提高注水井工況管理分析研究

王冠鳳(勝利油田孤東采油廠采油一礦 山東東營257000)

一、注水井發(fā)展現(xiàn)狀

在我國油井開發(fā)的過程中，油層所具有的能量會根據(jù)開采的時間不斷增長而逐漸減少，導(dǎo)致該油層的油壓持續(xù)降低，而且該地層的原油就會發(fā)生脫氣現(xiàn)象，致使原油的粘度不斷增大，出油量就會明顯降低，嚴(yán)重的時候會停產(chǎn)，原油停噴，地下大量的原油無法繼續(xù)開采，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。針對上述現(xiàn)象，為了解決開采原油后地下形成的虧空，增大原油的油壓，提高原油的采收率，保證油田開發(fā)的經(jīng)濟效率，提出油井注水開采方法。我國對油井注水技術(shù)還存在著不少問題，例如成本比較高，油井的經(jīng)濟效率低，在注水過程中分注技術(shù)低，水的注入量難以控制，配注方法不完善等等，這將對油井的開發(fā)產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響。因此如何提高油井注水工況管理就顯得尤為重要。在針對油井注水工況管理的研究中，首要的任務(wù)是如何保證注水質(zhì)量，提高油井注水工作的可靠性和高效性，實現(xiàn)油井的穩(wěn)定和高效開采，降低生產(chǎn)成本。

此前在油田開發(fā)過程中，對注水井工況的相關(guān)診斷與設(shè)計主要是依經(jīng)驗法來進行，因此在實施過程中誤差比較大，注水質(zhì)量比較低。經(jīng)過各個領(lǐng)域的石油專家學(xué)者及工作人員的不斷研究，設(shè)計出注水井工況相關(guān)的系統(tǒng)模型及軟件，對注水進行實時的分析控制以及軟件模擬。在注水井開采過程中，對注水工況實現(xiàn)實時的分析診斷和優(yōu)化管理，并且對于復(fù)雜的地層，注水井工況系統(tǒng)模型給出最優(yōu)的數(shù)據(jù)參數(shù)，利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等信息融合技術(shù)確定合理的配注方法。

二、注水井工況分析研究

在油井注水工作過程中，比較關(guān)鍵的兩個參數(shù)是注水的體積量以及壓力，當(dāng)二者處于平衡時，上述兩個參數(shù)如果改變其中一個，就破壞原始的平衡狀態(tài)，此時會形成壓力波，該壓力波與注水設(shè)備以及地層因素有關(guān)。在地面上的注水設(shè)備，如注水泵、壓力表、地面管線、流量計以及閘門等工作狀態(tài)異常，都會形成壓力波動，出現(xiàn)注水井工況異常情況。在井下的注水設(shè)備中，如果注水器的水眼被堵住或者直徑變大，封隔器失去作用，過濾網(wǎng)被堵塞，水泥環(huán)中存在竄槽，單向閥的密封性能達不到要求，油管出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，也會引起注水壓力波動。此外，地層結(jié)構(gòu)如果發(fā)生變化，如地層滲透性改變，原油油壓發(fā)生變化，地層被污染等等，也會影響注水的壓力波動。在油井注水過程中，工況異常的情況主要有：注入水的排量變化異常；壓力表檢測的壓力出現(xiàn)異常；堵住水眼；水眼直徑增大；儀表讀數(shù)異常；污染注水地層；地層滲透性發(fā)生較大變化；油管發(fā)生脫落；井下封隔器無法起到封隔作用等等。

對油井注水工況異常進行研究分析，建立專門的系統(tǒng)模型進行診斷并制定相關(guān)的解決措施。該系統(tǒng)模型主要包括三個部分，即模型融合、算法融合以及決策制定系統(tǒng)。針對在注水時經(jīng)常遇到的異常問題，將其進行系統(tǒng)化研究，確定注水過程中的參數(shù)因素與異常工況存在的關(guān)系，將各種信息進行融合，建立相關(guān)的模型，并對算法融合以及處理決策的制定建立理論基礎(chǔ)。注水井工況診斷模型的建立，需要融合的信息主要包括數(shù)據(jù)參數(shù)、工況特征以及處理決策。在模型的建立中，首次利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對異常工況進行診斷及分析，在模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分層上，第一層有6個神經(jīng)元，與規(guī)則前件對應(yīng)，稱為模糊化；第二層有12個神經(jīng)元，與規(guī)則中間對應(yīng)，稱為模糊推理；第三層有1個神經(jīng)元，與規(guī)則后件對應(yīng)，稱為反模糊化。在使用之前，必須對模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行相應(yīng)訓(xùn)練，利用在注水過程中出現(xiàn)的不同的異常工況，對模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反應(yīng)模式進行分類，在正常工況與異常工況之間形成映射關(guān)系。

