壹、水源在註水工程規劃初期，需要尋找和選擇最適合油藏特點的水源（Water Resource）。根據註入水的水質標準，綜合考慮水處理、防腐、建設成本等因素做出選擇。尋找水源的基本原則是：
（1）水源充足、穩定，能滿足註水、輔助生產用水、生活用水和其他用水的需要。
（2）水質相對較好，水處理工藝簡單，經濟技術可行。
（3）優先利用含油廢水，減少環境汙染。
（4）考慮水的二次或多次利用，減少資源浪費。
水源類型有地下水、地表水、含油汙水、海水和混合水。
淺層淡水壹般位於河床沖積層，水量穩定，水質不受季節影響。深層地下水礦化度較高，深層取水可減少細菌的影響。
地表水主要是河流、湖泊、水庫中的淡水，礦化度低，泥沙含量高，溶解氧充足，生物數量多，有臭味、膠體，水量受季節變化影響大。
含油廢水壹般堿性強、硬度低、含鐵少、礦化度高、含油量高、膠體多、懸浮物成分復雜，必須經過水質處理後才能排放。隨著油藏開采水量的增加，含油汙水已成為油田註水的主要水源。
海水資源豐富，含氧量和含鹽量高，腐蝕性強，懸浮物顆粒隨季節變化大。墨西哥灣沿岸或近海油田壹般使用海水。淺水源井在沿海鉆探，地層的天然過濾作用可減少機械雜質。
同時使用上述兩種或三種水源被稱為混合水，尤其是含油廢水與其他水源混合使用時。在嚴重缺水地區，生活汙水可以與含油汙水或其他水源混合使用。
二、水質水質（Water Quality）是註入水的水質指標，表示註入水所允許的礦物質、有機物和氣體的成分和含量，以及懸浮物含量和粒徑分布等指標。
1.地層傷害的原因 註水水質不良會造成地層傷害，導致吸水能力下降，註水壓力升高。造成傷害的主要原因如下。
1）不溶物造成油層堵塞註水中含有的機械雜質和細菌會堵塞油層。細菌的繁殖會增加流體粘度並產生無機沈澱。溶解氧、H2S 和其他腐蝕產物對金屬的沈澱會堵塞滲流通道。油及其乳化液也會堵塞喉道，表現為液鎖、吸附在喉道表面的乳化液滴等。
2）註入水與地層水不相容，註入水可能直接與地層水變成 CaCO3、CaSO4、BaSO4、SrSO4 等沈澱物。溶解在水中的 CO2 可生成與 Ca2+、Fe2+、Ba2+、Sr2+ 等離子相對應的碳酸鹽沈澱。
3）註入水與油層巖石礦物不匹配，對礦化的敏感性會引起油層粘土的膨脹、分散和運移。傷害程度取決於粘土礦物的種類和含量、油層的滲透率、註入水的礦化度。淡水造成的粘土膨脹壹般比鹽水嚴重。粘土中最小顆粒的含量越高，膨脹越嚴重。此外，註入水還會導致乳狀液反轉。
4）註水條件的變化低註水速率有利於結垢和細菌生長；高註水速率會加劇腐蝕、顆粒脫落和遷移。在註水過程中，地層溫度逐漸降低，流體粘度逐漸升高，抗滲性逐漸增大，吸水能力逐漸減小。水溫會影響礦物和氣體的溶解度，造成結垢，溫度下降有利於放熱沈澱的產生，也會導致蠟沈澱。壓力變化會導致應力敏感性，破壞油層結構，產生沈澱。 pH 值變化會導致顆粒脫落、分散和沈澱，pH 值越高，結垢傾向越大。
油層的客觀存在和所含流體的特性是油層傷害的潛在因素；註入水的水質是誘發油層傷害的外部條件，也是註水成敗的關鍵。因此，改善水質可以有效控制地層傷害。
2.註水水質要求不合格造成油藏吸水能力下降，註水壓力升高，註采失衡，原油產量下降。註水水質的基本要求是：水質穩定，不與地層水反應產生沈澱；不使地層粘土礦物產生水化膨脹或懸浮；低腐蝕、低懸浮；混合水源應保證匹配良好。
為使註入水滿足上述要求，應做到以下幾點。
1）根據儲層巖石孔隙結構和喉部中值控制懸浮物，嚴格控制水中固相物質的粒徑和濃度。低滲透層要求對註入水進行精細過濾，以減少對油藏的損害。
2）控制腐蝕介質溶解氧、侵蝕性 CO2 和 H2S 是造成註水設備、管道鋼材腐蝕的根本原因。水中存在大量鐵離子是腐蝕的征兆。氧氣會加快腐蝕速度。限制氣體含量可以控制腐蝕的規模和速度，延長註水系統的使用壽命，減少腐蝕產物對管線形成的堵塞，降低采油成本。因此，必須嚴格控制腐蝕介質的含量和總腐蝕速率。
