海上油田注水井安全监测方法及实施方案*

朱卫城

(中海石油(中国)有限公司开发生产部)

海上油田注水井安全监测方法及实施方案*

朱卫城

(中海石油(中国)有限公司开发生产部)

海上油田注水井层间跨度大,层间关系复杂,最高允许注入压力计算方法具有不确定性,这些不利因素给注水井多层配注安全带来困难,目前尚未有一套成熟的监测方法与手段。基于海上注水井注入压力与流量监测,提出一套注水井安全监测方法及实施方案。目前该方法已在海上油田实施应用,在保障注水井注入安全的前提下提高了注水井的注入量,进而实现了油田的配注指标。

海上油田;注水井;安全监测方法;实施方案

注水开发是海上油田采取的主要开发手段,对于油田地层能量的补充和采收率的提高起着重要作用。但是,因为海上油田开发投资大,无法像陆上油田一样细分层系注水,目前所采取的主要手段是在一口井内实现多层同时注入的分层配注工艺[1-2]。

目前海上大量已开发油田的层间跨度大、层间关系复杂,加上断块、断层等的影响,造成了注水井注入压力设计的困难。尤其对于层间破裂压力差别较大的油田,其地层破裂压力的准确预测难度较大,造成注水井的井口最高允许注入压力计算与控制的不准确,限制了油田的注水能力。因此,注水井井底及井口压力的监测和分析对于提高注水井的注入能力和注入安全是至关重要的[3-8]。

对于注水井的压力监测,目前常用的做法是在井口利用流量计与压力传感器记录井口的实时数据,但是在生产中也仅是根据设计的全油田的井口最高注入压力值进行报警及关断,而这种监测手段对于层间关系复杂的海上油田来讲是很难保障安全注入的。因此,笔者尝试根据海上油田分层配注注水井间压力差异大的特点,提出一套适用的安全监控方法,以解放注水井的注入能力。该注水井安全监测方法在海上油田应用中已取得良好成效,在保障注水井注入安全的前提下提高了注水井的注入量,进而实现了油田的配注指标。

1 注水井压力计算不确定性因素分析

计算注水井井口最高注入压力时,需要考虑地层破裂压力、油管的摩擦损失、液柱压力等因素[1]。当多层注入时,要分别计算各注水层段的井口最高注入压力,并选择最大值作为该井的井口最高注入压力,其余层位利用配水器节流实现层间注入平衡。井口压力计算和选取采用下式:

式中:pwh为井口压力,MPa;α为安全系数,取值0.8～0.9;pf为注水层最小的破裂压力,MPa;pλ为井口到注水层的井筒摩阻,MPa;pw为井口到注水层的静液柱压力,MPa;C为附加值,建议取值0.5 MPa。

由上式可以看出,在注水井进行井口压力计算时,存在几个不确定因素会导致井口注入压力不准确:

1)破裂压力选取的不确定性。破裂压力与储层的非均质性有密切的关系。图1为渤海某油田相邻井破裂压力梯度统计图,可以看出破裂压力梯度变化范围较大。由于地层破裂压力选取的不确定性,在进行注水压力计算时只能考虑一定的安全系数以保证注水井的注入安全,限制了注水井的注入能力。

2)配注量变化的不确定性。注水井注入过程中,注入量会受地层吸入能力影响,尤其是分层配注的注水井,由于层间差异,当某一层吸水能力发生变化,会直接导致其余各层吸水量的变化,甚至会出现有注无采的情况。若实际注入量低于设计注入量,将导致油管与配水器节流损失降低,作用在注入层砂面上的压力增高,尤其对于有注无采的层位,甚至会使作用在砂面的压力超过地层破裂压力,影响注水井的注入安全,而每一层的实际注入能力及注入压力是很难监测的。

3)防砂段表皮的影响。防砂段发生堵塞时,在防砂段上会消耗一定的压力,从而引起注水井井口压力的升高。根据实验数据,堵塞后防砂筛管可产生4 MPa以上的节流损失。但是消耗在防砂段上的压力损失在实际生产过程中是很难与地层污染造成的压力损失区分开的,造成了注入压力的计算不准确。

由于以上不确定因素,依靠计算得到的井口最高注入压力保障注水井的注入安全仍存在一定的风险。在实际操作中,为了保证注水井的安全,往往采用过保守的设计,制约了油田的注水能力而影响了油田产量。因此,迫切需要一套注水井安全监控手段,在保证注水井注水能力的基础上从技术上保障注水井的安全。

图1 渤海某油田相邻井破裂压力梯度统计图

2 注水井安全监测方法

当注水井发生压漏地层的情况时,将在短时间内产生注入压力降低、注入量增高的现象,由此将引起注水井视吸水指数的变化。典型的注水井压漏地层时注入压力与注入量变化曲线如图2所示。由此,将引起注水井视吸水指数的变化,视吸水指数的变化曲线如图3所示。因此,监测注水井视吸水指数及其变化率,就能够反映注水井的安全状况。在操作过程中,可在井口及井下安装压力及流量计,将监测信号传输至中控进行实时分析,根据视吸水指数的变化率(d(Q/p))判断注水井的安全状况并采取相应的措施。

