吸水剖面

吸水剖面是指水井各個層位對於注入水的分配比例，也是套用於調剖堵水，防止水竄，提高注入水在各個層位的波及係數，提高油層的驅油效率，從而提高採收率。

基本介紹

• 中文名：吸水剖面
• 外文名：water injection profile
• 概念：注入水的分配比例
• 吸水剖面：針對常規方法獲取分層
• 改善方法：提高吸水能力，改善滲透率
• 目的：增加採收率

定義

注入剖面通常包括注水剖面、注蒸汽剖面、注聚合物剖面等測井方法。此外還有注CO₂、注N2等。注水通常是在二次採油中使用，在我國較為常見。稠油開採通常採用注蒸汽等方法，注聚合物是三次採油中常見的方法。注入剖面主要用於確定注入水、蒸汽、聚合物等流體的去向和注入量，了解油氣田開發的動向。

我國油田大都採用分層注水方式保持油層壓力，因此除了鑽採油井之外，還要鑽一批註水井，為了及時了解注水井或生產井各層油氣水的動態，應及時掌握各層的注入量以及生產井的油氣水產量，前者稱為注水剖面，後者稱為產出剖面。

測量目的

明確各小層吸水量，測量地層的吸水能力，驗證注水設計的效果，為下一步最佳化注水措施提供依據。

測量方法

（1）同位素示蹤：

通過測量各層在注入同位素後的放射性強度，來來成比例的反映各層的吸水量；

（2）渦輪流量計：

通過渦輪來測量水流的流速；

（3）氧活化測量：

通過放射性示蹤的方法來測量水流的流速，進而計算出流量。

影響吸水剖面因素

根據現場資料分析和實驗室研究, 引起注水井吸水能力下降的因素可綜合為四個方面:

(1 ) 與注水井井下作業及注水井管理操作有關的因素, 主要包括: 進行作業時, 因用壓井液使泥漿侵入注入層造成堵塞; 由於酸化等措施不當或注入操作不平穩而破壞地層岩石結構, 造成砂堵; 未按規定洗井, 井筒不清潔, 井內的污物隨注入水帶入地層造成堵塞。

(2) 與水質有關的因素, 主要包括: 注入水與設備和管線的腐蝕產物( 如氫氧化鐵, 及硫化亞鐵FeS 等) 造成堵塞; 注入水中含有某些微生物( 如硫酸鹽還原菌、鐵菌等) , 除了它們自身有堵塞作用外, 它們的代謝產物也會造成堵塞; 注入水中所帶的細小泥砂等雜質堵塞地層; 注入水中含有在油層內可能產生沉澱的不穩定的鹽類。如注入水中所溶解的重碳酸鹽, 在注水過程中由於溫度和壓力的變化, 可能在油層中生成碳酸鹽沉澱。

(3 ) 組成油層的粘土礦物遇水後發生膨脹。

由於許多砂岩油層均存在著粘土夾層, 而岩石膠結物中亦含有一定數量的粘土, 因而在油層注水過程中, 往往由於粘土遇水膨脹造成地層堵塞, 甚至由於粘土膨脹後使岩石顆粒之間的聯繫變弱, 嚴重者, 在井壁處造成岩層崩解而坍塌。

粘土遇水膨脹的能力, 與構成粘土礦物的類型和含量有關。根據研究, 蒙脫石組成的粘土礦物膨脹性最大, 而高嶺石組成的膨脹性最小。膨脹的程度隨蒙脫石組成的礦物含量的增加而增大。粘土膨脹的大小與水的性質有關, 通常淡水比鹽水使粘土膨脹的程度大。由於地層水含鹽量高, 因而一般注地層水比注地面水引起的粘土膨脹要小。此外, 粘土中最小顆粒含量愈多, 膨脹性愈大。

由於不同油田上油層岩石中粘土含量與組成不同, 以及注入水性質不同, 因此粘土的膨脹程度以及對注水井吸水能力的影響程度也有所不同, 有的甚至沒有明顯的影響。在注水過程中, 上述影響吸水能力的各個問題可能同時出現, 但在不同條件下, 它們各自對注水井吸水能力的影響程度卻有所不同。因此, 對具體情況應作具體分析, 從調查研究入手, 分析影響吸水能力降低的因素, 找出主要矛盾, 然後加以解決。