3）控制含油量註入水中大部分是含油汙水。油的聚合、積聚、吸附等會給油藏的滲透性帶來許多不利影響。
4）細菌含量的控制在我國油田註水中，硫酸鹽還原菌、吸附菌和鐵細菌的危害最為嚴重。在特定條件下，細菌的繁殖速度驚人，半小時內數量就會增加壹倍。硫酸鹽還原菌以有機物為營養，在厭氧條件下可將硫酸鹽還原成硫化物，產生的 H2S 會腐蝕鋼鐵，形成 FeS 沈澱。鐵細菌能分泌大量的 Fe（OH）3，促進二價鐵氧化為 Fe3+，還能為硫酸鹽還原菌的繁殖提供局部厭氧區。肥料細菌能從有機物中獲取能量，其受到的危害與鐵細菌類似。細菌分泌的大量粘性物質強化了水垢的形成，堵塞了油層的孔喉，增加了管網的流動阻力。
5）控制水垢管壁結垢的危害是設備磨損、腐蝕和阻流；油層滲流通道結垢會嚴重影響吸水能力。註入水與油層巖石礦物、地層水不匹配，會產生沈澱。兩種水混合也會產生沈澱。沈澱是結垢的先決條件。鈣離子會迅速與碳酸鹽或硫酸鹽結合，生成水垢或懸浮固體顆粒。鎂離子也會與碳酸鹽發生沈澱。鋇離子與硫酸鹽結合會形成極難溶解的硫酸鋇。控制流速、pH 值和其他條件可以防止水垢的形成。
三、大多數水源需要進行水處理。有些進水水源只需簡單處理，甚至不必處理，而有些低滲透油藏對水質處理技術要求很高。
1.水處理措施 1）沈澱 沈澱（Precipitation）是讓水在沈澱池中停留壹定時間，使懸浮固體顆粒借助自身重力沈澱下來。足夠的沈澱時間和沈澱速度是關鍵。在沈澱池中增設蜿蜒曲折的擋板，可以改變流向，增加流量，延長沈澱時間，有利於顆粒的凝聚沈澱。絮凝劑可與水中的懸浮物產生物理和化學作用，使細小顆粒凝聚成大顆粒，加快沈澱速度。沈澱後，水中的懸浮物含量應小於 50mg/L。
2）過濾過濾（Filtration）是水質處理的重要環節。從沈澱池出來的水，往往含有少量的細小懸浮物和細菌，去除它們需要過濾。即使是不需要沈澱的地下水也需要過濾。
過濾可去除懸浮固體或鐵，並可部分去除細菌。地下水中的鐵成分主要是二價鐵離子，極易水解生成 Fe(OH)2，Fe(OH)2 氧化後形成 Fe(OH)3 沈澱。過濾後，機械雜質含量應小於 2mg/L。濾池（Filter）有多種，圖 7-1 是壓力式錳砂除鐵濾池。
圖 7-1 錳砂除鐵濾池
1-濾池；2-濾料層；3-墊層；4-集配水管；5-進水管；6-反沖洗排水管；7-出水管；8-反沖洗進水管；9-自動排氣閥；10-排氣管3）殺菌控制水中細菌的方法很多，但沒有壹種是普遍有效的。細菌的適應性和抵抗力很強，各種方法應交替使用。除化學方法外，紫外線照射也可消滅硫酸鹽還原菌。清洗管網和洗井有助於減少細菌的危害。
4）脫氣 地表水和海水中總是溶解有壹定量的氧氣。有些水源含有 CO2 和 H2S，應去除這些腐蝕性氣體。真空脫氧塔如圖 7-2 所示。低壓促使溶解氣體充分溢出，低溫不利於脫氣。可采用多級工藝降低氧含量。天然氣或惰性氣體與水逆流沖洗可抽出水中的溶解氧，如圖 7-3 所示。在酸性條件下，真空脫氧或氣舉脫氧可同時去除 H2S 和 CO2。化學藥品也可去除氧氣，可與前兩種方法結合使用。
圖 7-2 真空脫氧塔
圖 7-3 逆流氣提脫氧塔
5）采油水中含有少量小直徑油滴，呈現浮油、分散油和乳化油三種分散狀態。只要稍加靜置浮油就能浮出水面；如果靜置時間足夠，分散油也能浮出水面。含油乳化液是主要的處理對象。重力除油裝置主要是提供足夠的停留時間，使油珠聚集分離。氣浮法是向水中註入大量小氣泡。氣泡附著在懸浮的油滴上，使油滴變輕，更容易浮出水面。
6）曝曬 當水中含有大量不穩定的過飽和碳酸鹽，如碳酸氫鈣、碳酸氫鎂和硫酸亞鐵等，註入油層後溫度升高，可能會產生碳酸鹽沈澱，堵塞油層。曝曬可預先將碳酸鹽沈澱出來。
