[科普中国]-地层吸水能力

衡量指标

表示吸水能力的大小，主要采用下述的几个指标：

1、注水井指示曲线

注水井指示曲线是表示在稳定流动条件下, 注入压力与注水量之间的关系曲线。

在分层注水情况下, 小层指示曲线表示各小层注入压力( 指经过水嘴后的压力) 与小层注水量之间的关系, 如图所示。

2、吸水指数

吸水指数是指单位注水压差下的日注水量，常用K表示，单位是m3/(d·MPa)。 吸水指数的大小反映了地层吸水能力的好坏。正常注水时不可能经常关井测压，为了求取吸水指数，常采用测指示曲线的方法，测量在不同流压下的日注水量，然后按下式计算出吸水指数：

式中 ，q1、q2—— 分别是井底流压为pf1、pf2 时的注水量，m3/d.

因此，吸水指数在数值上等于注水井指示曲线斜率的倒数。

3、视吸水指数

用吸水指数进行分析时, 需在对注水井进行测试取得流压资料后才能进行。在日常分析中, 为及时掌握吸水能力的变化情况, 常采用视吸水指数为指标, 表示吸水能力。视吸水指数是指日注水量与井口压力的比值，单位仍为m3/(d·MPa)。

视吸水指数=日注水量/井口压力

在没有分层注水的情况下, 若采用油管注水, 则上式中的井口压力取套管压力; 若采用套管注水, 则上式中的井口压力取油管压力。

在注水井进行分层注水时, 用分层注水量和分层注水压力所算得的吸水指数( 视吸水指数) 为分层吸水指数( 分层视吸水指数)。分层吸水指数要通过分层测试来取得。

4、相对吸水量

相对吸水量是指在同一注入压力下, 某小层吸水量占全井吸水量的百分数。其表示为:

相对吸水量= 小层吸水量/全井吸水量× 100%

相对吸水量是用来表示各小层相对吸水能力的指标。有了各小层的相对吸水量, 就可以由全井指示曲线绘制出各小层的分层指示曲线, 而不必进行分层测试。

目前我国研究分层吸水能力的方法主要有两类, 一类是测定注水井的吸水剖面; 一类是在注水过程中直接进行分层测试。前者是用各层的相对吸水量来表示分层吸水能力的大小,后者是用分层测试整理分层指示曲线, 并求得分层的吸水指数来表示分层吸水能力的好坏。1

影响因素根据现场资料分析和实验室研究, 引起注水井吸水能力下降的因素可综合为四个方面:

(1 ) 与注水井井下作业及注水井管理操作有关的因素, 主要包括: 进行作业时, 因用压井液使泥浆侵入注入层造成堵塞; 由于酸化等措施不当或注入操作不平稳而破坏地层岩石结构, 造成砂堵; 未按规定洗井, 井筒不清洁, 井内的污物随注入水带入地层造成堵塞。

(2) 与水质有关的因素, 主要包括: 注入水与设备和管线的腐蚀产物( 如氢氧化铁Fe3+, 及硫化亚铁FeS 等) 造成堵塞; 注入水中含有某些微生物( 如硫酸盐还原菌、铁菌等) , 除了它们自身有堵塞作用外, 它们的代谢产物也会造成堵塞; 注入水中所带的细小泥砂等杂质堵塞地层; 注入水中含有在油层内可能产生沉淀的不稳定的盐类。如注入水中所溶解的重碳酸盐, 在注水过程中由于温度和压力的变化, 可能在油层中生成碳酸盐沉淀。

①铁的沉淀

在油田注水过程中, 往往发现注入水在水源、净化站或注水站出口含铁量很低, 但经过地面管线到达井底的过程中, 含铁量逐渐增加。

②碳酸盐沉淀

当注入水溶解有重碳酸钙、重碳酸镁等不稳定盐类时, 注入地层后, 由于温度变化, 这些溶解盐析出生成沉淀, 堵塞地层孔道, 降低吸水能力。

③国内外一些研究表明, 注入水中含有的细菌( 如硫酸盐还原菌、铁菌等) 在注水系统和地层中的繁殖将引起地层孔隙的堵塞, 使吸水能力降低。这些菌的繁殖除了菌体本身会造成地层堵塞外, 还由于它们的代谢作用生成的硫化亚铁FeS 及氢氧化铁Fe3+沉淀而堵塞地层。

由于注入水中所含细菌和水一起进入地层而在一定范围内生长繁殖, 根据对一些井的调查, 带入地层的硫酸盐还原菌按排液量计算的活泼发育半径约为3～5 m。因此, 菌体和代谢产物对地层造成的堵塞不只是在井壁渗滤表面, 而且会发生在较深地带。这样, 将给解除细菌所造成的堵塞增加一定的困难。

