分层注水指示曲线及其应用
1. 分层吸水能力研究的基本概念
(1) 注水指示曲线
注水指示曲线是表示注水井在稳定流条件下，注入压力与注入量之间的关系曲线。在分层注水情况下，分层注水指示曲线表示各分层(小层) 段注入压力(指经过井下水嘴后的) 与分层注水量之间的关系曲线，如图12-7所示。
(2) 吸水指数
吸水指数是指单位注水压差下的日注水量，是反映注水井(或油层) 吸水能力的指标，其表达式为 I w =q iw q iw = (12-2) ∆p iw p iwf -p iws
式中 I w ——吸水指数，m 3/(Mp a ⋅d ) ；
q iw ——注水井日注量， m 3/d ；
∆p iw ——注水压差，为注水井井底流压与注水井地层静压之差，Mp a ； p iwf ——注水井井底流压， Mp a ；
p iws ——注水井地层静压，Mp a 。
吸水指数的大小表示地层吸水能力的好坏，其数值等于注水指示曲线斜率的倒数。因此，只要测得注水井指示曲线(或分层指示曲线) 就可得到注水井吸水指数。生产中不可能经常关井测注水井地层静压，因此采用测指示曲线的办法，取得在不同流压下的注水量，求吸水指数，即
I w =∆q iw (12-3) ∆p iwf
式中 Δp iwf ——两种工作制度下注水井井底流压之差， Mp a ；
Δq iw ——相应两种工作制度下日注水量之差， m 3/d 。
(3) 比吸水指数
比较不同地层的吸水能力时，为了消除油层厚度的影响，常用每米油层有效厚度的吸水指数即比吸水指数来表示 I wR =I w (12-4) h
式中 I wR ——比吸水指数，m 3/(MP a ⋅d ⋅m ) ；
h——油层有效厚度， m 。
(4) 视吸水指数
用吸水指数进行动态分析时，需要对注水井测试取得流压资料之后进行。日常动态分析中，为及时掌握注水井地层吸水能力变化，常用日注水量与井口注水压力之比所求得的视吸水指数对比吸水能力。 I wa =q iw (12-5) q iwh
式中 I wa ——视吸水指数， m 3/(MP a ⋅d ) ；
p iwh ——井口注水压力，MP a ⋅。
在笼统注水情况下，若用油管注水，则式(12-5)中p iwh 取套管压力；若采用套管环空注水，则p iwh 取油管压力，以消除管柱摩阻影响。
(5) 相对吸水量
相对吸水量是指在同一注入压力下，某分层吸水量占全井吸水量的百分数，是用来衡量各分层相对吸水能力的指标。有了各分层的相对吸水量，就可由全井指示曲线绘制出各分层指示曲线，不必分层测试。
2. 分层指示曲线的压力校正
在实际生产中由于注入水通过油管、水嘴和打开节流器阀时产生压力损失，因此在同一井口压力下各层段真正有效的注水压力并不不同，因此需要进行层段注水压力校正，以消除井下注水管柱结构的影响。即采用有效注入压力(水嘴后压力) 与注入量绘制真实反映地层吸水规律的指示曲线。有效注入压力表示为
p ief =p iwh +p h -∆p fr -∆p ch -∆p va (12-6)
式中 p ief ——有效注入压力， MP a ⋅ ；
p iwh ——实测井口注入压力，MP a ⋅ ；
p h ——静水柱压力， MP a ⋅ ；
∆p fr ——注入水通过油管的摩擦压力损失，MP a ⋅ ；
∆p ch ——注入水通过配水嘴的压力损失， MP a ⋅ ；
∆p va ——注入水打开配水器阀的压力损失，MP a ⋅。
