污水回注可行性油藏研究——以番禺4－2油田為例

黃軍立 （中海石油 （中國）有限公司深圳分公司，廣東 深圳510240）

張光明 （長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢430100）

徐兵，代玲，謝明英

鄭潔，涂志勇 （中海石油 （中國）有限公司深圳分公司，廣東 深圳510240）

對(duì)于我國海上油田，在油田進(jìn)入中高含水期后，會(huì)產(chǎn)出大量的污水，對(duì)于這些生產(chǎn)污水，或?qū)⑻幚砗蟮奈鬯苯优藕?，或回注基礎(chǔ)井網(wǎng)用于注水開發(fā)；在減排壓力的推動(dòng)下，生產(chǎn)污水回注地下廢棄的或不動(dòng)用的油氣層是減少污水排放量的有效方法。

番禺油田是典型的邊底水交互油藏，天然能量充足，隨著開發(fā)的進(jìn)行，番禺油田已進(jìn)入中高含水階段，油田產(chǎn)出的污水量不斷上升；并且隨著調(diào)整項(xiàng)目的實(shí)施，整個(gè)番禺油田的產(chǎn)水量預(yù)測(cè)從2015年將開始超過20mg／L的排放標(biāo)準(zhǔn)［1］，需要開始污水回注。

1 污水回注選層原則

1）回注污水的砂層埋深必須大于500m，以免污染表層水；注水井遠(yuǎn)離斷層、剝蝕面，距離應(yīng)大于1000m，以避免污水沿?cái)鄬?、剝蝕面竄流到其他層位；要求蓋層及隔夾層穩(wěn)定。

2）充分考慮地層的儲(chǔ)水性能，回注層位應(yīng)具備厚度大、分布廣、孔隙度大、滲透率強(qiáng)等特點(diǎn)，以滿足長期穩(wěn)定回注的要求。

3）盡量不用正在開發(fā)或近期可能開發(fā)的油層回注污水。

4）盡可能利用油田現(xiàn)有已鉆未用井和不具有潛力的低產(chǎn)低效井。

在以上污水回注選層原則基礎(chǔ)上①中海油能源發(fā)展股份有限公司采油技術(shù)服務(wù)分公司 ．番禺油田生產(chǎn)水回注可行性研究總結(jié)報(bào)告，2008．，番禺4－2油田埋深－600～－980m范圍內(nèi)選出7個(gè)水層 （water－1～water－7）可進(jìn)行污水回注。

2 配伍性試驗(yàn)分析

2．1 生產(chǎn)污水與地層水配伍性評(píng)價(jià)

采用動(dòng)態(tài)結(jié)垢評(píng)價(jià)試驗(yàn)，每種混合水選擇3個(gè)配比，運(yùn)用動(dòng)態(tài)結(jié)垢儀進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)條件為：模擬地層溫度40℃，地層壓力8MPa；模擬地面生產(chǎn)條件，即常溫常壓區(qū)。將注入水與地層水按一定比例混合，流速為8ml／min，累計(jì)試驗(yàn)過水量為4L，進(jìn)行流動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后，恒重高壓區(qū)及低壓區(qū)管線及濾膜，確定高溫高壓區(qū)的結(jié)垢量及常溫常壓區(qū)的結(jié)垢量，以評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)結(jié)垢趨勢(shì)。共選用3種地層水進(jìn)行了動(dòng)態(tài)結(jié)垢試驗(yàn)，見表1。

表1 番禺4－2油田動(dòng)態(tài)試驗(yàn)注入水情況

試驗(yàn)過程中，系統(tǒng)壓力無明顯變化，說明管線沒有因?yàn)樯倭拷Y(jié)垢而發(fā)生堵塞。通過計(jì)算，各組試驗(yàn)結(jié)果分別見表2～表4。

表2 番禺4－2油田650m地層水動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)果表

表3 番禺4－2油田687m地層水動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)果表

表4 番禺4－2油田765m地層水動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)果表

通過動(dòng)態(tài)結(jié)垢評(píng)價(jià)，可以看出3種地層水與番禺4－2油田生產(chǎn)污水混合后，均產(chǎn)生少量的垢，765m地層水與生產(chǎn)污水的配伍性好于其他地層水，結(jié)垢量較低。

2．2 生產(chǎn)污水與儲(chǔ)層巖石配伍性評(píng)價(jià)

利用儲(chǔ)層敏感性預(yù)測(cè)軟件對(duì)敏感性進(jìn)行預(yù)測(cè)。敏感性評(píng)價(jià)參數(shù)為：粒度均值0．272mm、平均孔隙度27%、平均空氣滲透率5000mD、礦化度24727mg／L。敏感性預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，番禺4－2油田地層具有強(qiáng)水敏，弱水速敏損害，強(qiáng)鹽敏損害，具有中等偏強(qiáng)鹽酸敏，中等偏弱土酸敏。

3 污水回注方案

3．1 地層儲(chǔ)水能力

按彈性注水量公式計(jì)算地層儲(chǔ)水能力，計(jì)算公式如下［2］：

式中：N 為累計(jì)注水量，m3；A 為儲(chǔ)層面積，m2；h為儲(chǔ)層厚度，m；pi為原始地層壓力，MPa；pf，max為地層破裂壓力，MPa；C為綜合壓縮系數(shù)，MPa－1；Bw為地層水體積因數(shù)，1。

