的水嘴，控制好注水量，别离注入到各层段的地层中去。

单管封隔器、配水器多层段注水，按照配水器上水嘴的结构和装配形式，可分为固定式、活动式两类，而活动蚀又可分为空心活动式与偏心活动式。

其中，以偏心式应用最多。

　　管柱的受力分析及相关计算

　　管柱锚定前伸长及轴向载荷计算

（1）井内管柱自由状态下的变形及轴向载荷

　　管柱下入井底时，上端固定、下端处于自由状态，管柱内外压力相等，管柱受到自身重力和液柱浮力的作用，使管柱长度发生转变由虎克定律，封隔器位置处油管的伸长量l为：

（5-1）

封隔器位置处于油管的轴向载荷F及轴向应力为：

F=（5-2）

（5-3）

（2）加压锚爪锚定前引发管柱的伸长及应力

　　管柱加内压进行锚定坐封，锚爪锚定前管柱底部球阀关闭，随着管柱内压的增大，管柱在内外压差作用下产生活塞效应和横向鼓胀效应。

　　a球座活塞力引发管柱的伸长及应力

设锚按时井口压力为P，该压力作用于底部球座管柱内壁横截面上，形成的活塞力引发管柱的轴向载荷及轴向应力别离为：

（5-4）

（5-5）

封隔器位置处管柱由于活塞效应引发的伸长量为：

（5-6）

b横向效应引发注水管柱的变形注水管柱内外压力差作用引发的管柱径向应力和环向应力别离为：

（5-7）

（5-8）

由广义虎克定律取得封隔器位置处的轴向变形为

（5-9）

　　注水进程中管柱受力分析

　　管柱锚定前，作用于注水管柱内壁的活塞效应和鼓胀效应所产生的应力和变形成为锚爪以上管柱的预拉力和变形。

注水进程中，大通径注水器连通，锚定段以上管柱将会产生温差效应、横向鼓胀效应和摩阻效应。

a锚定前各效应引发注水管柱的预拉力F：

F=F+（5-10）

b.横向效应引发注水管柱的轴向载荷F及应力

井口注入压力为，注水管柱环向应力与径向应力引发管柱的轴向载荷和轴向应力，注水管柱受膨胀效应作用，内部受到轴向拉力作用。

（5-11）

　　温差效应引发注水管柱的轴向载荷及应力

　　温度转变将会造成管柱长度转变，若是管柱伸长到限制时，在管柱内会产生一个轴向载荷，封隔器坐封时坐封位置处温度为t，在注水生产时管柱温度为t。

温度转变引发管柱的轴向热载荷为：

（5-13）

轴向热应力为：

（5-14）

式中为管柱的热膨胀系数，×10m/m·℃。

　　摩阻效应引发注水管柱的轴向载荷F及应力

　　注入液体沿管壁流动，由于液体的粘滞性在管柱内的摩擦将造成液体流动阻力即摩阻效应，该效应将引发注水管柱的轴向载荷和轴向变形。

注水管柱液流单位长度的水头损失为：

（5-15）

式中v为管内液体流动速度Q为注水井日注水量，m/d；为沿程阻力系数。

按照液体流动状态进行计算，单位长度注水管柱上的摩阻力为：

（5-16）

由于注水管柱锚定后，两头可视为固定端，由材料力学知，液体流动沿注水管柱散布的摩阻力将引发上半段注水管柱纵向伸长，下半段注水管柱纵向缩短。

封隔器位置由于液体流动引发的轴向载荷F为：

（5-17）

轴向应力为：

（5-18）

式中，为封隔器位置距井口的距离。

以上从

（1）～（18）式中，——管柱总长度，；

——水力锚与封隔器直接接触深度，；

——锚定压力，；

——注水压力，；

——注水量，；

——温度转变，℃；

——油管内外直径，；

——单位长度管柱质量，；

——弹性膜量，；

——液体密度，。