显然利用有效注水压力与注入量绘制的注水指示曲线，真实地反映了地层的吸水规律，与管柱结构无关；而实测井口压力绘制的指示曲线不仅与地层性质有关，还与井下管柱、配水器及水嘴的规格尺寸有关。严格地讲，对不同井层的注水动态对比分析时，应采用有效注入压力绘制的指示曲线。
3. 典型注水指示曲线
图12-8为分层测试时可能遇到的几种注水指示曲线的形状。
(1) 正常指示曲线
正常指示曲线分为直线递增式、上翘式和折线式。
1) 直线递增式指示曲线如图12-8中Ⅰ所示。它反映了地层吸水量与注入压力成正比，在直图12-8 典型的注水指示曲线上任取两点可求出吸水指数。当用指示曲线求吸水指数时，应当用有效注入压力绘制的曲线。
2) 上翘式曲线如图12-8中Ⅱ所示。这种上翘式曲线除与设备仪表有关外，还与油层性质有关。如在断层蔽挡或连通较差的“死胡同”油层中，注入水不易扩散，油层压力升高，注入水受到的阻力越来越大，造成曲线上翘。
3) 折线式指示曲线如图12-8中Ⅲ所示。压力较低时随压力增加注入量增加，而压力较高时，随压力增加曲线偏向注入量轴，说明低渗油层部位随压力增大由不吸水转为吸水；或有新的油层在较高压力下开始吸水；或因较高压力下地层产生微小裂缝使吸水量突然增大。
(2) 不正常指示曲线
不正常指示曲线有下述几种情况：
1) 垂直式指示曲线如图12-8中的曲线Ⅳ所示，注水压力增加，注水量不增。产生此种指示曲线可能是设备发生故障(如井下水嘴堵塞、流量计失灵) 或是油层渗透性极差所造成的。
2) 直线递减式指示曲线如图12-8中的曲线Ⅴ，说明设备或仪表有问题，曲线不能用。
3) 曲拐式指示曲线如图12-8中的曲线Ⅵ，主要反映设备、仪表有问题，曲线不能用。
4) 嘴后有汽穴。图12-8中的曲线Ⅶ是注水量很大时，通过水嘴的液流速度过高，水嘴喉部可能产生汽穴现象，这一特性可运用到液流的流量自动控制上。
4. 分层指示曲线的应用
因正确的指示曲线变化反映了地层吸水能力或井下工具工作状态的变化，因此可用来判断地层吸水能力的变化与井下工具的工作状况。
(1) 指示曲线右移，斜率变小
如图12-9所示，曲线Ⅰ为原测指示曲线，实线Ⅱ为经过一段时间后测得曲线(以下各图
同) ，对比Ⅰ、Ⅱ曲线，图12-9指示曲线右、左移动, 在相同注入压力p 1下，注入量由q iw 1增到q iw 2。主要原因有：
1) 地层吸水能力增强。如实施洗井或酸化、压裂等作业。
2) 井下配水嘴脱落。分层(段) 注水失去控制，指示曲线明显偏向注水量轴，至使全井指示曲线突然向右偏移，且斜率变小。通常可根据井下水嘴性能(是否易脱落) 及分层测试资料验证，即可发现。
3) 水嘴刺大。由于长期注水或水中可能含有砂及其它固体微粒，将水嘴刺大，某分层配水失控，亦可出现指示曲线向右偏移，且斜率变小。每测一次曲线逐渐向注水量轴偏移，与水嘴脱落不同之处在于其变化不是突然的，实际中可通过分层测试曲线对比分析。
4) 底部阀不密封。造成注入水自油管末端进入油套环形空间，使油套压基本平衡(或相等) ，封隔器不密封，控制注水量段失控，分层注水量大大小于全井注水量，可用分层测试或洗井后测试来确定。
(2) 指示曲线左移，斜率变大
图12-9中虚线Ⅱ，在相同注入压力p 1下，注入量由q iw 1降到q iw 3 ，其原因可能为：