運(yùn)用式 （1）以番禺4－2油田三維地震研究工區(qū)面積24km2的倍數(shù)計(jì)算，綜合壓縮系數(shù)取5×10－4MPa－1，假設(shè)日減排水量5000m3。采用以下2種計(jì)算方案：

方案1：以water－1至water－6（埋深－600～－896．5m）6個(gè)砂體作為污水回注層位，砂體總厚度253．8m，砂地比86%。

方案2：以water－4和water－5（埋深－722．5～－878．5m）2個(gè)較厚砂層作為注水層位，砂體厚度144．5m，砂地比93%。

計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 地層儲(chǔ)水能力計(jì)算結(jié)果

從目前的認(rèn)識(shí)情況看，回注儲(chǔ)層比較發(fā)育，地震資料未探測(cè)到砂體邊界，可見砂體分布范圍非常廣泛，污水回注不會(huì)造成地層壓力的大幅度上升。

3．2 回注層位優(yōu)選

地層水與生產(chǎn)污水動(dòng)態(tài)配伍性試驗(yàn)分析均證明，番禺4－2油田water－4層位地層水與生產(chǎn)污水配伍性好于其他層位 （water－1和water－2）地層水。分析認(rèn)為water－4以下其他砂層地層水與water－4地層水性質(zhì)相近的可能性較大。另外，為了提高注水泵效和泵壓利用率，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性因素，節(jié)約作業(yè)成本，推薦采用方案2進(jìn)行注水。即：按自下而上的原則，先射開water－4和water－5兩個(gè)砂層作為注水層位，井段－722．5～－878．5m，射開砂體厚度144．5m。

3．3 注入壓力

井口最大注入壓力根據(jù)下式計(jì)算：

式中：pwh，max為井口最大注入壓力，MPa；pw為水柱壓力，MPa；ptl為管損壓力，MPa；pap為附加壓降，MPa。

以相對(duì)密度為1．0的清水為例進(jìn)行計(jì)算，如果不考慮管柱摩阻和井壁附加壓降的影響，這樣以地層破裂壓力為界限，折算井口注入壓力為3．95～4．39MPa，平均4．19MPa。

3．4 地層吸水能力

利用下述公式計(jì)算地層吸水能力：

式中：Qw為注水量，m3；K為地層滲透率，mD；pwb為井底注入壓力，MPa；μw為注入水黏度，mPa·s；Bwi為注入水體積因數(shù)，1；re為注水穩(wěn)壓邊界半徑，m；rw為注水井井眼半徑，m；S為表皮因數(shù)，1。

根據(jù)式 （3）計(jì)算結(jié)果如下：①穩(wěn)壓邊界半徑取1000m，比吸水指數(shù)達(dá)651m3／（MPa·d·m）（不考慮射孔造成的表皮影響）；如果表皮因數(shù)取5，比吸水指數(shù)412m3／（MPa·d·m）。②穩(wěn)壓邊界半徑取2000m，比吸水指數(shù)達(dá)602m3／（MPa·d·m）（不考慮射孔造成的表皮影響）；如果表皮因數(shù)取5，比吸水指數(shù)392m3／（MPa·d·m）。③穩(wěn)壓邊界半徑取5000m，比吸水指數(shù)達(dá)548m3／（MPa·d·m）（不考慮射孔造成的表皮影響）；如果表皮因數(shù)取5，比吸水指數(shù)368m3／（MPa·d·m）。

以上計(jì)算中，流體黏度取1mPa·s，所以計(jì)算結(jié)果相對(duì)保守 （高溫情況下，水黏度＜1mPa·s）。綜上分析，地層具有較強(qiáng)的吸水能力，生產(chǎn)水減排是基本可行的，地層具有強(qiáng)水敏、強(qiáng)鹽敏損害的特點(diǎn)。因此，注水過程中應(yīng)添加防垢劑、殺菌劑和黏土穩(wěn)定劑等藥劑，以確保污水穩(wěn)定注入。

4 污水回注數(shù)值模擬研究

4．1 污水回注模型建立

應(yīng)用Eclipse數(shù)模軟件，建立概念模型（圖1），圖中為4個(gè)不同注水層位。在此基礎(chǔ)上模擬評(píng)估注水壓差、逐年地層壓力、層位最大注水量等參數(shù)。

圖1 番禺4－2油田污水回注概念模型

4．2 污水回注開發(fā)效果評(píng)價(jià)

預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，4口直井 （INJ1、INJ 2、INJ3、INJ4）回注污水，每口直井平均日注水量5000m3；地層壓力無明顯上升，單井注入壓力穩(wěn)定，污水回注方案可行，滿足20000m3／d的最大污水回注量。

5 結(jié)論與建議

1）應(yīng)從砂體厚度、砂體展布、構(gòu)造特征、儲(chǔ)層物性和地層壓力條件，綜合配伍性研究并考慮工藝條件和經(jīng)濟(jì)性，選擇適合作為污水回注的目的層。

2）地層的吸水能力具有較大的不確定性，為了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層吸水能力，建議有條件的情況下進(jìn)行試注。

3）污水回注具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；節(jié)能減排的同時(shí)，對(duì)地層保護(hù)和對(duì)油田的可持續(xù)發(fā)展起到了很好的推動(dòng)作用。

［1］GB4914－1985，海洋石油開發(fā)工業(yè)含油污水排放標(biāo)準(zhǔn) ［S］．

［2］李傳亮 ．油藏工程原理 ［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2005．