(4 ) 注水井地層壓力上升。

前三方面是指在注水過程中, 由於地層孔道被各種堵塞物或粘土膨脹造成堵塞, 使吸水能力降低。第四方面則是注水過程中的正常現象。根據一些油田注水井取樣分析, 其堵塞物一般為硫化亞鐵、氫氧化鐵、碳酸鈣、泥質、藻類與細菌等。

防止吸水能力下降措施

要防止吸水能力下降, 就要針對吸水能力下降原因採取相應的措施。在注水過程中應當採取以預防為主的措施, 防止對地層產生堵塞。為了避免泥漿侵害油層或因操作不當引起井底砂堵, 在注水井進行井下作業時, 一般採用不壓井不放噴作業, 慎重而正確地進行酸化,注水操作要平穩。

油田的實踐表明, 在注水過程中使吸水能力下降的主要因素是水質及注水系統的管理。因此在注水過程中, 要防止注水井吸水能力下降, 首先必須保證水質符合要求, 儘量避免由於水質不合格所引起的各種堵塞。

在注水井日常管理中應當注意以下幾方面的問題:

(1 ) 及時取水樣化驗分析, 發現水質不合格時, 應立即採取措施, 保證不把不合格的水注入油層;

(2 ) 按規定沖洗地面管線、儲水設備和洗井, 保持管線、儲水設備和井內清潔;

(3 ) 保證平穩注水, 減少波動, 以免破壞地層結構和防止管壁上的腐蝕物污染水質和堵塞地層。

解決吸水能力下降方法

地層吸水能力的降低, 絕大多數是由於地層被堵塞所引起的, 所以如果要恢復地層吸水能力, 就必須解除堵塞。造成堵塞的原因不同, 解堵的方法也不同。用排液的方法有時可以部分地解除地層的堵塞, 方法也簡便。但排液法的效果有限, 有些堵塞是用一般排液所不能排除的。同時, 大量排液將降低注水井的地層壓力而違背了注水的目的。因此, 通常解堵還需採用專門的處理措施。

根據前面所講, 注水過程中造成地層堵塞的各種堵塞物可大體分為兩大類。一類是無機堵塞物, 其中可被鹽酸溶解的主要有CaCO₃ , FeS 等。泥質堵塞物雖然不溶於鹽酸, 但土酸( 鹽酸和氫氟酸的混合液) 對它有較大的溶解能力。因此, 清除無機堵塞物時, 通常是用酸處理( 鹽酸或土酸處理)。

另一類是有機堵塞物, 即藻類和細菌。細菌隨注水井進入地層, 在井底周圍生長繁殖,要清除它們的堵塞, 就要對井底附近採取殺菌措施。例如某油田曾用注入甲醛水溶液進行地層內的殺菌現場試驗, 獲得了一定的效果。但對細菌代謝作用產物造成的堵塞, 此法是不能清除的。這些代謝產物主要是FeS 沉澱, 可以進行酸處理。所以, 在有細菌堵塞的情況下可採用殺菌與酸化聯合處理。這樣既可殺菌, 又可清除細菌代謝產物及其他沉澱物對地層的堵塞。

注水井酸處理的方法, 除一般的鹽酸處理和土酸處理之外, 還可根據油層具體情況採用其他的酸處理方法, 下面介紹國內油田曾採用過的方法。

1. 稀酸活性液不排液法

此法是在注水井注入濃度較低的鹽酸和氫氟酸混合液。其特點是酸液擠入後不排液。因為酸液濃度低, 反應後的產物量少, 靠注入水擠入地層深部擴散, 工藝上比較簡單。使用的配方是: 鹽酸2%～5% , 氫氟酸0.5% , 甲醛0.5%～1% , 活性劑0.2%～0.5%。一般用量為每米厚地層2～5 m3 增注液。此法一般有效期較短, 增注幅度不大。

2. 醋酸緩衝—稀酸活性液增注

此法是先注入由醋酸15% + 燒鹼1.56%配成的pH = 4.0 的溶液做前緣緩衝液, 接著注入鹽酸0.5% + 氫氟酸0.5% + 甲醛0.5%～1% + 活性劑0.2% ～0.5% 配製成的稀酸活性液; 最後再注入後緩衝液( 成分同前緩衝液)。

