周期注水方法在油藏開發(fā)中的適用性

趙云斌，張艷英，劉艷濤，彭良群(.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300459； .中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

1 周期注水機(jī)理

周期注水的機(jī)理主要是壓力擾動(dòng)引起彈性效應(yīng)，在非均質(zhì)性油藏中，通過調(diào)整井口配產(chǎn)配注，改變采出端與注入端壓力，從而產(chǎn)生一個(gè)變化的壓力，根據(jù)導(dǎo)壓系數(shù)公式(式)可知，壓力變化在儲(chǔ)層中不同滲透性和流體性質(zhì)區(qū)域的傳遞快慢不一樣，這樣在高低滲層和含水飽和度差異較大的區(qū)域產(chǎn)生一定的壓差，促使油水間相互交滲，從而提高注水波及區(qū)域，改善開采效果[1-2]。其作用過程主要是依靠地層彈性力和強(qiáng)化毛管壓力驅(qū)油。

導(dǎo)壓系數(shù)公式為：

式(1)和(2)中：c為導(dǎo)壓系數(shù)(cm2/s)；μ為液體黏度(mPa·s)；K為滲透率(mD)；Φ為巖石孔隙度；Ct油藏綜合壓縮系數(shù)(MPa-1)；SW為含水飽和度；CP、CO、CW分別為巖石、孔隙油、水壓縮系數(shù)(MPa-1)。

在周期注水過程中彈性力引起儲(chǔ)層流體擾動(dòng)，隨著壓力梯度增大，促使部分油相突破一些賈敏效應(yīng)較大的區(qū)域而流動(dòng)，從而擴(kuò)大注入水波及體積，提高儲(chǔ)層動(dòng)用程度。但根據(jù)前人模擬研究分析，注入端產(chǎn)生的壓力梯度影響的范圍較小，距井越近，壓差越大，距井越遠(yuǎn)，壓差影響越小，因此彈性壓力影響范圍和時(shí)間有限[3]。

隨著注入端壓力梯度增加，粗毛細(xì)管力增大，將注入水朝細(xì)毛管推進(jìn)，置換細(xì)毛管中剩余油。根據(jù)驅(qū)替過程不同，存在吸滲和排驅(qū)兩條毛細(xì)管壓力曲線，排驅(qū)曲線毛管壓力值高于吸滲曲線的值。親水巖石水驅(qū)油過程采用吸滲曲線，油驅(qū)水過程采用排驅(qū)曲線。常規(guī)注水過程中，以驅(qū)動(dòng)壓差為主，毛管力的作用忽略不計(jì)，但周期注水停注期間，僅毛管力發(fā)揮作用，產(chǎn)生自吸滲現(xiàn)象，采用吸滲毛管力曲線計(jì)算。

2 周期注水作用過程

周期注水過程主要包括注水提壓和采油釋壓兩個(gè)階段。彈性力排油和強(qiáng)化毛管壓力吸水排油作用。

2.1 注水提壓階段

強(qiáng)化注水時(shí)，根據(jù)上式可知，由于地層滲透率差異影響，注入端通過增注提壓，壓力迅速傳導(dǎo)至含水飽和度較高的高滲區(qū)域，形成高壓區(qū)域，而在含水飽和度較低的低滲區(qū)域壓力傳遞緩慢，形成暫時(shí)的低壓區(qū)域，這樣在強(qiáng)化注水期間形成從高滲透區(qū)域向低滲透區(qū)域方向的附加壓力梯度，促使注入水從高滲透區(qū)域逐漸滲入至低滲區(qū)域，置換出低滲區(qū)域剩余油，提高水驅(qū)波及體積。伴隨著長(zhǎng)時(shí)間注水提壓過程，地層壓力不斷升高，在低滲區(qū)域彈性驅(qū)油能量逐步積聚，彈性力逐漸升高。

