姬六注水站承担着长庆油田第五采油厂马家山东作业区罗1和耿60区块95%的注水任务,分为姬六注和姬六注改扩建部分。管辖65个配水间,注水井176口,实际开井166口,日可配注3957m3,实际日注水3653m3。2011年对姬六注系统进行了全面的改扩建,更换了分水器、高压闸门及部分管线、泵进出口减震软管等,把站内系统压力由原来的16MPa提升到18~18.5MPa。这一系列改造之后又出现了新的问题:姬六注设计注水能力为4000m3,已基本达到其配注能力的上限,为满足系统中个别高压注水井的注水需求,而不得不提高该注水系统的压力,致使注水泵频繁出现故障,给姬六注系统的安全、平稳、经济运行带来不小的压力。又因姬十四增干线末端注水问题,尽管姬六注分水器压力高达18 MP a,而末端的5个配水间分水器压力仅为16MPa,并且该配水间所管辖的长8注水井注水压力普遍需求较高,平均注水压力达16.5MPa,致使地209-66、207-64、21 1-6 4等注水井注水困难。因此,针对马东区块低渗透油藏的地面注水系统现状,如何有效满足注水需求,分析并降低注水系统的压力损失,调整、平衡与优化系统水压并保证系统的平稳、安全、经济运行,是马东区块注水亟待解决的技术难题。而改善低渗透油藏注水开发效果的注水方式调整与优化,以达到提高单井产量及最终原油的采收率,降低开发投资和生产成本,提高整体开发效益为目的等方面的技术还鲜见报道[1~5]。笔者在马东区块地面工程开发中,通过对注水系统进行分析、调整与优化,提出了适合低渗透油藏开发的注水地面新技术。
注水管网总压力损失:Δp管=Δp分+Δp干+Δp配+Δp井
式中:Δp管为注水管网总压力损失,M Pa;
Δp分为分水器泵阀控制压力损失,M Pa;
Δp干为注水干线、支干线压力损失,M Pa;
Δp配为配水间控制压力损失,MPa;
Δp井为注水单井管线压力损失,MPa。
分水器泵阀控制压力损失Δp分一般较小,它与各注水干线管路特性曲线有关。减少Δp分需要泵的性能和管网的合理匹配。
注水干线、支干线压力损失Δp干及注水单井管线压力损失Δp井与注水管线的长度、走向、水的流速等有关。姬六注系统部分管网及注水参数见表1。
(1)姬六注系统改造前的水头损失分析。
以地209-69配为例,采用流体力学原理进行分析:液体在长距离输液管路上的总水头损失hw,包括沿程水头损失和局部水头损失(即hw=hf+hj)。在本文中,笔者仅讨论沿程水头损失hf。根据达西—魏斯巴赫(D arcy-Weisbach)公式:hf=λ·(L/D)·(υ2/2g)及hf总=hf1+hf2+···+hfn。
先选姬六注到地90-90配之间的干线Φ0.114m×3600m,Q=1250m3·d-1,当量粗糙度Δ=0.6mm(注水管线系旧钢管),相对粗糙度ε=2Δ/D=10.526×10-3,g=9.8m·s-2,水的运动粘滞系数γ水=1.0×10-6m2·s-1,将流量Q(m3·d-1)换算为流速υ(m·s-1),υ=4Q/(24·3600·π·D2)=1.418m·s-1。
计算雷诺(Reynolds)数Re,确定流体的运动状态:Re=υD/γ=161652,水力光滑区上限雷诺数:Re 1=59.7/ε8/7=14 7 1 0,混合区上限雷诺数:Re 2=(665-765lgε)/ε=303112,59.7/ε8/7≤Re≤(665-765lgε)/ε,则流体的运动处于光滑区与粗糙区的混合区。沿程阻力系数λ为:1/λ1/2=-1.8lg[6.8/Re+(Δ/3.7 D)1.11],λ=0.0 2 82;
用达西-魏斯巴赫公式算出:hf1=0.0282×3600×1.4182/(0.114×2×9.8)=91.36m水柱。
同理可以得出:hf2、hf3、hf4。
由此可以得出总水头沿程损失:hf总=9 1.36+9 1.0 0+16.1 1+3.2 5=2 01.7 2m水柱高(约2.0MPa)。
姬六注至地209-69配高差:hf3=1782.50-1 6 0 2.5 0=1 8 0.0 0 m水柱,即姬六注至地209-69配的局部水头损失hj为180m水柱。hw=hf+hj=2 01.72+18 0=3 81.72 m水柱。
分析上述计算过程及其结果可知:姬六注至地90-90配沿程水头损失最大,hf与D成反比,管径越细,沿程水头损失越大;地209-69配距离姬六注大约为11.9km,hf与L成正比,干线距离越长,注水半径越大,沿程水头损失也越大;加上变径、闸阀、弯头、配水器等局部水头损失,地209-69配至姬六注总压力损失为3.8 M P a。注水半径大,干线距离长,姬六注至地90-90配管径小造成姬十四增干线末端注水压力较低。因此要减小压力损失可从两方面采取措施:增大姬六注至地90-90配的管道直径,适当降低水流速,以减小压力损失;缩短供水距离,也同样可以减小压力损失。
实际采取的技术措施为:增加一条姬六注至地90-90配的注水分支干线(Φ0.114m×3600m)。
