《水质调控技术》PPT课件.ppt

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1、1,砾岩油藏中高含水期水质调控技术研究,2,砾岩油藏中高含水期水质调控技术研究,油田开发过程中水质调控的必要性及国内外研究现状研究内容水质主要控制指标的调控幅度确定方法的实验研究水处理经济技术分析与评价方法 各标准分级水处理经济预测方法 水质标准分级优化决策方法新疆七中东八道湾组水质调控应用实例,3,一、油田开发过程中水质调控的必要性及国内外研究现状,1.注水开发水质调控概念的提出 据统计，国外油公司平均每生产 1 桶原油至少产出 3桶水，每年的水处理费大约400亿美元。中国石油2000年统计结果显示，全年注水6.5亿吨，产液量5.65亿吨，综合含水81.9%，年注脱水耗电费43.7亿元，平均

2、3.92元/吨，即每采1吨原油需要注入6.5吨水，同时产出4.6吨水，仅注脱水电费在吨油成本中就占到42.7元。我国大部分油田进入高含水生产阶段。1995年，每生产1吨原油需要注入7吨水并生产5吨水。按全国每年生产1.5亿吨原油，则必须至少注入11亿吨水。由于水资源匮乏和环保要求，注入水一半以上为产出水，相应的水处理费用也十分昂贵。按平均水处理成本3.5元/吨计算，每年水处理费用将达到38.5亿元。,4,一、油田开发过程中水质调控的必要性及国内外研究现状,1.注水开发水质调控概念的提出 火烧山油田为裂缝性低渗透油藏。开发初期，制定了以保护基质为目标的水质标准，水质指标要求非常严，而处理设备跟不

3、上，尽管水处理成本超过4元/吨，注水水质仍然无法达标，水处理费用很高。1996年根据兼顾基质和裂缝的原则修订水质标准，适当放宽水质指标，水处理成本降到1.63元/吨，既保证了水质达标，又未发生注水井吸水能力损害问题。克拉玛依油田以前的水质指标大多套用总公司标准，长期以来绝大多数区块注水水质不达标，水处理成本一度达4.33元/吨。后来根据实际情况适当放宽部分水质指标，1998年水处理成本降低至2.8元/吨。胜利樊家油田S3中砂层组平均孔喉直径m，按1/3匹配原则和SY/T5329-94要求，回注污水中固相颗粒要小于1.1m，工艺处理很难实现。根据实验结果，悬浮颗粒直径放大到3.0m 时可将储层伤

4、害率控制在25%以内。实施后既满足了设备处理能力，又有效地控制了储层伤害和注水成本。不但工艺条件可行，而且得到了较好的注水开发效果。,5,一、油田开发过程中水质调控的必要性及国内外研究现状,1.注水开发水质调控概念的提出 大量油田开发实践表明，注入水水质是影响注水工艺和效果的主要因素之一，尤其对中低渗透油藏更是如此。一方面水质控制指标必须与具体的储层特征及开发要求相适应，另一方面必须控制注水费用以保证油田开发经济效益。由此引出一个话题，在我国大部分油田已进入高含水期、开发效益急剧下滑的情况下以及对于经济效益相对不佳的低渗透和特低渗透油藏，是否还要以追求最大程度地保护油层为制定水质指标的唯一依据

5、？对于一个具体油田的具体开发阶段究竟什么样的水质指标才是最合适的？,6,一、油田开发过程中水质调控的必要性及国内外研究现状,1.注水开发水质调控概念的提出 对国内大多油田来说，注水水质标准一直困扰着油田注水和油田的经济效益。能否通过水质调控，在水质处理方案和增注措施方案之间寻求一个以技术经济评价为目标的平衡点，在基本满足注水的前提下控制注水成本成了油田十分关注的问题之一。我们的观点是，水质指标应当随不同油藏的不同开发阶段而动态地调整，水质控制是否合理应当以经济杠杆来衡量。所谓水质调控，就是在基本满足正常注水和储层保护要求的前提下，通过调整水质控制指标，在水质处理方案和增注措施方案之间寻求一个以

6、技术经济评价为目标的平衡点，从而控制注水成本，提高注水开发效益。,7,一、油田开发过程中水质调控的必要性及国内外研究现状,2.水质调控的基本出发点（1）满足配伍性注水的基本要求。水质对注水开发的直接影响表现在两个方面：一是注水引起油层伤害，例如克拉玛依油田八区克下、百21井区等层块井下普遍结垢，导至注入压力、启动压力升高，吸水指数下降，达不到配注要求；二是造成注水设备、注水管网系统和注水管柱腐蚀及结垢堵塞，注水系统效率降低，运行成本升高，如克拉玛依油田采油二厂每年因腐蚀而更换管线45km左右，投入资金1000多万元。因此，油田注水开发的工艺基础是制定适宜的水质指标和水处理技术方案，控制注水水质

