秘魯油田污水回注層位優(yōu)化選擇

秘魯油田污水回注層位優(yōu)化選擇

秘魯1b.8塊是典型的自然洪水，具有很高的含水量。目前，含水量為97%，總產(chǎn)量為170萬元/天。2003年以前油田產(chǎn)出水全部排放到附近河流,隨著環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng),秘魯政府要求截止2009年底必須全部回注油田產(chǎn)出水。根據(jù)第三方咨詢公司提供的全部污水回注方案,共需要投資2.3億美元。本著節(jié)約投資的原則,開展了污水回注層位研究、回注水水質(zhì)研究、地層破裂壓力研究及污水回注動(dòng)態(tài)檢測(cè)與分析等。在此基礎(chǔ)上,制定了一套通過提高單井回注量,減少設(shè)備投資的全部污水回注方案,建立了一套經(jīng)濟(jì)有效的大排量污水回注技術(shù)。1淺層地下水保水技術(shù)2004年在Maranon盆地的淺層找到了廣泛分布的LowerCorrients砂巖水層。該層埋深僅為180～600m,水層厚度超過100m,孔隙度為27%,地層壓力僅為1.9MPa。上、下有非滲透隔層,地層水氯離子含量高于250mg/L,為非飲用水。先后對(duì)3口淺層新井開展了注水先導(dǎo)試驗(yàn),證實(shí)該地層在注水壓力為2.6MPa情況下,注水量可達(dá)4452m3/d,比吸水指數(shù)為42.3m3/(MPa·d·m),是適合大排量回注污水的好儲(chǔ)層。由于淺層注水存在污染地表水隱患,因此放棄了淺層回注污水的方案。為了滿足環(huán)保要求,先后利用3口油藏邊部停產(chǎn)井深層回注層位進(jìn)行了先導(dǎo)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明,Pozo和Vivian砂巖儲(chǔ)層在全區(qū)廣泛分布。Pozo砂層是第三系底部非產(chǎn)層砂巖,砂巖厚度約為60m,孔隙度為19%,比吸水指數(shù)為5.52m3/(MPa·d·m);Vivian砂層為上白堊系主力產(chǎn)層,儲(chǔ)層厚度為50～100m,孔隙度為21%,比吸水指數(shù)為8.97m3/(MPa·d·m)。兩套砂巖埋深超過2000m,既能滿足環(huán)保要求,又適合回注污水。2固體顆粒對(duì)回注能力的影響地層回注能力除了與回注層的砂層厚度、孔隙度及孔喉大小有關(guān)外,與回注水中的固體顆粒大小及含量以及含油量也有非常密切的關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明,在回注水中,大于地層孔喉直徑1/3的固體顆粒容易在井壁附近形成濾餅;小于地層孔喉直徑1/7的固體顆粒不會(huì)影響回注能力;為地層孔喉直徑1/7～1/3的固體顆粒容易在回注層內(nèi)部形成濾餅(圖1)。Pozo砂巖和Vivian砂巖的孔喉直徑為10～40μm,主要用鹽酸來降低回注水中的懸浮固體顆粒含量,用化學(xué)劑消除或減少水中的含油量。最終處理后的污水水質(zhì)的固體顆粒含量和含油量均小于20×10-6。增加地層回注水量的另一種有效途徑是誘發(fā)地層產(chǎn)生破裂,在改變回注層孔喉結(jié)構(gòu)的條件下增加回注量。試驗(yàn)表明,當(dāng)回注水的溫度與地層溫度差別較大時(shí),可導(dǎo)致地層破裂。從DO-08注水試驗(yàn)井在不同注入溫度下注水壓力隨注入量的變化情況(圖2)可以看出,在井口注入壓力低的情況下,低溫注水量反而高,說明低溫回注水誘發(fā)高溫地層產(chǎn)生了破裂的現(xiàn)象。從注水量與注入壓力的交匯分析圖中可以看出裂縫的存在(圖3)。3井段孔隙度ps通過增加井口注水壓力,同樣可以誘發(fā)地層產(chǎn)生破裂。筆者采用Hubbert法計(jì)算了Pozo和Vivian層砂體的破裂壓力,并確定了井口注水壓力等參數(shù)。Hubbert法地層破裂壓力Fp計(jì)算式為Fp=p+η(ps?p)+St(1)Fp=p+η(ps-p)+St(1)式中:p為目的層內(nèi)孔隙流體壓力,MPa;η為地層系數(shù),根據(jù)類比試驗(yàn)取0.76;St為巖石抗張強(qiáng)度,根據(jù)試驗(yàn)取2.85MPa;ps為上覆地層壓力,MPa,ps表示為ps={H[?ρf+(1??)ρma]g}×10?2(2)ps={Η[?ρf+(1-?)ρma]g}×10-2(2)式中:ρf為目的層流體密度,取1.0g/cm3;ρma為研究井段頂界至井口的地層密度平均值,取2.3g/cm3;根據(jù)密度測(cè)井資料確定孔隙度?;H為地層深度,m;g為重力加速度。利用式(1)和式(2)計(jì)算出Pozo砂層和Vivian砂層破裂壓力為34.5～38.6MPa,即井口注水壓力為12.4～17.2MPa。