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）

對于我國海上油田，在油田進入中高含水期后，會產(chǎn)出大量的污水，對于這些生產(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)；在減排壓力的推動下，生產(chǎn)污水回注地下廢棄的或不動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)的進行，番禺油田已進入中高含水階段，油田產(chǎn)出的污水量不斷上升；并且隨著調(diào)整項目的實施，整個番禺油田的產(chǎn)水量預(yù)測從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；注水井遠離斷層、剝蝕面，距離應(yīng)大于1000m，以避免污水沿斷層、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、滲透率強等特點，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)報告，2008．，番禺4－2油田埋深－600～－980m范圍內(nèi)選出7個水層 （water－1～water－7）可進行污水回注。

2 配伍性試驗分析

2．1 生產(chǎn)污水與地層水配伍性評價

采用動態(tài)結(jié)垢評價試驗，每種混合水選擇3個配比，運用動態(tài)結(jié)垢儀進行試驗。試驗條件為：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，累計試驗過水量為4L，進行流動試驗。試驗結(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，以評價動態(tài)結(jié)垢趨勢。共選用3種地層水進行了動態(tài)結(jié)垢試驗，見表1。

表1 番禺4－2油田動態(tài)試驗注入水情況

試驗過程中，系統(tǒng)壓力無明顯變化，說明管線沒有因為少量結(jié)垢而發(fā)生堵塞。通過計算，各組試驗結(jié)果分別見表2～表4。

表2 番禺4－2油田650m地層水動態(tài)試驗結(jié)果表

表3 番禺4－2油田687m地層水動態(tài)試驗結(jié)果表

表4 番禺4－2油田765m地層水動態(tài)試驗結(jié)果表

通過動態(tài)結(jié)垢評價，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)污水與儲層巖石配伍性評價

利用儲層敏感性預(yù)測軟件對敏感性進行預(yù)測。敏感性評價參數(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)測結(jié)果顯示，番禺4－2油田地層具有強水敏，弱水速敏損害，強鹽敏損害，具有中等偏強鹽酸敏，中等偏弱土酸敏。

3 污水回注方案

3．1 地層儲水能力

按彈性注水量公式計算地層儲水能力，計算公式如下［2］：

式中：N 為累計注水量，m3；A 為儲層面積，m2；h為儲層厚度，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種計算方案：

方案1：以water－1至water－6（埋深－600～－896．5m）6個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個較厚砂層作為注水層位，砂體厚度144．5m，砂地比93%。

計算結(jié)果見表5。

表5 地層儲水能力計算結(jié)果

從目前的認識情況看，回注儲層比較發(fā)育，地震資料未探測到砂體邊界，可見砂體分布范圍非常廣泛，污水回注不會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)污水動態(tài)配伍性試驗分析均證明，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，同時考慮經(jīng)濟性因素，節(jié)約作業(yè)成本，推薦采用方案2進行注水。即：按自下而上的原則，先射開water－4和water－5兩個砂層作為注水層位，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。

以相對密度為1．0的清水為例進行計算，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）計算結(jié)果如下：①穩(wěn)壓邊界半徑取1000m，比吸水指數(shù)達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）。

以上計算中，流體黏度取1mPa·s，所以計算結(jié)果相對保守 （高溫情況下，水黏度＜1mPa·s）。綜上分析，地層具有較強的吸水能力，生產(chǎn)水減排是基本可行的，地層具有強水敏、強鹽敏損害的特點。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個不同注水層位。在此基礎(chǔ)上模擬評估注水壓差、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)效果評價

預(yù)測結(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，為了進一步認識儲層吸水能力，建議有條件的情況下進行試注。

3）污水回注具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益；節(jié)能減排的同時，對地層保護和對油田的可持續(xù)發(fā)展起到了很好的推動作用。

［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．