對注水井工況進行分析主要包括對水井的分析，油管的力學(xué)分析以及地層狀況的分析。通過記錄油管內(nèi)壓力與注水量，建立二者隨時間的關(guān)系，從而判斷注水井是否工作正常；根據(jù)注入水的體積量與水的壓力，對井下管柱、水眼、單向閥、儀表以及封隔器的工作狀況進行分析，判斷設(shè)備是否正常運行，以此對注水井工況進行分析。對注水井油層管柱的分析主要是對管柱和封隔器的力學(xué)進行分析，根據(jù)已有的數(shù)據(jù)，理論計算出管柱在作業(yè)時所承受的載荷的變化規(guī)律、管柱在復(fù)雜情況下受力發(fā)生的形變大小、封隔器在解封以及坐封時發(fā)生的形變大小，對下井管柱滿足注水要求提供理論支持。在研究地層對注水工況的影響時，根據(jù)試驗井的數(shù)據(jù)資料，確定壓力與時間的規(guī)律曲線，計算出地層的滲透率、地層具有的壓力以及導(dǎo)壓系數(shù)等數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確的確定地層的吸水性能，為注水的實時操作和油井的動態(tài)開發(fā)提供詳細(xì)資料。

三、優(yōu)化措施

1.為了使管柱設(shè)計及配注情況達到所需要求，注水井優(yōu)化設(shè)計主要是根據(jù)對工況分析的結(jié)果，主要從水井設(shè)計參數(shù)、管柱以及水眼進行優(yōu)化設(shè)計的。在水井設(shè)計參數(shù)方面，測定注水量以及水的比熱參數(shù)，并根據(jù)單相流原理，預(yù)測在不同階段下溫度和壓力的分布狀況，并在地層所具有的壓力、管柱直徑、井口施加壓力不同的情況下，研究注入液體的提及量與壓力的關(guān)系，從而確定注水的配注量以及管柱的最優(yōu)直徑。在管柱優(yōu)化方面，主要是根據(jù)目前井中的壓力、管柱直徑以及受到的復(fù)雜應(yīng)力，采用等應(yīng)力范圍和等安全系數(shù)法對管柱受力進行詳細(xì)計算，確定滿足強度要求的管柱組合。在水眼優(yōu)化方面，主要是根據(jù)磨損曲線回歸公式，計算出沿程摩阻、井下液體靜壓以及液體流動壓力等參數(shù)，從而對水眼進行相關(guān)配置。

2.提高注水井工況管理，還需要確定合理的配注方法。在確定配注方法時必須遵循以下原則：地層壓力的調(diào)整、含水上升速度的控制以及產(chǎn)液量的限制。配注方法是否合理是地層壓力能否有效調(diào)整的關(guān)鍵；根據(jù)含水上升速度，將含水上升的速率降到最低；根據(jù)產(chǎn)液量的限制條件，來確定配注的注入量。確定配注方法時，必須確定該區(qū)域的注采比、井的連通關(guān)系、劈分系數(shù)以及方向比例系數(shù)等。

結(jié)束語

在目前我國注水井開發(fā)過程中，需要對工況進行分析以及診斷，掌握實時的注水情況。通過建立相關(guān)的系統(tǒng)模型，并且采用融合信息技術(shù)實現(xiàn)了對工況的詳細(xì)分析研究；在理論研究的基礎(chǔ)上，確定了合理的配注方法，滿足了油田開發(fā)的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)和穩(wěn)油控水的需求。

[1]陳世琳,蘭為民,王輝.注水井實時分析優(yōu)化系統(tǒng)的研究及應(yīng)用[J].中國石油和化工.2011.