4注水泵口注水壓力本著增加單井注水量、減少注水井?dāng)?shù)以減少投資的原則,結(jié)合Pozo和Vivian地層破裂壓力的計(jì)算結(jié)果,設(shè)計(jì)單井注水量為6360m3/d,注水泵井口最高注水壓力為17.2MPa。4.1低壓大排量注射式藥孔破裂縫聯(lián)合低碳體系發(fā)展模型由于Pozo和Vivian層砂體的垂向滲透率和水平滲透率比值變化較大(0.1～0.7),為了長(zhǎng)期保持大排量注水,要求注水層位打開程度要盡量大,也就是增加射孔厚度和射孔密度。采用逐步擴(kuò)射方案,實(shí)施初期局部高密度射孔,保證注水能量聚焦誘發(fā)局部地層破裂,通過破裂縫實(shí)現(xiàn)低壓大排量注水。同時(shí),預(yù)留足夠的擴(kuò)射井段,保障長(zhǎng)期注水容納空間。4.2澆注管柱沿程壓力損失計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)的單井日注水量及最高井口注水壓力,分析了不同尺寸管柱的摩阻情況。利用PIPESIM軟件,計(jì)算了不同尺寸注水管徑的沿程壓力損失Hf與注水速率v的關(guān)系(圖4),其關(guān)系式為Hf=KLD(v22g)(3)Ηf=ΚLD(v22g)(3)式中:K為沿程阻力系數(shù),無因次;L為管柱長(zhǎng)度,取2000m;D為管柱內(nèi)徑,m;v為流速,m/s。注水管柱深度按2000m計(jì)算。由圖4可以看出,當(dāng)注水量為7155m3/d時(shí),采用外徑為140mm的注水管柱注水時(shí),沿程壓力損失為10.2MPa;采用外徑為180mm的注水管柱注水時(shí),沿程壓力損失為3.5MPa。為了盡可能減少管柱沿程摩阻,建議采用外徑為180mm的管柱。5澆注效果分析通常情況下,需要多次測(cè)量注水層位的自然伽馬、溫度、壓力以及注水流量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù),根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以得到十分直觀的吸水剖面,并判斷出不同層段的吸水量。一般吸水多的層段表現(xiàn)出溫度低、吸水量大的特點(diǎn)。受注入水水質(zhì)的影響,大量吸水段的自然伽馬值增高。井口實(shí)時(shí)計(jì)量的注水壓力以及注水量為各種分析手段提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通常可以采用兩種交匯圖分析注水效果。一種稱為Hall交匯法(圖5),在坐標(biāo)系中,累積注水壓力與累積注水量的交匯點(diǎn)形成的初期直線段(從原點(diǎn)到A點(diǎn))表示砂層均勻吸水;中期交匯點(diǎn)形成的直線段斜率減小(從A點(diǎn)到B點(diǎn)),表現(xiàn)出隨著井口注水壓力增加注水量增加更快的特點(diǎn),這時(shí)地層可能產(chǎn)生破裂;后期交匯點(diǎn)形成的直線段斜率也減小(從B點(diǎn)到C點(diǎn)),表現(xiàn)出隨著井口注水壓力的增加注水量增加更慢,這時(shí)地層可能產(chǎn)生堵塞。另一種交匯方式是分析井口注水壓力和注水量隨時(shí)間的變化(圖6)。注水量隨井口壓力增加而增加,表示砂層均勻吸水;注水量隨井口壓力減小而增加,表示砂層可能產(chǎn)生破裂;注水量隨井口壓力增加而減小,表示砂層可能產(chǎn)生堵塞。利用這些交匯分析方法,可以及時(shí)判斷井下注水效果。6破裂注水效果圖7為CO-108井實(shí)施增壓誘導(dǎo)破裂試驗(yàn)注水量及注入壓力變化。射開Vivian層下部12m,初期采用3臺(tái)泵串聯(lián)增壓增量注水。當(dāng)井口注水壓力達(dá)15.2MPa、注水量達(dá)7950m3/d時(shí),地層產(chǎn)生破裂。后期采用兩臺(tái)泵,保持井口注水壓力約為10.3MPa,注水量大于6360m3/d,說明地層在破裂狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)低壓大排量注水。相繼又對(duì)其他6口注水井進(jìn)行了兩泵串聯(lián)增壓增量注水,均取得低壓高注入量效果,從而證實(shí)該地層發(fā)生了破裂現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上,對(duì)第三方咨詢公司提供的污水回注方案進(jìn)行了全面優(yōu)化,將原方案的57口注水井減至32口,可節(jié)約投入資金4700萬美元。7采空液壓及單井回注污水井(1)Pozo和Vivian砂巖儲(chǔ)層在秘魯1AB/8區(qū)廣泛分布,兩套砂巖埋深超過2000m,既能滿足環(huán)保要求,又適合大容量回注污水。(2)采取減少回注水中固體顆粒及殘余油含量、增加注水射孔層段和射孔密度、減少注水管柱壓力損失的措施,保證了大量污水回注的可持續(xù)性。(3)采用12.4～17.2MPa的井口注水壓