1) 井下有污染，地层有堵塞。因注入水不合格或滤器失效使井底污染，地层堵塞，地层吸水能力下降，使指示曲线左移，斜率变大；相同注水压力p 1下注水量由q iw 1下降到q iw 3，而要达到原注水量q iw 1 需提高注水压力到p 2。处理方法：洗井或酸化解堵。
2) 水嘴堵塞。因注入水不合格或井下结垢、腐蚀等产物堵塞水嘴，使有效注入压力降低，没达到设计注水量，有与图12-9虚线Ⅱ相似的曲线。水嘴堵塞的层位可从分层测试资料看出。从经验上看水嘴堵塞比油层污染要快些(从两次测试曲线的时间上看) ，有时二者兼有。
(3) 指示曲线平行上移或下移
如图12-10所示，实线Ⅱ平行上移，斜率不变，地层吸水指数无变化，但在相同注入压
力p 1下，注入量由q iw 1 减小到q iw 2 ，而要达到原配注量q iw 1，需要将注入压力提高到 p 2，其原因是地层压力上升。图12-10中虚线Ⅱ平行下移说明地层压力下降。
此外在分层配注中，对井下封隔器的密封性在指示曲线上亦可反映出来。因此，可用指示曲线的变化来判断其密封性。封隔器失效主要是因胶筒变形或破裂无法密封，或由于配水器弹簧失灵及管柱底部阀不严造成封隔胶筒密封失效，使分层指示曲线无法测出。
封隔器失效的主要表现：油套压平衡，分层配注失效，注水量上升；注水压力不变(或下降) ，而注入量上升(封隔器失效后上下层串通，使吸水量高的控制层段注水量增加) 。第一级封隔器失效时，正注井中油、套压平衡，或注水量突然增加，油压相应下降，套压上升；合注井油、套压平衡，改正注后，套压随油压变化而变化。第一级以下各级封隔器若有一级不密封则油压下降(或稳定) ，套压不变，注水量上升。要确定哪一级失效，需用分层测试来验证。实际生产中曲线变化是复杂的，影响原因是多方面的，也可能为几种情况的组合，应进行综合分析，以判断指示曲线变化的原因，提出改进措施。
分层注水指示曲线及其应用
1. 分层吸水能力研究的基本概念
(1) 注水指示曲线
注水指示曲线是表示注水井在稳定流条件下，注入压力与注入量之间的关系曲线。在分层注水情况下，分层注水指示曲线表示各分层(小层) 段注入压力(指经过井下水嘴后的) 与分层注水量之间的关系曲线，如图12-7所示。
(2) 吸水指数
吸水指数是指单位注水压差下的日注水量，是反映注水井(或油层) 吸水能力的指标，其表达式为 I w =q iw q iw = (12-2) ∆p iw p iwf -p iws
式中 I w ——吸水指数，m 3/(Mp a ⋅d ) ；
q iw ——注水井日注量， m 3/d ；
∆p iw ——注水压差，为注水井井底流压与注水井地层静压之差，Mp a ； p iwf ——注水井井底流压， Mp a ；
p iws ——注水井地层静压，Mp a 。
吸水指数的大小表示地层吸水能力的好坏，其数值等于注水指示曲线斜率的倒数。因此，只要测得注水井指示曲线(或分层指示曲线) 就可得到注水井吸水指数。生产中不可能经常关井测注水井地层静压，因此采用测指示曲线的办法，取得在不同流压下的注水量，求吸水指数，即
I w =∆q iw (12-3) ∆p iwf
式中 Δp iwf ——两种工作制度下注水井井底流压之差， Mp a ；
Δq iw ——相应两种工作制度下日注水量之差， m 3/d 。
(3) 比吸水指数
比较不同地层的吸水能力时，为了消除油层厚度的影响，常用每米油层有效厚度的吸水指数即比吸水指数来表示 I wR =I w (12-4) h
式中 I wR ——比吸水指数，m 3/(MP a ⋅d ⋅m ) ；
h——油层有效厚度， m 。
