在注水过程中油田结垢对油层渗透率减损的控制

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摘 要：在油气生产过程结垢尤其是硫酸盐垢的累积和沉积过程是流体流动中存在的主要问题之一，这就给注水油藏带来了严重的挤注和生产问题。合理的计划，要对挤注水处理、处理垢进度表、沉积规划有严密的规划。此时，预测滞留在孔隙中硫酸盐垢的成分及对应的在近井地带对油层渗透率的伤害程度是十分必要的。它同样也是评价在注水过程中油田结垢对油层渗透率损害的必要步骤。

关键词：油田注水 油田结垢 油层渗透率 减损

引言

在油田注水的过程中由结垢造成的地层伤害是严重影响经济效益的因素之一。预防和预测结垢需要对混合物、垢、地层构造和地层伤害情况作一个详细的描述和说明。在注水时不配伍的水在油藏中混合。垢的积累并不是随混合区域的运移而产生，而是在当混合区域运移不会导致渗透率明显下降时才开始。垢在近井地带对地层产生的伤害远远低于井眼附近地区。

因此为了确定由于油田结垢导致流动能力降低的可调整参数、储集层性质和流体性质，有必要开发一个模型。这需要对流度比进行精确测定和对伴随油田结垢引起的油藏渗透率减损管理。

一、在井眼附近油田结垢理论建立

假定径向流以恒定流量q流动，流动半径为r。以现存的热力学模型为基础，理论模型需要对占据孔隙空间的垢的成分作描述，相应所造成的地层伤害、表皮因子、表皮附加压降可通过下列各项式子分别表示出。

二、垢饱和模型

假定一个理想渗流方程，Fadairo等人表达出了在近井地带硫酸盐垢饱和度的方程如下所示：

（1）

式中l k 和l f分别是地层伤害系数和孔隙度伤害系数，

其中l k=exp（3KdepCt）l f=exp（-KdepCt） 2

热力学模型是根据Atkinson等人为计算T而编制的程序得出

活度系数假定为1.0，在通常情况下这是不正确的，但却不会随压力变化。矿物浓度和压力降的关系可以表达为：

（3）

三、油田结垢导致渗透率伤害

最近Fadairo等人提出模型来处理在由近井地带不同径向距离产生的硫酸盐垢所引发的渗透率减损和孔隙度减损，如下所示：

渗透率减损模型：K=Ko[1-l fSs（1-Swi）]3.0 （4）

孔隙度减损模型：f= fo [1-l fSs（1-Swi）] （5）

4表皮因子模型公式

在注水过程中油田垢沉积引起地层伤害最终导致近井地带表皮效应。表皮因子是一个应用于油田计算来预测表皮效应大小或地层损害程度的无因次变量。照惯例表皮因子可表示为：

（6）

Fadairo等人表达的结垢效果是建立在表皮因子和在挤注不同孔隙体积的海水时相应表皮附加压力以及在垂直井中不同工作参数、油藏性质参数的基础上。由油田结垢引发的表皮因子可以表示为：

（7）

由油田结垢引发表皮效应导致的附加压力降可以表示为：

（8）

采用Renard和Dupuy给的表达式，我们可以表示出水平井和垂直井的伤害：

（9）

将式（7）带入式（9）中得到：

（10）

式（10）表示的是油田结垢对在垂直井中表皮因子在挤注不同孔隙体积的海水时的影响效果。这个式子同样表示了不同工作参数、油藏性质参数对表皮效应的影响。

五、结果讨论

由分析Haarberg等（1992）的结垢数据见表一和Civan（2001）关于流体/油藏性质的数据见表二并将其运用至预测模型中，可知挤注低孔隙体积且浓度在0%～10%之间的海水，渗透率下降的原因主要归结为BaSO4垢。换句话说，在挤注低孔隙体积的海水时由BaSO4垢引起的地层伤害要高很多。在远离井眼的多个径向距离中，地层损害最严重的情况发生在挤注低孔隙体积且浓度在0%～10%之间的海水时。海水和地层水以1：9混合时，观察到在产水率相对较低时孔隙很快被堵塞（Haarberg等，1992）。

在已做的研究中发现高沉积率发生在距井眼较近的径向距离内，渗透率伤害程度随着径向距离的增加而很快下降。在具有高表皮因子的地方时最容易发生由沉积垢引起的流动能力降低。

垂直井比水平井具有更大的表皮因子。这就意味着垂直井比水平井更容易受到由垢引起的伤害。表皮因子

随着井的水平部分长度增加而增加。因此及时发现在长度较长的水平井中注水以获得高产量和低垢沉积量这一规律是十分必要的。

当流量大时高的表皮因子更容易出现。因此流量减少会优先增加一口井的生产时间而不是由沉积垢导致流动能力下显著降低，最终引起表皮因子的降低。在一个给定的流量下，由于近井地带结垢导致地层伤害程度随井眼附近压力梯度增加而增加【1】。

六、结论

通过以上研究，得出以下结论：

1.在挤注每一个给定孔隙体积的海水，由于硫酸盐垢沉积引起的注水油藏油井的伤害程度由多孔介质中的油田固体垢的饱和度决定。

2.油田垢导致渗透率减损是由于工作参数和油藏参数（如盐水中垢的浓度、流体粘度、地层体积系数、垢的密度、注入量、压降、油藏温度、油藏厚度、流体速率、水平井井眼的长度）。

3.为了获得高产和低垢沉积率，水平井的水平段长度越长注水效果越好。

七、建议

1.在给定的注水速度下，可以通过降低井眼附近的压力梯度来减少结垢。

2.一般情况下，减慢注水速度会降低在井眼附近的结垢率同时延长挤注时间。

3.这些模型可以用来分析、评价、模拟垢的形成速度和以及模拟生产操作及注水时引起的渗透率减损。

参考文献：

[1]SPE 126116