(2)姬六注系统改造后的水头损失分析。
增加一条姬六注至地90-90配的注水分支干线后,姬六注至地90-90配的沿程水头损失分析:假设改造后的干线总流量不变而两根分支干线流量减半,流程管径、长度不变。依据节点分析法分段计算沿程水头损失:两条管线总的压力损失为51.68m水柱,减少了约40m水柱的压力损失。hf总=5 1.6 8+9 1.0 0+1 6.1 1+3.2 5=1 6 2.0 4 m水柱(约为1.6 M P a)。地2 0 9-6 9配距离姬六注大约为1 1.9 k m,增加一条姬六注至地90-90配的注水分支干线后,得出的总沿程水头损失为162.04m水柱(约为1.6MPa),比改造前的2.0MPa减小0.4MPa,且在已有的流程条件下,变径、闸阀、弯头、配水器等设备不变,因局部水头损失hj与液体流经管道的相对粗糙度有关,故系统中的局部水头损失与改造前一致;系统压力损失比改造前减小了近0.4MPa,提高了注水井的注水压力。
配水间控制压力损失Δp配的大小与配水间分水器压力、各注水井的注水压力数值分布范围有相当大的关系。当个别注水井的注水压力远大于通常的注水压力时,为满足这些注水井的注水需求就需要适当提高整个注水系统的压力,由此造成多数注水井必须通过配水间流量调节阀进行调配,使Δp配增大,造成严重的节流耗能现象。
姬十四增干线末端6个配水间注水层位均为长8;而长4+5阀组间位于干线的前部。罗1区块长8油层平均注水压力为16.1MPa,而首端的耿60区块长4+5油层平均注水压力为13.3MPa,这样就造成了长8阀组间压力低于前面的长4+5阀组间,致使其水井注水不足。于是不得已采取提高注水站压力来增加末端阀组间压力的方式增加长8油井的注水量,而问题产生的根源在于注水管网设计有缺陷,需要进一步改进。
高压注水井的治理,其配套的工艺技术常见的有两种:一是实施注水井单井增注技术,以降低其注水压力,达到普遍注水井的压力水平;二是重新设置一套独立于原注水系统之外的压力系统,对区块高压注水井实施注水作业。
(1)注水井单井增注技术。
注水井单井增注技术的优点:投资少,进度快,增注效果明显,但注水井注水压力并没有明显减低,从采取措施前的18.0MPa降低至目前的16.2MPa,这对均衡注水井压力、减小控制压力的损失是不利的,因此不适用于注水干线长、管网设计不完善的区块增注。
(2)新建压力系统实施区块增注技术。
新建压力系统的技术已在该区块的注水管网改造中投入应用。该区块3个配水间位于注水干线的末端,分水器压力低,注水量不足,9口井有7口注水量不足。2011年4月,新建地188-40数字化撬装注水站后,9口井全部达到按需配注,说明新建压力系统技术适用于注水半径大、末端压力低的区块注水系统改造(如表2)。
姬十四增干线的末端需要治理注水量不足的注水井数量多、范围集中,与地188-40区块的情况相类似,比较适合采用区块增注技术。在对该区块注水井进行治理时可以利用绝大部分注水管网,重新设置一套独立于原注水系统之外的压力系统,并排除其相互之间的干扰,实施区块高压注水井增注技术。该技术措施实施时,需新建1口注水井,加装2个储水罐、1台排量合适的高压注水泵,利用原有注水干线作为新注水撬的注水干线,在5个长8配水间中部地势较高的地209-67井组建设撬装注水站。这不但可以使欠注井达到配注要求、投资少、管理方便,而且减轻了姬六注的负荷,并保证了其它区块的注水压力,减小了姬六注注水半径并为今后提高泵压留有一定的余量。
(1)对注水系统不断进行分析、调整与优化,提出适合低渗透油藏开发的注水新工艺技术:增大姬六注至地90-90配的管道直径;适当降低注水流速;减小姬六注注水半径,均可减小注水的压力损失;新建地209-67注水撬,地209-64、208-63、2 0 9-6 7、2 0 9-6 9及2 1 3-7 4等由新建注水撬管辖,优化、简化了注水工艺流程,从而达到满足节约工程投资、降低生产运营成本的目的。
(2)实施注水工艺技术分析并采取相应的技术措施,以增加地层能量,改善马家山东区块油藏的开发效果,提高油藏的原油采收率,已经产生了良好的社会效益和可观的经济效益。该技术可在相关的油藏开发中推广应用。
摘要：通过对姬六注水系统的压力损失分析,提出了调整与优化该系统注水压力的方法:增大姬六注至地90-90配的管道直径并适当降低水的流速,以减小系统的压力损失;减小姬六注的注水半径,为以后提高泵压留有一定的余量;新建地209-67注水撬,地209-64、208-63、209-67、209-69及213-74等由新建注水撬管辖,可以有效满足其注水需求,减小注水系统的压力损失并保证其安全、平稳、经济运行,解决了马家山东区块注水亟待解决的问题。
关键词：注水,注水系统,压力损失分析,调整与优化,低渗透油藏,马家山东区块
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