(3 ) 组成油层的粘土矿物遇水后发生膨胀。

由于许多砂岩油层均存在着粘土夹层, 而岩石胶结物中亦含有一定数量的粘土, 因而在油层注水过程中, 往往由于粘土遇水膨胀造成地层堵塞, 甚至由于粘土膨胀后使岩石颗粒之间的联系变弱, 严重者, 在井壁处造成岩层崩解而坍塌。

粘土遇水膨胀的能力, 与构成粘土矿物的类型和含量有关。根据研究, 蒙脱石组成的粘土矿物膨胀性最大, 而高岭石组成的膨胀性最小。膨胀的程度随蒙脱石组成的矿物含量的增加而增大。粘土膨胀的大小与水的性质有关, 通常淡水比盐水使粘土膨胀的程度大。由于地层水含盐量高, 因而一般注地层水比注地面水引起的粘土膨胀要小。此外, 粘土中最小颗粒含量愈多, 膨胀性愈大。

由于不同油田上油层岩石中粘土含量与组成不同, 以及注入水性质不同, 因此粘土的膨胀程度以及对注水井吸水能力的影响程度也有所不同, 有的甚至没有明显的影响。在注水过程中, 上述影响吸水能力的各个问题可能同时出现, 但在不同条件下, 它们各自对注水井吸水能力的影响程度却有所不同。因此, 对具体情况应作具体分析, 从调查研究入手, 分析影响吸水能力降低的因素, 找出主要矛盾, 然后加以解决。

(4 ) 注水井地层压力上升。

前三方面是指在注水过程中, 由于地层孔道被各种堵塞物或粘土膨胀造成堵塞, 使吸水能力降低。第四方面则是注水过程中的正常现象。根据一些油田注水井取样分析, 其堵塞物一般为硫化亚铁、氢氧化铁、碳酸钙、泥质、藻类与细菌等。1

防止吸水能力下降的措施要防止吸水能力下降, 就要针对吸水能力下降原因采取相应的措施。在注水过程中应当采取以预防为主的措施, 防止对地层产生堵塞。为了避免泥浆侵害油层或因操作不当引起井底砂堵, 在注水井进行井下作业时, 一般采用不压井不放喷作业, 慎重而正确地进行酸化,注水操作要平稳。

油田的实践表明, 在注水过程中使吸水能力下降的主要因素是水质及注水系统的管理。因此在注水过程中, 要防止注水井吸水能力下降, 首先必须保证水质符合要求, 尽量避免由于水质不合格所引起的各种堵塞。

在注水井日常管理中应当注意以下几方面的问题:

(1 ) 及时取水样化验分析, 发现水质不合格时, 应立即采取措施, 保证不把不合格的水注入油层;

(2 ) 按规定冲洗地面管线、储水设备和洗井, 保持管线、储水设备和井内清洁;

(3 ) 保证平稳注水, 减少波动, 以免破坏地层结构和防止管壁上的腐蚀物污染水质和堵塞地层。1

改善吸水能力的措施在注水过程中应采取以预防为主的措施，防止造成油层堵塞。 造成吸水能力下降的主要原因是水质差或是注水系统管理不完善。

首先保证水质符合要求，避免由于水质不合格所引起的各种堵塞。其次是加强对注水井的日常管理，为此应当定期取水样化验分析，发现水质不合格则立即采取措施，定期冲洗地面管线、储水设备和洗井，平稳注水以免破坏油层结构，防止管壁上的腐蚀物污染水质和堵塞地层等。

（一）压裂增注

压裂是改善油层吸水能力的常用方法，该方法有普通压裂和分层压裂两种。

普通压裂适用于吸水指数低，注水压力高的低渗地层和污染严重的地层，对于目的层尽可能用封隔器卡开。

对于油层较厚，层内岩性差异大或多油层层面差异大的地层，可采用分层压裂的方法改善层间吸水矛盾。

（二）酸化增注

酸化是改善注水井吸水能力的另一有效措施。一方面酸化可用来解除井底堵塞物，另一方面可用来提高中低渗透层的绝对渗透率。

（三）粘土防膨

粘土防膨剂主要包括：

1、无机盐类，如KCl，NH4Cl等。此类药剂虽然能防止不膨型粘土的分散、运移及膨胀型粘土的膨胀，但有效期短。

2、无机物表面活性剂，如铁盐类。此类药剂对施工条件要求严，成本高，有效期短。

3、离子型表面活性剂，如聚季胺。此类药剂有效期长，成本低，易于施工。 由于粘土矿物成分和储层岩石的差异，没有一种固定的现成防膨剂通用于各类油层，欲取得理想的防膨效果，必须经过精心的室内筛选。2