数字化技术在油田注水精细管理中的实践与成效

曾小明，夏如君，李 伟，金云智，魏 峰

（中海石油（中国）有限公司海南分公司，海口 570206）

0 引言

当前能源安全形势严峻复杂，如何保障国家能源安全，是我国石油石化企业面临的重大挑战。与此同时，我国各大油田开发阶段基本进入开发中后期，处于中高含水期，开采和稳产难度大。为了降低产量递减速度，补充地层能量，稳定地层压力，注水是油田目前原油稳产最主要和最高效的措施。随着以云计算、物联网、大数据和人工智能等技术为代表的数字化浪潮在全球席卷开来，同时叠加新冠疫情的影响，各行各业为了生存，加快了数字化转型升级步伐，数字化新技术的应用是企业降本增效、提高竞争力、实现高质量发展的重要支点和有力抓手。为此各大石油公司在智能油田建设方面也加大了探索力度，同时取得了显著成效。本文主要是探讨如何通过数字技术与油田注水管理深度融合，实现“注够水、注好水、精细注水、有效注水”，达到科学注水，实现提高采收率、提高单井产量、降低递减率。

1 注水管理现状

南海西部涉及注水开发油田11 个，注水平台13座，分注率达到了80%，分注方式以同心集成为主，注水贡献产量占分公司原油产量比重过半。注水工作是保障油田基础产量重要举措，但南海西部注水油田基本都为低渗油田，地层敏感性较强，注入水与地层配伍性不好，注水工作量大，注水成本较高。同时注水管理自动化水平不高，很多工作依然需要依靠科研和管理人员线下资料收集、统计、分析、监控和跟踪，无法支撑和满足公司未来的产量任务和高速的业务增长，具体表现为：资料存储分散，缺乏统一管理；生产井动态缺乏有效监控、预警；注水调配方案编制、注水指标跟踪线下耗时耗力，效率低。急需管理创新，以适应新常态、实现新突破、驱动新发展。通过数字化转型把数据作为关键生产要素，挖掘数据价值、提升注水效果、提高注水管理水平，保障油田能够“注够水、注好水、精细注水、有效注水”，为企业赋能。

2 数字化转型方案

针对存在的问题，系统以生产实时数据和生产动态数据库等为数据源头，将注水管理所需要的各类资料整合集成在一起，应用物联网技术和机器学习算法实现注水流程重要节点的实时监控、预警和评价；建立注采井组，实现以注定采、以采定注调配方案的快速计算（图1）；并基于业务管理要求，对注水调配等各类措施效果进行跟踪统计，按油田、作业区、分公司三个维度对各类注水指标进行跟踪统计，推动注水井管理工作从线下步入线上精细化动态管理，实现注水提质增效。

图1 系统架构

3 应用效果

3.1 数据一站式查询

注水研究和管理所需数据类型多、数据量大，包括了生产动态数据、测试数据、分析化验数据和生产实时数据等。通过将这些数据集成、统一和共享，整合到统一的数据中心和平台上，极大提升数据的获取和查询效率。注水所需数据包括了地质油藏、注水工艺和注水设备设施三个方面的内容，其中地质油藏涵盖了从单井、区块和油田三个维度的内容。同时系统从注水管理和注水研究的角度，对数据进行抽取、重新组织、处理、统计分析和可视化展示，便于研究人员和管理人员分析和决策，挖掘数据隐含的价值。

3.2 动态可视化监控

应用物联网技术实现了注水流程重要节点的实时监控、预警和评价：对注水流程及设备、油水井生产动态等进行可视化监视和监控预警，并基于行业标准对产量递减率、含水上升率等进行动态评价。

3.2.1 注水设备监控

为了保证注水设备的正常运转，减少或者避免停机事件的发生，需要对注水设备运行状态进行实时监控。利用物联网技术获取注水设备的实时数据，从现场传回来，以可视化手段直观地对注水流程中重要参数如注水泵的流量、压力等进行监控，便于掌握和分析目前的生产状况（图2）。通过采用SPC 和决策树算法，建立监控和预警模型，对注水设备的运行状态进行监控和预警，及时发现注水泵的异常和故障，并报警，从而减少故障发生率，降低由于设备故障造成产量损失。

图2 注水流程和设备监控

3.2.2 生产动态监控和预警

（1）注水量。注水量作为最主要的注水参数，直接影响着注水效果。只有注够水，才能保持注采平衡。根据油田实际配注需求制订注水计划，按公司、作业区、油田和单井四个维度对注水量进行实时跟踪，及时发现注水过程中的注水异常情况比如欠注和超注现象，有针对性地调整注水措施，保障能“注够水”。

（2）注水压力。合理的注入压力是保证注水能力的关键，也是保障注水安全、减少套管损坏的重要因素。注水压力过低时，注入水很难进入地层，地层能量得不到补充；注水压力过高时，超过地层破裂压力则会造成地层出现微裂缝，导致套管损坏，影响注水作业安全。系统实现了注水压力实时监控和预警，有力保障了“注水安全”。

