提高注水井工况管理分析研究

2022-09-15

一、注水井发展现状

在我国油井开发的过程中, 油层所具有的能量会根据开采的时间不断增长而逐渐减少, 导致该油层的油压持续降低, 而且该地层的原油就会发生脱气现象, 致使原油的粘度不断增大, 出油量就会明显降低, 严重的时候会停产, 原油停喷, 地下大量的原油无法继续开采, 造成严重的经济损失。针对上述现象, 为了解决开采原油后地下形成的亏空, 增大原油的油压, 提高原油的采收率, 保证油田开发的经济效率, 提出油井注水开采方法。我国对油井注水技术还存在着不少问题, 例如成本比较高, 油井的经济效率低, 在注水过程中分注技术低, 水的注入量难以控制, 配注方法不完善等等, 这将对油井的开发产生严重的不利影响。因此如何提高油井注水工况管理就显得尤为重要。在针对油井注水工况管理的研究中, 首要的任务是如何保证注水质量, 提高油井注水工作的可靠性和高效性, 实现油井的稳定和高效开采, 降低生产成本。

此前在油田开发过程中, 对注水井工况的相关诊断与设计主要是依经验法来进行, 因此在实施过程中误差比较大, 注水质量比较低。经过各个领域的石油专家学者及工作人员的不断研究, 设计出注水井工况相关的系统模型及软件, 对注水进行实时的分析控制以及软件模拟。在注水井开采过程中, 对注水工况实现实时的分析诊断和优化管理, 并且对于复杂的地层, 注水井工况系统模型给出最优的数据参数, 利用模糊神经网络等信息融合技术确定合理的配注方法。

二、注水井工况分析研究

在油井注水工作过程中, 比较关键的两个参数是注水的体积量以及压力, 当二者处于平衡时, 上述两个参数如果改变其中一个, 就破坏原始的平衡状态, 此时会形成压力波, 该压力波与注水设备以及地层因素有关。在地面上的注水设备, 如注水泵、压力表、地面管线、流量计以及闸门等工作状态异常, 都会形成压力波动, 出现注水井工况异常情况。在井下的注水设备中, 如果注水器的水眼被堵住或者直径变大, 封隔器失去作用, 过滤网被堵塞, 水泥环中存在窜槽, 单向阀的密封性能达不到要求, 油管出现脱落现象, 也会引起注水压力波动。此外, 地层结构如果发生变化, 如地层渗透性改变, 原油油压发生变化, 地层被污染等等, 也会影响注水的压力波动。在油井注水过程中, 工况异常的情况主要有:注入水的排量变化异常;压力表检测的压力出现异常;堵住水眼;水眼直径增大;仪表读数异常;污染注水地层;地层渗透性发生较大变化;油管发生脱落;井下封隔器无法起到封隔作用等等。

对油井注水工况异常进行研究分析, 建立专门的系统模型进行诊断并制定相关的解决措施。该系统模型主要包括三个部分, 即模型融合、算法融合以及决策制定系统。针对在注水时经常遇到的异常问题, 将其进行系统化研究, 确定注水过程中的参数因素与异常工况存在的关系, 将各种信息进行融合, 建立相关的模型, 并对算法融合以及处理决策的制定建立理论基础。注水井工况诊断模型的建立, 需要融合的信息主要包括数据参数、工况特征以及处理决策。在模型的建立中, 首次利用模糊神经网络对异常工况进行诊断及分析, 在模糊神经网络的分层上, 第一层有6个神经元, 与规则前件对应, 称为模糊化;第二层有12个神经元, 与规则中间对应, 称为模糊推理;第三层有1个神经元, 与规则后件对应, 称为反模糊化。在使用之前, 必须对模糊神经网络进行相应训练, 利用在注水过程中出现的不同的异常工况, 对模糊神经网络的反应模式进行分类, 在正常工况与异常工况之间形成映射关系。

对注水井工况进行分析主要包括对水井的分析, 油管的力学分析以及地层状况的分析。通过记录油管内压力与注水量, 建立二者随时间的关系, 从而判断注水井是否工作正常;根据注入水的体积量与水的压力, 对井下管柱、水眼、单向阀、仪表以及封隔器的工作状况进行分析, 判断设备是否正常运行, 以此对注水井工况进行分析。对注水井油层管柱的分析主要是对管柱和封隔器的力学进行分析, 根据已有的数据, 理论计算出管柱在作业时所承受的载荷的变化规律、管柱在复杂情况下受力发生的形变大小、封隔器在解封以及坐封时发生的形变大小, 对下井管柱满足注水要求提供理论支持。在研究地层对注水工况的影响时, 根据试验井的数据资料, 确定压力与时间的规律曲线, 计算出地层的渗透率、地层具有的压力以及导压系数等数据, 准确的确定地层的吸水性能, 为注水的实时操作和油井的动态开发提供详细资料。

三、优化措施

1.

为了使管柱设计及配注情况达到所需要求, 注水井优化设计主要是根据对工况分析的结果, 主要从水井设计参数、管柱以及水眼进行优化设计的。在水井设计参数方面, 测定注水量以及水的比热参数, 并根据单相流原理, 预测在不同阶段下温度和压力的分布状况, 并在地层所具有的压力、管柱直径、井口施加压力不同的情况下, 研究注入液体的提及量与压力的关系, 从而确定注水的配注量以及管柱的最优直径。在管柱优化方面, 主要是根据目前井中的压力、管柱直径以及受到的复杂应力, 采用等应力范围和等安全系数法对管柱受力进行详细计算, 确定满足强度要求的管柱组合。在水眼优化方面, 主要是根据磨损曲线回归公式, 计算出沿程摩阻、井下液体静压以及液体流动压力等参数, 从而对水眼进行相关配置。

2.

提高注水井工况管理, 还需要确定合理的配注方法。在确定配注方法时必须遵循以下原则:地层压力的调整、含水上升速度的控制以及产液量的限制。配注方法是否合理是地层压力能否有效调整的关键;根据含水上升速度, 将含水上升的速率降到最低;根据产液量的限制条件, 来确定配注的注入量。确定配注方法时, 必须确定该区域的注采比、井的连通关系、劈分系数以及方向比例系数等。

结束语

在目前我国注水井开发过程中, 需要对工况进行分析以及诊断, 掌握实时的注水情况。通过建立相关的系统模型, 并且采用融合信息技术实现了对工况的详细分析研究;在理论研究的基础上, 确定了合理的配注方法, 满足了油田开发的稳产高产和稳油控水的需求。

摘要：目前我国油井的开发大多采用注水方式实施, 因此是否能有效的控制油井注水状况, 将对油田开发产生直接影响。通过对注水井技术的深入研究, 设计注水井实时系统模型, 并对注水井的工况进行归类, 分析井下未注水区域和过度注水区域的试验数据, 检测出钻井工具、注水地层以及管柱的工况;建立相关的诊断模型, 利用模糊神经网络等信息融合技术进行诊断, 优化了注水井配注方法, 大大提高了注水井工况管理的可靠性。

关键词：注水井工况,诊断模型,融合技术,配注