處理飲用水或有特定水質要求的水，要軟化去除鈣離子、鎂離子，脫鹽去除各種溶解鹽。
2.水處理工藝水處理工藝有封閉式和開放式兩種水處理系統。封閉式水處理系統（Closed Water Treating System）是與氧氣完全隔離的系統，用於沒有空氣或氧氣很少、幾乎沒有化學處理的系統。當水源中氧氣飽和或需要通過曝氣去除 H2S 和 CO2 時，則采用開放式系統。應按照水質指標選擇處理設備和工藝措施，安全、經濟、科學地安排工藝流程，可結合具體場地、水源、水質等適當改變處理工藝。
1）采出水處理工藝采出水處理主要是解決去除水中的油、細菌和懸浮顆粒等問題。目前，油田對汙水處理采用重力除油池，處理工藝如圖 7-4 所示。
圖 7-4 汙水處理流程圖
1-除油池；2-過濾池；3-緩沖水池；4-水泵；5-清水池；6-高壓註水泵；7-清水池。高壓註水泵；7-油泵；8-汙油罐；9-汙水循環罐；10-循環水泵；11-混凝劑溶劑罐；12-加藥泵；13-殺菌劑溶劑罐；14-加殺菌劑泵 2）地下水處理工藝 地下水礦化度高，主要含有鐵、錳礦物和懸浮物。錳砂除鐵濾池可以去除鐵和大部分懸浮物。處理工藝如下：用深井泵從源井抽水，用錳砂除鐵過濾罐、石英砂過濾罐處理後，通過緩沖罐，再用水泵送入輸水管道。
3）地表水處理工藝地表水含泥沙和溶解氧較高。處理的重點是除氧和去除懸浮物。處理工藝為：引水構築物→水泵房→水泵房→藥劑混合池→反應沈澱池→過濾器→清水池→吸水池→水泵房，計量後送入輸水管道。
4）海水處理工藝 海水中含有氧氣和懸浮物。處理工藝主要包括三級凈化聯合裝置和兩級脫氧工藝。
低滲透油藏對水質要求較高。除基礎處理外，深度強化處理還需要精細過濾。對於特低滲透油藏，高水質標準會增加處理成本，因此可以采用註氣來維持地層壓力。
四、註水井動態與註水井流入動態類似，註水井動態是研究註水井吸水能力及其影響因素。利用註水井指示曲線可以分析地層吸水能力的變化，判斷井具狀況。
1.註水井指示曲線 註水井指示曲線是指在穩定流動條件下，註水壓力與註水量之間的關系曲線。小層指標曲線是各小層註水壓力與註水量的關系曲線，可通過投測法獲得。測得的指標曲線有直線型和折線型。在圖 7-5 中，直線遞增曲線 1 反映了地層的吸水規律。垂直曲線 2 表示地層滲透性極差、水槍堵塞或測試故障。下降曲線 3 和彎曲曲線 4 是異常指示曲線。曲線 5 向上彎曲，反映地層連通性差，註水不易擴散，阻力增大，壓力升高，註水量增幅減小。曲線 6 為下折型，說明在較高註水壓力下，新油層開始吸水或地層產生微裂縫，導致油層吸水增加。
圖 7-5 指示曲線的形狀
指示曲線斜率的倒數就是註水指數，它表示註水井單位井底壓差的日註水量，描述了單口註水井或單層的吸水能力。單位儲層厚度的吸水指數稱為比吸水指數或每米吸水指數。每日註水量與井口註水壓力之比稱為表觀吸水指數。
2.註水剖面註水剖面（註水剖面）描述註水井的分層吸水能力。常用同位素載體法測量註水剖面，將放射性同位素固相載體吸附到水中，配制成活化懸浮液。當水註入地層深部時，固相載體被過濾並沈積在地層表面。固相載流子吸附力強，懸浮均勻，在吸水率高的地層聚集較多，放射性強度高。在註入活化懸浮液前後，分別進行放射性測井，通過叠代兩條放射性曲線得到吸水曲線。曲線中的異常點就是吸水層（圖 7-6）。每壹層的異常面積占整口井異常面積的百分比就是相對吸水率，即壹小層的吸水率占整口井吸水率的百分比。井溫法也可用於確定吸水層。
圖 7-6 吸水率曲線
3、指標曲線分析 指標曲線反映了地層的吸水能力和吸水規律。比較不同時期測得的指標曲線，可以了解油藏吸水能力的變化。在圖 7-7 至圖 7-10 中，曲線Ⅰ是第壹次測得的曲線，曲線Ⅱ是壹段時間後測得的曲線。
圖 7-7 指示劑曲線右移