（3）注水水质。注水水质直接影响注水工艺效率和注水开发效果，尤其对低渗油藏来说，地层敏感性较强，与地层配伍性不好，注水容易伤害地层，造成不可逆的伤害，使吸水能力进一步下降；同时注入水与地层水容易结垢，堵塞储层渗流通道，之前部分井组就出现过由于地层堵塞注不进水的情况。因此需要控制好注水水质，合格的注入水质既能实现注采平衡、保持地层压力，又不会对储层渗流物性及其非均质性产生较大影响。水质监控是油田保障“注好水”的关键。

水质指标主要包括悬浮固体含量、悬浮物颗粒直径中值、含油量、硫酸盐还原菌（SRB）、铁细菌（IB）、腐生菌（TGB）和平均腐蚀率共七大指标（表1），辅助性指标有总铁、溶解氧硫化物和pH 值等。每天根据注水泵出口处和有代表性的注水井井口处取样的分析化验结果，与企业规范中的注入水水质标准进行比对，实时动态显示各油田的达标次数以及达标率。同时还可以快速定位不达标的注入水，促使注水水质达标率持续提升。

表1 注入水质达标率监控表

（4）吸水能力。吸水能力是衡量注水井效果的主要指标，主要采用注水井指示曲线、吸水指数、视吸水指数、相对吸水量来表征。尤其对于低渗油田来说，注水井吸水能力低，启动压力和注水压力高，而且随着注水时间延长，矛盾加剧，甚至出现注不进水现象，更需要时刻监控注水井的吸水能力。如果吸水能力下降了，要进行相应原因分析，影响因素包括了注水水质、储层物性和注入压力等。

（5）生产动态评价。生产动态评价主要从注水井工况和生产指标进行评价。建立了注水井工况分析与诊断模型，通过注入压力为纵坐标，实际注入量与配注量比值作为横坐标建立图版，将注水井分为合格区、欠注区、超注区和待落实区，其中合格区是指注水基本正常，实际注入量与配注量相比在20%范围内，注入压力也合理；欠注区是指注入量低于配注量的80%，注入压力偏低，相应措施就是调大水嘴、加大注入压力等；超注区是指注入量超过了配注量的20%，注入压力偏高，相应措施就是调小水嘴；待落实区是指注入压力低，而实际注入量与配注量比值却较高，或者注入压力高，而实际注入量与配注量比值却较低，与正常规律相违背，需要去核实数据的正确性以及分析原因。生产指标评价主要是指对产油量、含水率和存水率等指标进行评价，通过对各单井、各油田的指标设置阈值来进行预警。总的来说，通过对注水井工况和生产指标进行监控和预警，能够提高注水井的管理和分析水平，为注水井生产调整和措施作业等决策提供依据，满足油田注水现场生产管理需求。

3.2 智能调配

基于建立的注采井组，以及数据中心的油井的油气水纵向劈分系数和注水井的横向劈分系数等数据，实现了“以采定注”“以注定采”两种方法的调配方案的快速自动化计算（图3）。“以采定注”，即给采油井定产量，来计算注水井需要配注多少，通过数据中心的注采比、劈分系数和配产，快速计算注水井的配注量多少。“以注定采”，即给注水井定注入量来计算采油井产量多少。智能调配改变了以往注水管理人员线下计算和调配的工作模式，可以快速提高调配效率。

图3 智能调配方案流程

3.3 措施效果跟踪

注水措施效果跟踪有利于找出影响注水开发效果的因素，分析存在问题，制定配套措施，开展综合调整。油田每年都会针对产量任务，制订注水计划，比如分层调配、解堵和压裂等，因此很有必要对这些计划措施进行跟踪，根据措施效果进行滚动计划，确保增油量考核指标完成。通过对措施效果的分析，也可总结好的经验进行推广，吸取差的教训。

3.4 指标考核

指标考核是指公司每年都会在“注够水、注好水，精细注水、有效注水”方面下达注水考核任务。系统可以分油田级、作业公司级、分公司级三个维度对注入量和自然递减率等13 个注水指标实时动态跟踪、预警及线上考核（表2），实现了过程管理，又做到了结果考核，提升了注水井精细化管理水平。

表2 注水考核指标跟踪表

4 结语

目前公司上下都很视注水工作，设立了“注水提升年”，注重注水基础管理，强化过程监控，降低注水能耗，优化效果跟踪。通过数字化转型，智能注水管理系统已在南海西部11 个注水油田得到了很好的应用，改变了传统的注水管理模式，实现了注水精细化管理，同时在提高工作效率、节约人工成本和产量贡献方面创造了较高的经济效益，向注水要到了产量、要到了效益。数字化转型任重而道远，是一个长期复杂的系统性工程，接下来分公司会全力推进数字化转型探索与实践，全方位支撑和服务于公司的生产经营目标。