基于物质平衡理论的油田节水量计算方法研究

2018-07-20吕亳龙解红军马建国林冉陈由旺

石油石化绿色低碳 2018年2期

吕亳龙，，解红军，马建国，林冉，陈由旺

（1.中国石油天然气股份有限公司规划总院，北京 100083；2.中国石油天然气集团公司勘探与生产分公司，北京 100007）

中国石油天然气集团公司（简称中国石油）作为中央大型能源企业，始终面临着能源稳定供应和有效保护环境的双重挑战，节能节水工作日益重要。随着国家加强对水资源的管理，节水量也将成为一个重要的考核指标，需进一步规范节水管理与考核工作，促使企业合理用水。

1 现行油田“单耗法”计算方法存在的问题

油气田企业完成节水量约占中国石油完成节水总量的48%，是节水量大户。目前，油气田生产业务采用行业标准SY/T 6838—2011《油气田企业节能量与节水量计算方法》[1]和企业标准Q/SY 61—2011《节能节水统计指标及计算方法》[2]中规定的产品单耗法计算节水量，见式（1）。

式中：ΔW为节水量，万m3；Gby为报告期原油总产量，t；Gbbq为报告期伴生气总产量，m3；ry为伴生气折原油系数，t/万m3；Gbs为报告期油井产出液中产水量，t；Hyj为基期单位原油（气）液量生产新水量，m3/t；Hyb为报告期单位原油（气）液量生产新水量，m3/t。

随着油田进入高含水开发阶段，为保持油藏压力，补充地层能量，减缓油田产量递减和提高采收率，维持油田稳产，除了采油污水处理后回注外，尚需注入大量新鲜水，注水开发消耗的新鲜水量逐年增加，导致单位原油（气）液量生产新水量下降幅度极小；再如大庆的海拉尔、新肇油田、吉林的乾安油田、长庆油田等低产低渗油田，西峰油田等特低渗透油田，为了建立有效驱替压力系统，增加原油在地层中的流动能力，保持油藏的稳产能力，提高低压油藏采收率，注水时机由滞后注水、同步注水逐步发展到超前注水，消耗了大量的新鲜水，导致单位原油（气）液量生产新水量指标不但未降，反而有所上升。由于大部分油田单位原油（气）液量生产新水量指标降低的幅度逐年减小，甚至上升，因而现行标准规定的产品单耗法计算的油田节水量逐年减小、个别油田甚至为负值。

由于地层情况的复杂性，注水环节及注水流向尚不能精确控制，因而很难把整个注水环节当作稳定的耗水工序来分析，单位原油（气）液量生产新水量指标只能从宏观上反映全油田用水的水平，却不能详实地反映油田生产业务用水的特点，因而单耗法计算节水量的方法没有反映出油藏生产情况变化导致的油田注采平衡调整对新鲜水消耗的影响，也不能计算出注采平衡调整产生的节约新鲜水量，不能客观、真实地反映油田节水工作的业绩。

2 “平衡法”油田节水量计算方法研究

2.1 研究思路

当前，中国石油80%的原油产量来自注水开发方式，水驱开发涉及地质储量130亿t。油田生产业务中用于水驱开发的注入新鲜水总量约占油田生产业务新鲜水消耗总量的80%。传统的注水工艺将水按一定的流量和压力注入地下，由于地层情况的复杂性，注入水流向很难精确控制，造成部分注入水无效流失，不能有效发挥其驱替作用，浪费新鲜水资源。

随着技术进步，笼统注水方式逐渐转变为“注好水、注够水、精细注水、有效注水”的精细注水方式，控制油田综合含水率上升速度，提高油田注水效率和水驱采收率，减少无效注水。但是，目前因油田生产尚未达到地上地下一体化优化管理，所以通过细分油藏等途径调整开发方案，减少无效注入量而节约的新鲜水不能反映到地面统计中。因此，需结合油藏实际情况，通过注采平衡模型研究，探索能够真实反映注水开发方案调整产生节水量的方法，计算出注水过程中节约的新鲜水量，同时还要考虑除注水开发之外的用水环节节约的新鲜水量，做到节水统计不重复，不遗漏。

2.2 “平衡法”计算方法

根据油田用水特点，将油田主要用水环节分为开发注入用水和地面用水两个环节，产生的节水量分别为开发节水量和地面节水量。开发节水量指通过精细注水、堵水调剖、减少无效注水等提高注水效率的途径节约的注入新鲜水量，针对固定工艺应用修正单耗法计算的节约新鲜水量；开发节水量计算方法即基于物质平衡理论的“平衡法”油田节水量计算方法。地面节水量指通过技术进步、管理升级、漏失治理、加大污水回用量等途径控制新鲜水消耗量，对各独立用水环节应用技术措施法计算的节约新鲜水量。

1）物质平衡理论分析

油田开发经历上产阶段和稳产阶段后，迅速进入产量递减阶段，产量下降，采收率降低。因此油田生产大都采用人工注水形成刚性水驱开发以保持油藏压力，使油田稳产，保证持续开发。开发过程中，水的供应非常活跃，压力高、流量大，油藏压力、产液量、汽油比保持不变，油藏中采出油量等于供应区补充水量，因而采油量和水侵入量相等。

根据Schilthuis R J基于物质守恒原理建立的油藏物质平衡方程[3]，将储集烃类的多孔介质系统简化为储集油气的地下容器，在该地下容器内，随着油藏的开采，油、气、水的体积变化服从物质守恒原理，由此可以建立溶解气驱、天然水驱和人工水驱同时存在的混合驱动方式下的油藏的物质平衡模型。

2）注采平衡模型建立

随着油田开发，油藏综合含水率升高，产量递减，在进行节水量计算时，需剔除产量递减对注采平衡的影响。即若要基期和报告期的产量在同等水平上可比，在不考虑新增区块的影响下，需要将基期的产量减去由于综合递减所减少的那部分产量。相应地，若将基期产量扣除由于综合递减减少的那部分产量，则基期注入的新鲜水也应减去与驱替综合递减油量对应的新鲜水量。由此可建立原始状态下以及修正后的特定边界区块内油藏的注采物质平衡模型。

修正后注采平衡模型：注入新鲜水＋回注污水-考虑综合递减产量而减少的注水量产油量＋产水量-由于综合递减造成的产量减量

3）“平衡法”指标及公式建立

建立“单位原油（气）生产注入新水量”单耗指标，用于衡量指定区块内注新鲜水水平和精细化注水的成效。通过基于物质平衡理论，对油田注采平衡状态的研究，将开发因素导致新鲜水消耗变化作为主要指标，充分考虑油田精细注水的节水成效，研究建立适用于刚性水驱开发油田的节水量计算方法，即开发节水量计算公式，见式（2）。

式：ΔWk为开发节水量，m3；Zj为基期注入新鲜水量，m3；Mj为基期油田原油及伴生气产量，t；Zb为报告期注入新鲜水量，m3；Mb为报告期油田原油及伴生气产量，t；伴生气折油量按1 255 m3伴生气折1 t原油计；τ为修正系数，主要反映了与报告期注水水平相比，综合减产和储油层综合含水率对基期注水水平的影响。式（2）揭示了报告期与基期相比，产生同样的油气产量少注入的新鲜水量，适用于油田开发节约注入新鲜水量的计算。