圖 7-10 曲線平行向下
（1）指示劑曲線右移，斜率變小，說明吸水指數變大，地層吸水能力增強（圖 7-7）。
（2）指標曲線左移，斜率變大，說明吸水指數變小，地層吸水能力變差（圖 7-8）。
圖 7-8 指標曲線左移 （3）指標曲線平行向上，是地層壓力上升引起的，斜率不變，說明吸水能力沒有變化（圖 7-9）。
圖 7-9 曲線平行上移
（4）指示曲線下移，是地層壓力下降引起的，斜率不變，說明吸水能力沒有變化（圖 7-10）。
正常註水壹般只測全井註水。可用近期分層測試資料整理出分層指標曲線，求出近期各層正常註水壓力吸水量和全井註水量，計算出各層相對註水量，再將目前測得的全井註水量按比例分配到各層段。
五是註水工藝，由註水井將水按質按量註入特定油層是註水工藝的主要內容。油田註水系統包括油田供水系統、油田註水地面系統、井筒流動系統和油藏流動系統。
1.註水系統包括油田地面註水系統和井筒流動系統。它由註水站、配水房、井口、井下配水柱和相應的管網組成。
有些井是專門為註水而鉆的註水井，將低產井、特高含水油井和邊際井改造成註水井的誘惑也很大。註水井的井口設備是註水采油樹。井下結構最好簡單，通常只需要管柱和封隔器。多個註水井組成壹組註水井，由配水室配水。可在井口或配水間加裝增壓泵和過濾裝置，壹般在配水間對每口註水井進行計量。
註水站是註水系統的核心。註水站的基本流程是：水進站→計量→水質處理→儲水罐→泵出。儲水罐具有儲水、緩沖壓力和分離的作用。註水站可向單井或配電室配水。註水管網的直徑和長度直接影響註水成本。
2、分層註水分層註水的核心是控制高滲透層吸水，加強中低滲透層吸水，使註入水均勻推進，防止單層突進。井下管柱有固定配水柱（圖 7-11）、活動配水柱和偏心配水柱。配水器產生壹定的節流壓差，控制各層的註水量。分層配水的核心是選擇井下水嘴，利用水嘴的大小，通過水嘴的節流損失來調節各層的配水量，從而達到分層註水的目的。
圖 7-11 固定配水管柱
3、註水工藝措施 油藏進入中高含水期後，平面矛盾、層間矛盾、層內矛盾日益突出。在非均質油田，各層段吸水能力的性質差異很大，註水井吸水剖面極不均勻。有裂縫的高滲透層吸水多，油井出水嚴重；中低滲透層吸水少，地層壓力下降快，油井難產。必須對高滲透層進行調堵，降低吸水能力；對低滲透層進行改造，降低流動阻力。因此，改善吸水剖面，實現均衡吸水，可以提高註入水體積波及系數。
增壓註水是提高井底註水壓力的工藝措施。高壓使地層產生微小裂縫，在小孔道中流動，在低滲透層中吸水。適當提高註水壓力可以均衡和提高各層的吸水能力。
脈沖噴嘴加壓是使水流產生大範圍脈動，形成高頻水柱。高頻壓力脈沖可使近井區域的汙染物松動、脫落，分散固相顆粒和異相液滴，起到防堵、解堵、增註的作用。脈沖水嘴加壓適用性更強，不改變原有配水、測試工藝，不增加投資。
定期註水又稱間歇註水或不穩定註水。周期性地改變註水量和註水壓力，形成不穩定狀態，是由不同滲透層或裂隙與基巖之間的液體交換引起的。滲透率差異越大，液體交換能力越強，效果越好。這種方法可以降低綜合含水率。
封堵方法有三種：機械法是用封隔器封堵特高吸水層段或限制註水孔的流量；物理法是用固體顆粒、重油或泡沫封堵高滲透層段；化學法是現場應用最廣泛的壹種，作用機理不盡相同。為了滿足不同註水井的需要，各種調剖技術不斷湧現。
低礦化度註水會打破地層原有的相對平衡，造成粘土水化膨脹。礦化度梯度註入就是逐漸降低註入水的礦化度。梯度越小，對粘土礦物的沖擊越小，地層破壞越小。
強磁處理可使註入水性質發生變化，抑制粘土膨脹，防垢效果十分明顯。也可註入防膨劑段塞，抑制粘土的水化膨脹。綜合應用粘土防膨脹技術，可以增加吸水量，降低註水壓力，大大提高處理效果。各種註水技術措施都有其特定的適應性。不斷開發註水工藝新技術，將不斷提高油田註水開發效果。