海上油田污水回注技术与应用

［收稿日期］２０１４－０３－１０［作者简介］何芬（１９８０－），女，工程师，现主要从事油气田开发管理方面的研究工作。海上油田污水回注技术与应用何芬（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津３００４５２）李涛（中石油大港油田分公司勘探开发研究院，天津３００２８０）马奎前，张建民，蔡晖（中海石油（中国）有限公司天律分公司，天津３００４５２）［摘要］海上油气随着开采进行，产出污水量会不断增加，甚至可能超出平台已有的污水处理能力，这就迫切需要增加污水回注井，将生产污水经平台简单处理后，回注进地层，以满足环保的要求。以ＢＺ２６－２油田为例，提出了海上油田污水回注研究思路与方法：通过静态、油藏工程、油藏数值模拟方法，首先探讨了通过库伦－摩尔滑动准则精确计算出断层活化的压力的方法，然后针对油田断层分布情况、储层发育特点以及实际污水回注需求量，优化设计污水回注井位，预测出地层压力变化，确保安全生产。该方法为安全污水回注提供了理论依据，目前在渤海油田已经推广和应用。［关键词］污水回注；断层；封闭性；活化；地层压力［中图分类号］Ｘ７３０．１；ＴＥ９９２．２［文献标志码］Ａ［文章编号］１６７３－１４０９（２０１４）２６－０１１８－０４随着油田开发进行，在生产过程中油气藏会伴随大量的地层污水产出，随着人类环保意识的不断加强，为了防止生产水污染和解决产出污水不断增加的问题，产出污水回注到地层［１］已经被越来越多的油气田所采用。国内外许多油田开发管理工作者曾进行了污水回注研究，大多都是对已有的污水回注井进行注入水配伍性、酸化解堵、管柱工艺等方面，针对如何提高回注井的运行效果，降低注水井注入压力进行研究［２－３］。随着注水时间、污水回注总量的不断增加，地层压力会随之产生变化，必须严格控制地层压力低于通天断层活化的压力，才能确保不出现注入水外溢［４］，即因为断层活化，引起的断层封闭性变差，导致注入水先侧向进入断层，然后沿断面垂直上升，发生注入水外溢现象。通过研究，达到科学合理设计污水回注井井位，确保油田安全生产的目的。为此，笔者以渤海ＢＺ２６－２油田为例，进行了海上油田污水回注研究。ＢＺ２６－２油田位于渤海南部海域，是在潜山披覆构造背景上形成的复合油气藏，油田主力含油层段为馆陶组（Ｎｇ）、东营组（Ｅｄ）及太古界潜山，开采层位主要是馆陶组。馆陶组为构造层状油藏，边、底水发育，天然能量非常充足。油田于２００４年投入开发，馆陶组地层压力略有降低。１断层封闭性原始断层的封闭性在空间上表现为２个方面：①断层的侧向封堵性，即断层面在测向上阻止流体穿越断层运移的能力；②断层的垂向封闭性，即断裂物质阻止流体沿断裂带纵向运移的能力。而随着污水回注的进行，地层压力会发生变化，当地层压力增加到一定程度，通天断层就会出现活化现象，断层的封堵性变差，断层附近的注水井注入的污水就侧向进入断层，顺着断面垂向上升，发生外溢。如果发现不及时，继续注水，就会发展成严重的海底溢出事件。因此，断层封堵性研究［５－６］，主要是对油田内部是否存在大的通天断层进行摸排，然后针对通天断层计算出对应的断层失稳压力，也就是活化需要达到的压力。“通天”断层，即断至平原组的断层。通过三维地震资料解释、相干分析及地层对比，落实油田内部通天断层及与通天断层搭界的断层分布范围，是污水回注研究的关键。通过馆陶组构造图可知，在ＢＺ２６－２油田周边断裂系统比较发育，共解释出５条断层。从过南北向地·８１１·长江大学学报（自科版）２０１４年９月号石油中旬刊第１１卷第２６期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｇｔｚｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔＳｃｉＥｄｉｔ）Ｓｅｐ．２０１４，Ｖｏｌ．１１Ｎｏ．２６震剖面（见图１），可以看出其中Ｆ１、Ｆ５为通天断层，Ｆ３、Ｆ４为与通天断层搭接的大断层，Ｆ２为次生小断层。图１断层分布示意图图２库伦－摩尔滑动准则示意图２断层失稳压力计算２．１库伦－摩尔滑动准则目前业界已经开始将岩土力学基本的库伦－摩尔屈服准则理论应用到断层稳定性研究中。笔者就如何计算断层活化的临界压力作为研究重点。对于巨型岩体，当断层断至海底时（内聚力为０），库伦滑动准则可以用于工区断层稳定性分析（见图２）。断层在形成过程中，一般受到正应力和剪应力２种作用［７］，计算公式如下：σｎ＝（σ１＋σ３）－（σ１－σ３）ｃｏｓ２α２（１）τ＝（σ１－σ３）ｓｉｎ２α２（２）式中，σｎ为正应力，ＭＰａ；τ为剪应力，ＭＰａ；σ１为最大水平主应力，ＭＰａ；σ３为最小水平主应力，ＭＰａ；α为断面倾角。根据库伦滑动准则，断层沿着断面开始滑动应满足下式：τ＝τ０＋μ（σｎ－Ｐ０）（３）当断层断至海底时，内聚力τ０视为０，即τ０＝０，依据库伦滑动准则：τ＝μ（σｎ－Ｐ０）（４）式中，μ为摩擦系数；Ｐ０为临界地层压力，ＭＰａ。·９１１·第１１卷第２６期何芬：海上油田污水