7、，保障正常注水，避免和防止注水对油层的损害。,8,一、油田开发过程中水质调控的必要性及国内外研究现状,2.水质调控的基本出发点（2）考虑不同开发时期储渗空间变化，动态调整配伍性水质指标。油田注水开发以后，油藏中的油气水分布、岩石储渗空间、油层中水动力学场以及储层和流体的物理和化学性质将随注水开发过程发生改变。因此，认识和评价油田注水开发过程中潜在损害因素、制定储层保护措施时应以储渗空间随不同开发阶段的变化规律为依据，“动态”地对油层进行再认识，相应的配伍性水质指标也应该动态适应。,9,一、油田开发过程中水质调控的必要性及国内外研究现状,2.水质调控的基本出发点（3）配伍性水质指标应与技术经济效

8、益相联系。水质标准宽，相应的水处理费用低，但对油层的伤害程度高，对注水开发效果有较大影响；水质标准严则水处理费用高，可能降低经济效益。低渗透油藏水质指标严而产量低，过多的水处理费会使本来就高的操作成本更高。中高含水期需要提高排液量和注采比，注水量增加，注水费用大幅度攀升，而产出水回注的水处理成本更高。高含水期不断上升的注水量和水处理费使注水成本在操作成本中所占比例越来越大，成本与效益的矛盾日益突出。如何针对具体油藏、具体水质处理技术，确定实时(不同开发阶段)的水质标准，对减少无效水处理费、提高注水开发油田的经济效益十分重要。因此水质调控必须与经济效益相联系。,.,10,一、油田开发过程中水质调

9、控的必要性及国内外研究现状,3.水质调控的内容 注入水水质调控技术是一种崭新的概念。它综合考虑了油田注水水质的配伍性、水质处理工艺、注水井吸水能力、注入水增注措施、油田配注要求以及注入水综合成本等各方面的要求，以经济评价为手段，寻求达到降低注水成本提高注水开发效益的局部最优区间。从水质调控的实质内容来讲，首先是根据油层特征的研究和不同的含水率阶段确定水质主要控制指标的分级方法。在水质主要控制指标的分级研究的基础上，分析由水质控制指标的变化可能带来的水质处理工艺措施的变化和流程的变化，评价水质处理费用的变化。然后分析水质控制指标的变化带来的注水井吸水能力的变化，预测注水井的伤害半径以及吸水能力变

10、化的半衰期。根据水质控制指标的变化引起的注水井的伤害指标确定注水井洗井或增注措施的频度，确定增注措施的规模并预测增注措施的效果和有效期，评价由此带来的增注费用的变化。最后利用技术经济评价方法，决策最优方案。,.,11,一、油田开发过程中水质调控的必要性及国内外研究现状,4.国内外研究现状 我国50年代借用前苏联水质标准，当时在玉门注水中规定了含铁小于0.5ppm、含机械杂质小于2ppm两项指标。60年代大庆油田投入开发后又增加了含油量小于30ppm的第三项指标。“老三标”在我国油田注水上一直沿用了30多年。1979年原石油工业部颁发了“油田开发条例”，对注入水水质要求增加了以下参考指标：含氧量

11、 1 mg/l PH值 6.58.5 H2S含量 0.10.2mg/l CO2含量 0.5 mg/l 腐生菌含量 200 个/l SRB含量 5 个/l 铁细菌含量 100 个/l 1983年原石油部颁发的“油田注水设计规范”和“油田注水系统改造的若干技术规定”中对注入水水质又附加了如下规定：悬浮物含量 5 mg/l 总铁含量 0.5 mg/l 污水含油量 5 mg/l 腐蚀率(30天挂片)：0.070.125mm/a 结垢率 0.5mm/a,12,一、油田开发过程中水质调控的必要性及国内外研究现状,4.国内外研究现状 1988年中国石油天然气总公司颁布了SY5329-88“碎屑岩油藏注水水质

12、推荐指标”。新标准推荐的水质指标是在研究国内具有代表性砂岩油藏和参照国外水质标准的基础上综合制定的，控制指标由最初的3项增加到9项，在一定程度上体现了技术的完整性和先进性。综合考虑注水系统防腐（控制溶解氧、CO2、硫化物、细菌、腐蚀率）、防垢防膨（控制流体配伍性）和地层防堵塞（控制悬浮物、含油、含铁和膜滤系数）的要求。标准中对引起地层堵塞的主要控制指标如悬浮物、含油量、细菌等根据油藏的渗透性能的进行简单分类。标准推荐的水质指标成为了各油田水质控制的主要依据。但是，该项标准的最大缺陷是没有考虑不同油藏孔喉尺寸和渗透性对水质的适应性。,13,一、油田开发过程中水质调控的必要性及国内外研究现状,4.