稀酸活性液的作用是解除井底堵塞。因為根據對注水井排液取樣分析, 所得的固體沉澱物中有70%～90%左右是硫化鐵、氧化鐵、碳酸鈣、泥質等, 它們大都是可以被鹽酸溶解的物質, 如HCl + FeS→ FeCl2 + H2 S。將反應產物排出地層就可達到解堵的目的。酸化後排液的目的是為了排出反應產物, 以免重新造成堵塞, 但採用排液的辦法, 既增加了施工工藝內容, 又會因大量排液而降低注水井地層壓力。如果注酸後採用不排液方式,則反應產物隨水推進, 當酸液擴散稀釋, pH 值升高到3.5 以上時, 被溶解的堵塞物有一部分又重新析出, 在油層內部造成堵塞。為了解決這個問題, 提出了在注入稀酸活性液之前和之後注入一定體積的醋酸緩衝液, 使酸液在一定的推進距離內始終保持酸性(即pH 值小於3.5) 。所用緩衝液在被水稀釋380～400 倍時, 其pH 值仍然低於3.5。

醋酸緩衝—稀酸活性液增注工藝的優點是工藝簡便( 不動井口, 不停注, 不排液) , 節省人力和設備( 不上作業隊, 不用水泥車) , 又初步解決了FeS 在井底附近重新沉澱的問題。施工時只需先用大排量( 20～40 m3/ h ) 洗井。實踐證明, 對於結構疏鬆, 用一般酸化濃度處理後易出砂的注水井, 這是一項可增注又不會造成出砂的行之有效的增注措施。

3. 逆土酸增注法

它是低滲透泥質膠結地層增注的一個有效方法。它與土酸處理法的原理相同, 即用HCl溶解碳酸鈣, 用HF 溶解泥質、石英砂等, 但不同點是HF 的用量大於HCl , 鹽酸濃度為2% , 氫氟酸濃度為6% , 所以稱為逆土酸。在處理工藝上, 因使用的HF 濃度較大, 岩石泥質膠結被溶解後易引起出砂。為了避免出砂, 施工時在井壁附近留0.5～0.1 m 井壁防砂環,不用酸液浸泡。此措施效果明顯, 施工後尚未發現出砂現象。

4. 膠束(活性柴油) 逆土酸增注法

此法是針對稠油、低滲透層試驗成功的一種增注方法。它的原理是先用膠束或活性柴油溶解和驅替稠油, 解除稠油堵塞, 然後用逆土酸溶解泥質等, 提高地層的絕對滲透率。膠束是表面活性劑、油、水三者在一定條件下組成的互溶、單相透明體系, 對稠油、蠟、膠質、瀝青質等, 具有較強的增溶能力。活性柴油是往柴油中加入一定量活性劑配製而成的, 對油也具有很好的溶解能力。室內和現場試驗證明, 膠束( 活性柴油) 逆土酸聯合施工, 比單獨用膠束( 活性柴油) 和單獨用逆土酸增注的效果都好。因為它不僅可以解除稠油堵塞, 而且還可以提高地層絕對滲透率。試驗中曾出現因氫氟酸濃度大( 7.4%) , 處理量大( 5 m3/ m)而在處理後引起水井出砂問題。若採用HF 濃度6% , 用量1～2 m3/ m 處理, 施工後未出現出砂現象。

對於解除細菌堵塞, 最好的辦法是先用強氧化劑把活的細菌氧化掉, 然後再進行酸處理。強氧化劑可以採用次氯酸鈉, 但使用時需加防腐劑, 以避免對鋼鐵的腐蝕。對於粘土遇水膨脹造成的地層堵塞, 室內試驗研究表明: 注入地層水、鹽水( 食鹽、氯化鈣、氯化鉀)、pH = 3～4 的酸性水以及表面活性劑溶液等, 在一定程度上都可減少( 或防止) 粘土膨脹, 或使膨脹後的粘土脫水或收縮。

改善注水井吸水剖面的方法

在非均質的多油層油田, 注水井往往是一井同時注多層。由於各層性質的差異( 孔隙大小、滲透率高低、有無裂縫等) , 各層段的吸水能力往往差別很大: 高滲透層大量吸水; 中低滲透層吸水很少或不吸水; 有裂縫的小層吸水量極大, 因而注水井吸水剖面極不均勻。其結果使高滲透、有裂縫的層段迅速水淹, 油井嚴重出水, 而中低滲透層由於地下虧損而使地層壓力迅速下降, 油井生產困難。因此非均質地層注水, 要解決下面兩個問題: 增加吸水層厚度; 降低各層段吸水的非均衡性。