(4) 视吸水指数
用吸水指数进行动态分析时，需要对注水井测试取得流压资料之后进行。日常动态分析中，为及时掌握注水井地层吸水能力变化，常用日注水量与井口注水压力之比所求得的视吸水指数对比吸水能力。 I wa =q iw (12-5) q iwh
式中 I wa ——视吸水指数， m 3/(MP a ⋅d ) ；
p iwh ——井口注水压力，MP a ⋅。
在笼统注水情况下，若用油管注水，则式(12-5)中p iwh 取套管压力；若采用套管环空注水，则p iwh 取油管压力，以消除管柱摩阻影响。
(5) 相对吸水量
相对吸水量是指在同一注入压力下，某分层吸水量占全井吸水量的百分数，是用来衡量各分层相对吸水能力的指标。有了各分层的相对吸水量，就可由全井指示曲线绘制出各分层指示曲线，不必分层测试。
2. 分层指示曲线的压力校正
在实际生产中由于注入水通过油管、水嘴和打开节流器阀时产生压力损失，因此在同一井口压力下各层段真正有效的注水压力并不不同，因此需要进行层段注水压力校正，以消除井下注水管柱结构的影响。即采用有效注入压力(水嘴后压力) 与注入量绘制真实反映地层吸水规律的指示曲线。有效注入压力表示为
p ief =p iwh +p h -∆p fr -∆p ch -∆p va (12-6)
式中 p ief ——有效注入压力， MP a ⋅ ；
p iwh ——实测井口注入压力，MP a ⋅ ；
p h ——静水柱压力， MP a ⋅ ；
∆p fr ——注入水通过油管的摩擦压力损失，MP a ⋅ ；
∆p ch ——注入水通过配水嘴的压力损失， MP a ⋅ ；
∆p va ——注入水打开配水器阀的压力损失，MP a ⋅。
显然利用有效注水压力与注入量绘制的注水指示曲线，真实地反映了地层的吸水规律，与管柱结构无关；而实测井口压力绘制的指示曲线不仅与地层性质有关，还与井下管柱、配水器及水嘴的规格尺寸有关。严格地讲，对不同井层的注水动态对比分析时，应采用有效注入压力绘制的指示曲线。
3. 典型注水指示曲线
图12-8为分层测试时可能遇到的几种注水指示曲线的形状。
(1) 正常指示曲线
正常指示曲线分为直线递增式、上翘式和折线式。
1) 直线递增式指示曲线如图12-8中Ⅰ所示。它反映了地层吸水量与注入压力成正比，在直图12-8 典型的注水指示曲线上任取两点可求出吸水指数。当用指示曲线求吸水指数时，应当用有效注入压力绘制的曲线。
2) 上翘式曲线如图12-8中Ⅱ所示。这种上翘式曲线除与设备仪表有关外，还与油层性质有关。如在断层蔽挡或连通较差的“死胡同”油层中，注入水不易扩散，油层压力升高，注入水受到的阻力越来越大，造成曲线上翘。
3) 折线式指示曲线如图12-8中Ⅲ所示。压力较低时随压力增加注入量增加，而压力较高时，随压力增加曲线偏向注入量轴，说明低渗油层部位随压力增大由不吸水转为吸水；或有新的油层在较高压力下开始吸水；或因较高压力下地层产生微小裂缝使吸水量突然增大。
(2) 不正常指示曲线
不正常指示曲线有下述几种情况：
1) 垂直式指示曲线如图12-8中的曲线Ⅳ所示，注水压力增加，注水量不增。产生此种指示曲线可能是设备发生故障(如井下水嘴堵塞、流量计失灵) 或是油层渗透性极差所造成的。
2) 直线递减式指示曲线如图12-8中的曲线Ⅴ，说明设备或仪表有问题，曲线不能用。
3) 曲拐式指示曲线如图12-8中的曲线Ⅵ，主要反映设备、仪表有问题，曲线不能用。