13、国内外研究现状 1994年中国石油天然气总公司在大量调研和广泛征求意见的基础上，对部颁5329-88标准进行了修改，推出SY/T5329-94。新标准对水质控制指标（如悬浮固体含量粒径以及含油量）分级更加细化，指标取值主要是借鉴了国内和国外研究成果。该标准的一大特点是将水质指标分为主要控制指标和辅助性指标，同时按三个储层渗透率等级把8项主要控制指标进一步分成三类九级（A1 A3，B1B3，C1C3）。该标准从1994年沿用至今，对于提高油田注入水水质控制水平发挥了重要作用。水质指标体系构成的逐步完善，也为注水水质调控奠定了控制指标的分级基础。但指标的取值大小仍值得商榷，因为合理的取值必须针对具

14、体油藏通过系统的研究后才能确定。,14,一、油田开发过程中水质调控的必要性及国内外研究现状,4.国内外研究现状 SY/T5329-94将注水水质划分为下述控制指标和溶解氧、硫化氢、侵蚀性二氧化碳、铁、PH值等辅助性指标，当主要控制指标已达到注水要求，注水又较顺利时，可以不考虑辅助性指标；如果达不到要求，为查其原因可进一步检测辅助性指标。,15,16,一、油田开发过程中水质调控的必要性及国内外研究现状,4.国内外研究现状 与国内不同的是，国外没有颁布类似的行业标准，只是各油公司内部根据油藏和水源特征都制定了各自的注入水水质操作规范，这是非常合理的。等在详细研究水质问题及其对吸水能力影响的基础上,

15、提出了一套严格评价特定水源的筛选标准.,17,一、油田开发过程中水质调控的必要性及国内外研究现状,4.国内外研究现状 关于注入水结垢机理、悬浮颗粒堵塞机理、乳化油珠堵塞机理国内外已进行过大量的实验和理论研究，并建立了多种预测模型。最近，有的研究者运用神经网络和模糊数学法研究固相颗粒侵入关系，但悬浮颗粒直径D和孔喉直径d的匹配关系通常用架桥法则，即0.3 d D 0.15 d。目前国内多数油田制定水质指标时大多参考这一方法，或不离其左右。关于悬浮颗粒浓度和悬浮颗粒大小对注水井吸水能力的影响，国内外学者已建立了一些理论模型，或者根据流动实验结果回归出经验模型，其中比较常用的有Barkman&Dav

16、dson的井眼变窄、井底填高、孔眼堵塞和内滤饼模型，Van Velzel&Leerlooijer的考虑注水井深部滤饼形成时注水井吸水能力下降的预测模型，Stokesian动力学模型 等。,18,一、油田开发过程中水质调控的必要性及国内外研究现状,4.国内外研究现状国内外有关提高注水系统综合运行效率的文章不多。1994年Nevans针对美国西德克萨市Permian盆地NRU油田注水项目进行油藏和地质综合研究，提出了有效的系统管理、水质监测、水质指标及处理的合理方案，为油藏的高效开采起到了积极的作用，但它并没有提出水质调控的概念，只是围绕提高注水井吸水能力、减少油层伤害进行大量细致的工作。1996

17、年，国内以辽河荣兴屯油田为例进行配伍性注水水质综合研究，取得了良好的运行效果，但也没有以经济指标做为系统运行效益的评价标准。真正说得上有“水质调控”含义的文章是1992年Bansa等人发表的注水水质新研究的一文，作者强调了注水水质对搞好油田注水开发的重要性，明确指出需要多学科的研究以制定合理的水质标准，提出了注水系统水质标准制定的决策树方法，但没有提出水质指标分级的概念。,19,二、研究内容,主要研究内容(1)水质主要指标调控幅度确定方法的实验研究,包括机杂堵塞实验分析及预测方法、含油伤害实验分析及预测方法、相关指标分析（细菌、腐蚀性气体等）、水质主要控制指标调控幅度确定方法；（2）水处理经济

18、技术分析与评价方法，包括注水系统工程与水处理系统分析与评价、水处理工艺成本构成分析与数学建模求解、水处理经济评价方法；（3）各标准分级水处理经济预测方法，包括A1、A2、A3、B2四级标准与机杂含量、机杂粒径、含油量三指标的正规组合、八项控制指标单因素分级递增和单级处理的成本构成、各主要控制指标体系标准分级的成本预测方法；（4）常规增注作业经济技术分析与评价，包括不同标准分级吸水能力变化的现场实验与统计分析、不同标准分级年增注措施统计分析与预测、常规增注措施及各类措施一次作业成本构成分析；（5）水质标准分级经济优化决策方法。,20,三、水质主要控制指标调控幅度确定方法的实验研究,水质调控指标包

19、括两类：堵塞类和系统腐蚀类（这里假定注入水与储层和流体具有相容性）。地层堵塞类指标包括机杂含量和粒径以及注入水中的含油量，系统腐蚀类指标包括腐蚀性溶解气含量（H2S、O2和CO2）和细菌含量（SRB和TGB）。一般来讲，腐蚀类指标要求严格控制，调控余地小，因此本文将堵塞类指标作为水质调控的重点研究对象。确定调控幅度的依据之一是地层伤害程度与主要水质指标的定量关系。虽然许多研究人员已通过实验和理论研究建立了一系列的关系式，但对具体的油藏而言，仍需通过相应的实验来获得这种相关关系。本文通过室内岩心流动实验建立起机杂含量、机杂粒径、水中含油量与储层伤害程度的相关关系和定量描述，从而为确定水质指标调控