图2 典型压漏地层注水井注入压力与注入量关系曲线

图3 典型压漏地层注水井视吸水指数曲线

图4 海上油田注水井安全监测流程示意图(井口监测方案)

3 注水井安全监测实施方案

3.1 井口监测方案

对于没有井下压力计的注水井,可以利用地面监测软件对监测数据进行实时分析及判断,监测流程如图4所示。

1)井口注入压力接近设定的最高注入压力、逐层计算的配水器嘴后压力接近破裂压力的90%、d(Q/p)的比值略有增加时,应引起关注,进行必要的分析。

2)井口注入压力等于设定的最高注入压力、逐层计算的配水器嘴后压力等于破裂压力的90%、d(Q/p)的比值增加较大时,应进行资料复核,必要时采取增注措施或降压注入措施。

3)井口注入压力大于设定的最高注入压力、逐层计算的配水器嘴后压力大于破裂压力的90%、d(Q/p)的比值增幅剧烈,应进行关断,监测后重新启动注水。

4)当第2)、3)种情况发生时,应启动PLT(生产测试)作业,对数据进行复核,以决定采取措施。

3.2 井下监测方案

对于安装了井下压力计的注水井,可以利用监测到的井下配水器嘴后压力对注水井进行安全控制,监测流程如图5所示。

图5 海上油田注水井安全监测流程示意图(井下监测方案)

1)监测到的嘴后压力接近破裂压力的90%、逐层实际注入量低于设计注入量的90%时,应引起关注,进行必要的分析。

2)监测到的嘴后压力等于破裂压力的90%、逐层实际注入量低于设计注入量的80%时,应进行资料复核,必要时采取增注作业或降压注入措施。

3)监测到的嘴后压力超过破裂压力的90%时,应进行关断;根据监测到的逐层实际注入量低于设计注入量的50%时,应关断相应层位,改变该层配注量,其他层位继续配注,加强关断层压力监测。如果关断层压力恢复至小于破裂压力的90%时,解除报警,由地面人员判断后恢复注入;如果关断层压力长时间不恢复,维持关层,由地面人员进行分析。

4 结束语

针对海上油田注水井层间跨度大、层间关系复杂、最高允许注入压力计算方法具有不确定性的特点,提出基于流量与压力监测的注水井安全监测方法及监测方案。该方法判断过程简单灵活,实施方案形式灵活,可以采用井口监测数据上传中控报警的方式,也可以采用井口独立监测报警的方式。目前,该方法已在海上油田注水井得到应用,起到了保障注入安全,保护油田安全生产的目的。

[1] 张玉荣,闫建文,杨海英,等.国内分层注水技术新进展及发展趋势[J].石油钻采工艺,2011,33(2):102-103.

[2] 罗昌华,程心平,刘敏,等.海上油田同心边测边调分层注水管柱研究及应用[J].中国海上油气,2013,25(4):46-48.

[3] 戴焕栋,周守为.海上采油工程手册[M].北京:石油工业出版社,2001:942-986.

[4] 于开春,张世峰,张文志.杏南开发区分层段压力监测与分析[J].大庆石油地质与开发,2004,23(4):42-43.

[5] 吕兰顺,房盘芳,吴江红,等.卫城油田高压注水工艺技术研究[J].内蒙古石油化工,2002,29(10):120-121.

[6] 高喜龙.海上注水井测试技术研究及应用[J].油气井测试, 2006,15(3):49-51.

[7] 赵金献,方前程.注水系统实时监测方案的设计[J].江汉石油学院学报,2003,25(10):123-125.

[8] 蒋曙光,成军农,李旭东,等.煤层注水流量监测监控装置的研制[J].煤矿自动化,1999(3):13-15.

(编辑:孙丰成)

Monitor method and implementation plan for water injector in offshore oilfield

Zhu Weicheng

(Development and Production Department of CNOOC Ltd.,Beijing,100010)

For water flooding offshore oilfield,the interlayer span is large,interlayer relationship is complex and the calculation method for maximum allowable injection pressure has uncertainty,which are unfavorable to monitor the safety of multilayer injection allocation.Up to now,there is not a set of mature methods and measures to monitor the injectors. This paper presents a method and the implementation plan to monitor the safety of water injection based on the injection pressure and flow rate monitoring in offshore water injectors.This method has been applied to improve the flow rate of the injectors under the premise of keeping the injector safe.

offshore oilfield;water injector;safety monitor method;implementation plan

2013-10-30改回日期:2014-02-17

*“十二五”国家科技重大专项“多枝导流适度出砂技术(编号:2011ZX05024-003)”、中国海洋石油总公司科技项目“注水井堵塞机理及增注降耗方法研究(编号:CNOOC-KJ125ZDXM06LTD-08-ZY-2012)”部分研究成果。

朱卫城,男,高级工程师,1993年毕业于原石油大学(华东),现主要从事油田开发技术管理工作。电话:010-84521479。E-mail: zhuwch@cnooc.com.cn。