解決這兩個問題有兩種途徑:

一是降低高滲透小層的吸水能力, 將稠粘液體注入地層, 使它在吸水剖面上按各小層的滲透率吸收。因此, 在注水時高滲透層將產生較大的流動阻力, 從而降低其吸水量, 改善整個厚度上吸水的不均衡性。

二是改善井底地帶岩石的滲透率, 即增加中低滲透層岩石的絕對滲透率, 以達到剖面上吸水均衡的目的。用來改善吸水剖面的方法主要有以下幾種。

1. 酸處理低滲透層

目的是用酸液提高中低滲透層的絕對滲透率, 原理與一般酸處理相同。要求進行選擇性分層處理, 即用封隔器卡封高滲透層, 而對中低滲透層進行酸處理。處理後在原注水壓力下可提高注水量, 改善吸水剖面。

2. 提高注水壓力

如果在已選擇的注水壓力下, 只有高滲透層吸水, 低滲透層不吸水, 為改善吸水剖面及提高開發速度, 可用提高注水壓力的方法。

在產生垂直裂縫的油藏, 為了防止注入水串到非注水層位, 一般要嚴格控制注水壓力在地層破裂壓力以下。對產生水平裂縫的油藏, 一般無此限制, 注入壓力由所要求達到的注入量來決定。

高壓注水提高了注水壓差, 使在低注入壓力下不吸水的地層吸水。高壓注水可使地層產生微小裂縫, 以提高吸水能力。室內試驗結果是: 當注入時的井底壓力大於岩柱壓力時, 地層滲透率將隨井底壓力與岩柱壓力之差的增加而增大。這是由於, 當注入井井底壓力大於岩柱壓力後, 顆粒間的應力減小, 顆粒發生移動, 岩石孔隙結構被壞; 原關閉孔隙和敞開孔隙的隔牆被打開, 在大的壓力差下, 小孔道內產生了流動。

提高注水壓力後, 可使一些低滲透層吸水而增加吸水層厚度, 但並不能保證達到各層吸水能力均衡增加, 因為在高注水壓力下高滲透層的吸水能力也要增大。在裂縫性灰岩中採取高壓注水, 常導致油井暴性水淹, 所以要根據油層的具體情況選擇注入壓力, 保證得到最好的注入效果。

3. 用堵塞劑在厚度上控制注入水的方法

此法的原理是在注水井中注入堵塞劑, 它將按各小層的吸水能力進入各小層, 高滲透層吸入的多, 地層孔道被堵塞劑塞住後可降低吸水量。如果保持原注水壓力, 整個井的吸水能力將降低。如果堵住高滲透層後, 提高注入壓力, 從前不吸水的層可在高壓下增加吸水量,從而達到均衡注水的目的。

對堵塞劑的要求是: 既保證降低地層中水的相滲透率或完全把高滲透層和裂縫堵起來,同時又要有在必要時恢復地層原有滲透性的可能; 要有充足的貨源, 價廉, 使用安全, 工藝簡單, 並能利用礦場一般設備註入地層。可以選擇為堵塞劑的物質有: 石灰乳、脫氣原油、原油、重油混合物、混氣液體等。堵塞劑的選擇要根據注水層的性質( 滲透率、孔隙大小、裂縫大小) 來考慮。

套用

1、針對常規方法獲取分層吸水指數存在的問題，結合滲流理論和注水剖面測井一次下井能連續測量流量和壓力的特點，測井時多次改變井口注水量，通過注水剖面資料的處理確定各儲層的相對吸水量、確定各儲層的地層壓力和吸水指數的方法，由此還能掌握各儲層地層壓力和吸水能力的差異。

2、吸水剖面包括同位素和氧活化，同位素費用低，主要用於水井，氧活化主要是針對聚驅，因為聚合物分子有污染，氧活化要準確些。

3、測量的產出剖面與 地質靜態資料基本符合，指出射孔油層的動用差別，指示調整挖潛的油層。