20、幅度提供依据。,21,三、水质主要控制指标调控幅度确定方法的实验研究,1.实验方法的建立 实验岩心采用人造模拟岩心，岩心基质渗透率与七中东八道湾组储层岩心相似（气测渗透率在3519010-3m2范围内）。根据实验要求准备准备好不同渗透率的岩样后，将其放入电热恒温干燥器内烘干24小时后抽空，用蒸馏水饱和置于密闭器内浸泡待用。实验前先反复在不同围压下做流动实验，以消除岩心应力敏感滞后效应对实验结果带来的影响。实验流体采用蒸馏水。固相颗粒采用超细碳酸钙。在专用机上打磨后通过颗粒过滤器和控制加入量，可配制成不同浓度、不同粒径的悬浮液。配制乳化液时需要考虑：（1）如何能使油滴分散于蒸馏水中形成稳定油珠分

21、散乳液体系，避免油珠上浮现象发生？（2）如何控制乳化油珠分散液体系中油珠的大小？以及如何测量油珠的尺寸大小？,22,三、水质主要控制指标调控幅度确定方法的实验研究,1.实验方法的建立 用柴油代替原油作为溶质基液，以适量蒸馏水作为溶剂，在基液中加入Sw-15和油酸钠作为乳化剂。在柴油基液中加入适量Sw-15后，然后轻轻摇匀，再加入适量蒸馏水，可以配制成分散均匀的水包油型乳状液。通过实验发现，乳化剂、油和蒸馏水加入的顺序不同其乳化效果不同，搅拌器的转速不同油滴直径不同，油酸钠乳化剂在不加入助剂的情况下油珠直径较大。适当控制这些参数可以配制成不同浓度和粒径乳化油珠分散液体系。油珠测定采用高倍光学显微

22、镜进行统计分析。由于在搅拌的过程中油珠会畸变，大油珠可以分裂成小油珠，小油珠又可以合并成大油珠，不可能使油珠尺寸非常均匀。在测量时当某一粒径的油珠含量达到90%以上时，就认为油珠粒径达到了要求。,23,三、水质主要控制指标调控幅度确定方法的实验研究,2.实验方案拟定 为了获取岩石渗透率伤害程度与颗粒粒径、浓度及岩石渗透率的相互关系，设计了系列室内实验。流动评价实验方案的拟定利用了正交组合设计实验原理参数水平设计参考了七中东八道湾储层参数变化。,24,三、水质主要控制指标调控幅度确定方法的实验研究,2.实验方案拟定 同样利用正交组合设计了系列室内实验，以考察不同油珠粒径、浓度对具有孔隙性、不同渗

23、透率性能的岩心的伤害程度.,25,三、水质主要控制指标调控幅度确定方法的实验研究,3.机杂堵塞实验分析及预测方法,右图是不同浓度和粒径对岩心伤害评价的部分实验结果曲线。从图中可以看出，岩心渗透率的降低是微粒浓度和粒径共同作用的结果。对不同渗透率岩心其伤害程度是不同的，这与岩样的喉道、微粒粒径和浓度的相互作用有关。,26,三、水质主要控制指标调控幅度确定方法的实验研究,3.机杂堵塞实验分析及预测方法,右图是在颗粒粒径和浓度一定的情况下，随着累积注入孔隙体积倍数的增加，岩心的损害程度增加，但损害程度增加的速度减缓；同时也表明，岩心渗透率越大，伤害程度减弱，也就是说，低渗透岩心更容易伤害。,27,三

24、、水质主要控制指标调控幅度确定方法的实验研究,3.机杂堵塞实验分析及预测方法,图4.4是在岩心渗透率和颗粒浓度一定的情况下，颗粒粒径对伤害程度的影响。可以看出颗粒粒径越大伤害程度越低，而粒径越小伤害越大。原因可能是小颗粒能进入岩心孔喉引起堵塞，而大颗粒不能进入岩样，只在端面形成外部滤饼，因而伤害程度相对要小。,28,三、水质主要控制指标调控幅度确定方法的实验研究,3.机杂堵塞实验分析及预测方法,图4.5是颗粒粒径和岩心渗透率一定的情况下，损害程度在不同颗粒浓度时随累积注入孔隙体积的变化情况。其结果表明不论微粒浓度多大，损害程（m）度随累积注入孔隙体积倍数增加而增加，但变化幅度减小；同时发现，颗

25、粒浓度越大岩心损害程度越大。固相颗粒浓度也是造成储集层伤害的原因之一。正交实验结果表明，在孔隙喉道相同时，岩心堵塞程度与浓度基本成正比关系。在颗粒粒径一定的条件下，颗粒浓度与伤害程度近视呈直线关系,29,三、水质主要控制指标调控幅度确定方法的实验研究,3.机杂堵塞实验分析及预测方法 通过数据处理可以获得不同固相微粒粒径、微粒浓度、储层孔隙喉道、累积注入孔隙体积倍数与储层伤害程度的定量关系：式中，kd表示地层伤害程度；d表示无因次微粒粒径；c表示无因次微粒浓度；表示地层累积注入孔隙体积倍数(无因次)；rc表示无因次储层孔隙喉道半径；xi表示回归系数：x0=const；x1=-2.106293E-