4) 嘴后有汽穴。图12-8中的曲线Ⅶ是注水量很大时，通过水嘴的液流速度过高，水嘴喉部可能产生汽穴现象，这一特性可运用到液流的流量自动控制上。
4. 分层指示曲线的应用
因正确的指示曲线变化反映了地层吸水能力或井下工具工作状态的变化，因此可用来判断地层吸水能力的变化与井下工具的工作状况。
(1) 指示曲线右移，斜率变小
如图12-9所示，曲线Ⅰ为原测指示曲线，实线Ⅱ为经过一段时间后测得曲线(以下各图
同) ，对比Ⅰ、Ⅱ曲线，图12-9指示曲线右、左移动, 在相同注入压力p 1下，注入量由q iw 1增到q iw 2。主要原因有：
1) 地层吸水能力增强。如实施洗井或酸化、压裂等作业。
2) 井下配水嘴脱落。分层(段) 注水失去控制，指示曲线明显偏向注水量轴，至使全井指示曲线突然向右偏移，且斜率变小。通常可根据井下水嘴性能(是否易脱落) 及分层测试资料验证，即可发现。
3) 水嘴刺大。由于长期注水或水中可能含有砂及其它固体微粒，将水嘴刺大，某分层配水失控，亦可出现指示曲线向右偏移，且斜率变小。每测一次曲线逐渐向注水量轴偏移，与水嘴脱落不同之处在于其变化不是突然的，实际中可通过分层测试曲线对比分析。
4) 底部阀不密封。造成注入水自油管末端进入油套环形空间，使油套压基本平衡(或相等) ，封隔器不密封，控制注水量段失控，分层注水量大大小于全井注水量，可用分层测试或洗井后测试来确定。
(2) 指示曲线左移，斜率变大
图12-9中虚线Ⅱ，在相同注入压力p 1下，注入量由q iw 1降到q iw 3 ，其原因可能为：
1) 井下有污染，地层有堵塞。因注入水不合格或滤器失效使井底污染，地层堵塞，地层吸水能力下降，使指示曲线左移，斜率变大；相同注水压力p 1下注水量由q iw 1下降到q iw 3，而要达到原注水量q iw 1 需提高注水压力到p 2。处理方法：洗井或酸化解堵。
2) 水嘴堵塞。因注入水不合格或井下结垢、腐蚀等产物堵塞水嘴，使有效注入压力降低，没达到设计注水量，有与图12-9虚线Ⅱ相似的曲线。水嘴堵塞的层位可从分层测试资料看出。从经验上看水嘴堵塞比油层污染要快些(从两次测试曲线的时间上看) ，有时二者兼有。
(3) 指示曲线平行上移或下移
如图12-10所示，实线Ⅱ平行上移，斜率不变，地层吸水指数无变化，但在相同注入压
力p 1下，注入量由q iw 1 减小到q iw 2 ，而要达到原配注量q iw 1，需要将注入压力提高到 p 2，其原因是地层压力上升。图12-10中虚线Ⅱ平行下移说明地层压力下降。
此外在分层配注中，对井下封隔器的密封性在指示曲线上亦可反映出来。因此，可用指示曲线的变化来判断其密封性。封隔器失效主要是因胶筒变形或破裂无法密封，或由于配水器弹簧失灵及管柱底部阀不严造成封隔胶筒密封失效，使分层指示曲线无法测出。
封隔器失效的主要表现：油套压平衡，分层配注失效，注水量上升；注水压力不变(或下降) ，而注入量上升(封隔器失效后上下层串通，使吸水量高的控制层段注水量增加) 。第一级封隔器失效时，正注井中油、套压平衡，或注水量突然增加，油压相应下降，套压上升；合注井油、套压平衡，改正注后，套压随油压变化而变化。第一级以下各级封隔器若有一级不密封则油压下降(或稳定) ，套压不变，注水量上升。要确定哪一级失效，需用分层测试来验证。实际生产中曲线变化是复杂的，影响原因是多方面的，也可能为几种情况的组合，应进行综合分析，以判断指示曲线变化的原因，提出改进措施。