26、02；x2=-1.956237E-02；x3=-9.949659E-02；x4=-4.608783E-02；x5=-5.686751E-02；x6=0；x7=-2.21663E-03；x8=-6.825954E-03；x9=-3.864884E-02；x10=-3.542465E-02；x11=4.886592E-03；x12=1.822322E-02；x13=2.628433E-02；x14=-4.335255E-02 该回归方程考虑了各因素间的交互作用影响，较真实的反应了地层伤害与地层喉道、微粒粒径和浓度以及累积注入孔隙体积倍数的关系，可以预测不同微粒粒径和浓度下储层的损害规律。,30,三

27、、水质主要控制指标调控幅度确定方法的实验研究,4.含油伤害实验分析及预测方法,图4.6是油珠浓度和粒径一定时，不同渗透率情况下损害程度与累积注入孔隙体积倍数的关系曲线，不难看出渗透率越小油珠伤害越严重，但随渗透率的增加伤害程度减弱。这就是说低渗透岩心更容易受到油珠的伤害。,31,三、水质主要控制指标调控幅度确定方法的实验研究,4.含油伤害实验分析及预测方法,图4.7是油珠浓度和渗透率一定时，不同油珠尺寸情况下损害程度与累积注入孔隙体积倍数的关系曲线，不难看出油珠粒径越小伤害越严重，但随油珠尺寸的增加伤害程度减弱，这种减弱的程度随粒径的增大而下降，也就是说油珠尺寸较小时其尺寸的影响较大，当油珠较

28、大时对伤害程度的影响力减弱。,32,三、水质主要控制指标调控幅度确定方法的实验研究,4.含油伤害实验分析及预测方法,图4.8是油珠尺寸和渗透率一定时，不同油珠浓度情况下损害程度与累积注入孔隙体积倍数的关系曲线，结果表明浓度对损害程度的增加具有明显的贡献作用，浓度越大伤害越严重。,33,三、水质主要控制指标调控幅度确定方法的实验研究,4.含油伤害实验分析及预测方法 通过正交回归分析得出结论：（1）浓度和粒径一定时，渗透率越小油珠伤害越严重；（2）油珠浓度和渗透率一定时，油珠粒径越小伤害越严重；（3）油珠浓度对损害程度的增加具有明显的贡献作用，浓度越大伤害越严重轻；（4）不论渗透率多大，随油珠尺寸

29、的增加伤害程度降低（但幅度不大），当油滴粒径很大时，不论是高渗透率还是低渗透率，其伤害程度基本相同。通过数据处理，可以获得不同油注珠粒径、浓度、储层孔隙喉道、累积注入孔隙体积倍数与储层伤害程度的定量关系：l,34,三、水质主要控制指标调控幅度确定方法的实验研究,5.悬浮颗粒和油珠共存时的伤害分析与预测方法 为获得注入水固相颗粒、油珠与孔隙喉道的配伍关系，利用正交组合设计了系列实验以考察不同颗粒和油珠粒径及浓度对不同渗透率岩心的伤害程度，图4.9至图4.12是获得结果分析曲线。,35,三、水质主要控制指标调控幅度确定方法的实验研究,5.悬浮颗粒和油珠共存时的伤害分析与预测方法 固相颗粒和乳化油共

30、存时岩心的伤害比单一固相颗粒或油污在相同累计注入孔隙体积倍数下伤害程度要严重。其结果与颗粒和油污单独存在时比较敏感性稍有不同。,36,三、水质主要控制指标调控幅度确定方法的实验研究,5.悬浮颗粒和油珠共存时的伤害分析与预测方法 通过数据处理获得了不同悬浮颗粒和油珠的粒径、浓度、储层孔隙喉道、累积注入孔隙体积倍数与储层伤害程度的定量关系：kd=a0+a1x1+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5+a6x6+a7x1x2+a8x1x3+a9x1x4+a10 x1x5+x11x2x3+a12x2x6+a13x4x5+a14x4x6+a15x12+a16x22+a17x32+a18x42+a19x5

31、2+a20 x62 式中，kd表示地层伤害程度；x1表示无因次地层渗透率；x2表示无因次含油量；x3表示无因次油珠粒径；x4表示无因次微粒浓度；x5表示无因次微粒粒径；x6表示地层累积注入孔隙体积倍数(无因次)；ai表示回归系数。该回归方程考虑了各因素间的交互作用影响，较真实地反应了地层伤害与地层渗透率、悬浮颗粒和油珠的粒径和浓度以及累积注入孔隙体积倍数的关系，可以预测不同悬浮颗粒和油珠在不同粒径和浓度下储层的损害规律。,37,三、水质主要控制指标调控幅度确定方法的实验研究,6.相关指标分析（细菌、腐蚀性气体等）影响注水腐蚀的因素很多，首先是各种溶解气体如O2、H2S、CO2，另外还有温度、P

32、H、Cl-和矿化度等。在油田的注入水中，可能存在的腐蚀包括H2S、溶解二氧化碳、Cl-，这些腐蚀性介质的同时存在将带来严重的系统腐蚀和地层堵塞问题，对可能给系统带来腐蚀的因素进行评价对于制定合理水质指标、完善系统的防腐措施十分重要。就油田注水系统细菌而言，首要的问题是其引起的系统腐蚀和其带来的注水井、管线和设备（如过滤器）的堵塞问题。细菌的控制应使细菌杀灭或不致繁殖为最终目标。实际上，任何水系统（不论淡水或盐水）都含有细菌，存在细菌的数量、种类、活性决定了他们的危害程度，也决定了有效控制这些细菌的方法。腐蚀性溶解气和细菌对系统腐蚀的影响及其评价都有较成熟的标准做法，调控幅度可参考部颁标准。,3

33、8,三、水质主要控制指标调控幅度确定方法的实验研究,7.水质主要控制指标调控幅度确定方法 最好的调控幅度应使得经济评价指标在各级不同的调控幅度下有较为明显的差异，有利于提高技术方案的可操作性。因此，调控幅度的确定应满足以下几个原则。（1）水质控制指标的调控应以指标与储层损害的定量关系为基础；（2）指标调控幅度应以该指标对储层损害程度的单因素敏感度来确定，敏感性强的指标幅度可小些，敏感性弱的指标幅度可大一些；（3）不同水质控制指标的交叉组合方案对油层损害程度可以用注水井吸水能力的半衰期来综合评价；（4）调控幅度必须与水处理设备处理能力相配，以有利于提高经济评价指标对调控幅度的敏感度。,39,三、

34、水质主要控制指标调控幅度确定方法的实验研究,7.水质主要控制指标调控幅度确定方法 一旦调控幅度初步确定，即可通过技术经济评价方法和现场的实际应用来验证调控幅度的合理性和可操作性。以xi表示各水质控制指标，则与水质控制指标相关评价指标可粗略表示为以下方程组的形式：,40,三、水质主要控制指标调控幅度确定方法的实验研究,41,四、水处理经济技术分析与评价方法,1.注水系统工程与水处理系统分析与评价 注水是一项系统工程，涉及注水水质、供水系统与水质处理、注水地面工程建设、注水生产技术管理及注水工艺等多方面的内容。确保注水水质合格，减少注水过程中的油层损害，如何减少注水系统的腐蚀及如何降低注水能耗，提

35、高系统效率，都是必需考虑的问题。注水水质基本要求：（1）严格控制固相物质的浓度和粒径；（2）严格控制溶解氧含量；（3）严格控制其它腐蚀性介质；（4）严格控制含油量；（5）严格控制细菌含量；（6）严格控制水垢形成；（7）严格控制总的腐蚀速度。供水与水质处理系统:包括水源、水质处理厂(站)、供水管网和中间转水站。,42,四、水处理经济技术分析与评价方法,1.注水系统工程与水处理系统分析与评价 供水与水质处理系统:供水水源类型:(1)地下水。浅层地下水水质较好但常含氧，深层地下水中矿化度较高，含有铁、锰，可能有硫酸盐还原菌。(2)地面水。有江河水、湖泊水、水库水等，矿化度低，泥砂含量大，浅水湖泊或水

36、库水溶解氧充足，通常遇到的是好氧细菌。(3)含油污水，指油层采出水，一般偏碱性，硬度较低，矿化度高，通常含有溶解的H2S或CO2，固体悬浮物和乳化油含量高，可能有硫酸盐还原菌。（4）其它，包括海水、工业废水和生活污水。选择油田注水供水水源的原则：（1）有充足的水量；（2）有良好的水质，水处理工艺简单；（3）含油污水优先，以减少环境污染；（4）考虑水的二次利用。,43,四、水处理经济技术分析与评价方法,1.注水系统工程与水处理系统分析与评价 供水水源总供水量的确定：Q=Q1+Q2+Q3+Q4 Q=水源总供水量；Q1=油田注水量；Q2=油田辅助生产用水量；Q3=油田生活用水量；Q4=其他用水量。2

37、.水处理工艺成本构成分析与数学建模 油田污水的水处理流程：来水加混凝剂（破乳剂）除油罐除油过滤罐缓冲水罐杀菌输水泵注水罐高压注水泵。油田污水处理成本构成主要包括除油、过滤、杀菌等三部分。水处理工艺成本构成：水处理操作费、设备折旧费、设备维护费、药剂费和其它辅助费用。在水处理工艺中，使用的设备主要有沉降罐（除油罐）、过滤罐、缓冲水罐、溶药池、加药泵等，药剂主要是破乳剂、混凝剂和杀菌剂。,44,四、水处理经济技术分析与评价方法,2.水处理工艺成本构成分析与数学建模 水处理工艺成本构成数学模型 以处理一吨水的单价来计算：Y=C/P C=C1+C2+C3+C4+C5+C6+C7+C8 式中：Y=水处理

38、成本，元/m3；P=全年总处理水量，m3；C=全年水处理所需总费用，元；C1=全年总运行费，元；C2=全年职工工资，元 C3=全年职工辅助工资，元；C4=全年基建折旧费，元；C5=全年大修理费，元；C6=全年经常维护费，元；C7=水处理药剂费，元/m3；C8=全年其他费用，元。C7=m1+m2+m3 m1=混凝剂（破乳剂）费用，元/m3；m2=杀菌剂费用，元/m3；m3=其它药剂费用，元/m3。,45,五、各标准分级水处理经济预测方法,1.A1、A2、A3、B2四级和机杂含量及粒径、含油量指标正规和交叉组合 砾岩油藏的空气渗透率范围处在标准分级的B2范围以内。因此，选定A1、A2、A3、B2四

39、级标准控制指标为研究对象，讨论它们和机杂含量、机杂粒径、含油量三指标的正规组合和交叉组合情况。,46,五、各标准分级水处理经济预测方法,1.A1、A2、A3、B2四级和机杂含量及粒径、含油量指标正规和交叉组合,A1、A2、A3、B2四级标准与机杂含量、机杂粒径、含油量三指标的正规组合共有12种。当提高（或降低）一级标准时，水处理流程（设备）、处理费用可能会发生相应的变化，处理费用的变化可根据处理工艺的变化计算出来。,47,五、各标准分级水处理经济预测方法,A1、A2、A3、B2四级标准与机杂含量、机杂粒径、含油量三指标的交叉组合共有64种。以X、Y、Z分别表示机杂含量、机杂粒径、含油量三指标，

40、1、2、3、4分别表示A1、A2、A3、B2四级标准，比如，X1表示A1级标准的机杂含量，Z3表示A3级标准的含油量，Y4表示B2级的机杂粒径。,48,五、各标准分级水处理经济预测方法,2.八项控制指标单因素分级递增、单级处理的成本构成设备年平均总费用的计算公式为：式中：K0=设备的原始价值；KL=设备处理时的残值；t=设备使用年数；C1=运行成本的初始值，即第一年的运行成本；=设备运行费的年增加额（假设运行成本呈线性增长）。污水处理工艺中使用的设备一般包括除油罐（沉降罐）、过滤装置以及各种泵，如果假设设备的运行成本不随时间发生变化，而是为常数Y，则设备的年平均总费用为：,49,五、各标准分级

41、水处理经济预测方法,2.八项控制指标单因素分级递增、单级处理的成本构成 MXi=C1i+C2i+C3i+C4i+C5i 其中MXi=某单项指标处理的总费用；i=代表机杂含量处理，机杂粒径单级处理，含油量处理，平均腐蚀率控制,SRB菌、铁细菌、腐生菌数量控制；C1=设备折旧费；C2=设备维修费；C3=设备动力费，元；C4=其它费用（包括工资福利等）；C5=药剂费。除悬浮固体（机杂）的方法一般采取重力沉降、气浮分离和过滤。重力沉降主要考虑沉降时间问题。过滤可以去除机械杂质和油滴，过滤装置的处理深度不同，其使用费不一样。机杂粒径处理常采用的是过滤方法。如果要精细过滤，需加上精细过滤装置费用。对低渗（

42、特低渗）地层，往往需要精细过滤，水质处理费用大大增加。,50,五、各标准分级水处理经济预测方法,2.八项控制指标单因素分级递增、单级处理的成本构成 除去含油污水中油滴的方法有自然浮升分离法、混凝浮升分离法、气浮分离法、粗粒化法、过滤法。腐蚀控制一般采用加缓蚀剂，细菌控制一般用杀菌剂。在水质处理的成本预测中，处理成本的构成主要由前述水处理成本、机杂含量（粒径）控制成本、含油控制成本、腐蚀控制成本、细菌控制成本构成。对于各主要控制指标的标准分级，水处理成本为MX1MX5之和。当水质标准提高（或降低）时，相应的单级处理成本提高（或降低），水处理的成本仍为MX1MX5之和，只不过此时的MX发生了变化。

43、所以，水质处理各主要控制指标体系标准分级的成本预测是以单指标处理成本为基础。,51,六、水质标准分级优化决策方法,吸水能力变化规律的数学模型预测 注入水与储层的配伍程度直接影响注水井吸水能力变化。可以用现场统计和数学模型预测。如果只考虑注水过程中因水质引起的主要堵塞机理，使用计算机进行模拟并结合室内评价实验，可对各种伤害行为引起注水井吸水能力下降的趋势进行预测。提供了三种预测方法。每种方法的侧重点不同，功能亦有差距，前两种是国内外目前经常使用的方法，后一种方法是自行研究的结果。这些方法可以预测在不同堵塞机理下(外部滤饼、内部滤饼)注水井吸水能力随时间的变化，半衰期以及堵塞半径和近井区域渗透率分

44、布等。,52,六、水质标准分级优化决策方法,吸水能力变化规律的数学模型预测 Barkman&Davidson模型 Barkman&Davdson认为注入水引起注水井堵塞造成的伤害根据不同情况分为四种即井眼变窄、井底填高、孔眼堵塞和内滤饼。引入表示注水井初始注入速度io与时间后注入速度i的比值，即ii。引入表示初始注入速度下降到io时所需的时间。很明显l2(12)表示注水井的半衰期，对每一伤害类型都有(F)(G)函数G因损害类型的不同而不同，其表达式由下表确定。,53,六、水质标准分级优化决策方法,m孔密，孔米；dp孔眼直径，米；h射孔厚度，米；i注水速度，立方米天；io初始注入速度，立方米天；

45、kc滤饼渗透率，毫达西；kf地层平均渗透率，毫达西；ra形成内滤饼处半径，米；rc外滤饼表面半径，米；re注入井控制半径，米；rw井筒半径，米；w注入水中悬浮物重量百分比浓度，；c滤饼密度，千克立方米；w注入水密度，千克立方米；地层孔隙度，。,54,六、水质标准分级优化决策方法,Van Velzen&Leerlooijer模型 设表示注水t时间后，注水井吸水能力的下降程度，表示为 v吸水能力下降至时的累积注入量，m3；NR无因次数，表示伤害率；f伤害因子；v体积过滤系数，1s；c0注入水中悬浮物重量浓度，ppm；q0初始注入速度，m3s；h吸水层厚度。m；油层平均孔隙度，小数；rw注水井井筒半

46、径，m；re注水并控制半径，m；Ei()指数积分函数,55,六、水质标准分级优化决策方法,Van Velzen&Leerlooijer模型 计算v时，主要问题是如何确定伤害因子f 和体积过滤系数v，其中伤害因子可表为 实际井下径向流动系统的f、v可以通过室内线性流动评价实验(即常规流动实验)得出，但要求该流动实验应使用长岩芯，装置具有沿程多点压力测试功能。通过推导Van velzen给出了预测悬浮颗粒侵入深度或内滤饼形成位置的公式,56,六、水质标准分级优化决策方法,本研究采用的模型 油田注水开发可分为几个大的阶段，在不同的阶段油层的孔渗特征是变化的，但在同一阶段的不同时期油层孔渗特征可以认为

47、是相对静止不变的。注水对吸水能力的影响评价应该属于同一阶段的某一时期，即认为在这一时间周期里油层绝对渗透率是相对稳定，如果说有变化的话，那就是水质原因使其变差，或增注措施使其恢复。设表示注水t时间后，注水井吸水能力的下降程度，表示为：,57,六、水质标准分级优化决策方法,本研究采用的模型 式中S0表示注水井非水质引起的初始表皮系数，Kt表示t时刻注水层平均绝对渗透率，K0表示初始油层绝对渗透率，Krw表示水的相对渗透率。,58,六、水质标准分级优化决策方法,本研究采用的模型 假设注水储层处于残余油状态，油水相渗特征不随时间改变，即Krw不变，同时认为在一个措施周期内，地层水的性质w、Bw不变。

48、Kt与K0的差异是水质引起的，不考虑注水启动压差、油层压力对吸水能力的影响。当=1/2时，即KD=1/2对应的时间即为半衰期。根据上式可知，累积注入孔隙体积倍数与时间相关联，1/2也表示吸水能力下降一半时的累积注入量，可由上式计算出来。,59,六、水质标准分级优化决策方法,本研究采用的模型 对生产井来说，理论研究和数值模拟都表明，在近井3米以内，消耗了70%左右的能量，或在60倍井筒半径处，认为流体遵循严格的径向流。按常规51/2套管计，也即在近井3米处。同样对注水井来说，近井3米以内的油层是最易伤害的，也是影响最大的。因此，认为通过近井3米油层，当累积注入量达到1/2时，吸水能力下降一半。3

49、米油层的孔隙体积倍数为：吸水能力下降至时的累积注入量为：,60,六、水质标准分级优化决策方法,本研究采用的模型 假设吸水能力下降至的时间为Ta，Ta可由下式确定：q0为注水井平均注入量。由实验研究得出的吸水能力随累积注入量的变化关系可转化为吸水能力随时间的变化关系，即可表示为f=(d,c,ta,rc)。一旦水质指标确定，则f=f(ta)的关系就确定了。,61,六、水质标准分级优化决策方法,水质标准优化目标函数的确定 水质标准分级的优化决策，是以注水总成本Mt作为水质标准优化目标函数，针对具体油藏的具体情况，在实验研究和经济评价的基础上，确定出具体的注水水质标准。不同水质标准下，吸水能力下降到其

50、半衰期的累积注水量由下式求出：T为吸水能力下降到的时间，T0.5定义为吸水能力下降至地层初始吸水能力的50%时所经历的时间；f(t)为吸水能力下降趋势曲线拟合方程。,62,六、水质标准分级优化决策方法,水质标准优化目标函数的确定 当地层吸水能力下降至相应水质标准下的半衰期后需要增注。不同的增注措施，恢复的水平不一样。吸水能力恢复的具体数值，可根据增注效果预测得到。以X、Y、Z分别表示机杂含量、机杂粒径、含油量三指标，1、2、3、4分别表示A1、A2、A3、B2四级标准，用W表示水处理成本。比如，W(X2，Y3，Z4)表示机杂含量采用A2级标准、机杂粒径采用A3级标准、含油量采用B2级标准的水处