2.2 采油釋壓階段

注入端停注時(shí)，壓力首先在高滲透區(qū)域迅速下降，而低滲區(qū)域壓力下降緩慢，在高低滲區(qū)域間產(chǎn)生反向壓力梯度，釋放積蓄的彈性能量，一部分油水從低滲區(qū)域流向高滲區(qū)域。后期隨著彈性能量逐漸減弱，彈性力逐漸降低，毛細(xì)管力作用漸漸凸顯，由于高低滲區(qū)域間含水飽和度和滲透率差異較大，產(chǎn)生毛細(xì)管壓力梯度自吸滲現(xiàn)象，注入水從高滲區(qū)域滲流至低滲區(qū)域，剩余油從低含水飽和度區(qū)域流向高滲透區(qū)域，直至高低滲區(qū)域飽和度趨于一致。再次調(diào)整注入端后，排驅(qū)至高滲區(qū)域的剩余油被采出。

3 周期注水主要參數(shù)確定

3.1 注水時(shí)機(jī)的確定

合理時(shí)機(jī)應(yīng)該是在這個(gè)時(shí)間實(shí)施后，開發(fā)效果最好。大量模擬試驗(yàn)表明中高含水期實(shí)施周期注水效果更突出，采收率提高幅度最高，并且對(duì)開發(fā)年限影響較小。

3.2 注水周期的確定

合理停注周期是周期注水的關(guān)鍵，影響著地層壓力重新分布的時(shí)間，根據(jù)前人理論分析[5]，注水半周期如式(3)所示：

式中：L為注水井到采油井之間的距離(cm)；C為地層平均導(dǎo)壓系數(shù)(cm2/s)。

相關(guān)試驗(yàn)研究表明不同的油藏地質(zhì)條件[4]，合理的停注周期不同，如果周期太短，蓄積的彈性能量弱，壓力變化幅度小，毛細(xì)管力作用時(shí)間短，層間交滲量小，效果差；如果周期太長(zhǎng)，對(duì)于飽和壓力較高的油田，地飽壓差較小，易造成油層脫氣，從而影響油田開發(fā)效果。因此，周期長(zhǎng)度存在一個(gè)合理的界限值。根據(jù)注采平衡原理，停注期間以飽和壓力為下限，以停注前的壓力狀態(tài)為恢復(fù)界限，計(jì)算停注周期的界限值：

式中：Q為停注期間日產(chǎn)液量(m3/d)；V為孔隙體積(m3)；Pr為地層壓力(MPa)；Pb為飽和壓力(MPa)。

此外，注水井停注時(shí)間過長(zhǎng)，易導(dǎo)致地面管線在冬季出現(xiàn)凍結(jié)、電泵井易欠載等管理難度大的問題，因此，停注周期還要綜合考慮其他情況，保障油田正常開發(fā)。

3.3 注水方式的確定

根據(jù)油水井停產(chǎn)時(shí)間不同可分為同步和異步周期注水，按注水周期不同可分為對(duì)稱型和非對(duì)稱型周期注水[5]。不同間注方式對(duì)周期注水的效果不同，采用何種方式需綜合考慮油田儲(chǔ)層發(fā)育情況、物性情況、累注入量、油井含水、采收率以及經(jīng)濟(jì)開發(fā)年限的影響。油田實(shí)際開發(fā)中，為保障采油速度，油井一般長(zhǎng)期生產(chǎn)，而注水井選擇周期性停注的方式。

3.4 周期注水量的確定

注水量的確定一方面要保障區(qū)塊注采平衡，保障完成年度區(qū)塊注水需求，但考慮到周期注水有效提高了注水利用率，因此可適當(dāng)?shù)陀诜€(wěn)定注水時(shí)的年度注水量；另一方面，注水量的變化對(duì)地層壓力的變化起主導(dǎo)作用，因此在確定注水量時(shí)既要保障地層壓力有明顯波動(dòng)，又要重視油藏能量的補(bǔ)充。一般情況下，周期注水水量為正常注水的80%左右[6]。

4 周期注水選井依據(jù)

結(jié)合前人相關(guān)研究[7-8]，為確保周期注水能夠達(dá)到最佳的增產(chǎn)效果，結(jié)合地質(zhì)油藏和油田開發(fā)特征，總結(jié)了周期注水實(shí)施的基本條件：(1)油藏封閉性，封閉性油藏能避免其他水體影響周期注水壓力波動(dòng)幅度，從而充分發(fā)揮彈性力排油作用，提高注水利用率；(2)儲(chǔ)層非均質(zhì)性，油層的縱向非均質(zhì)程度直接影響到層間含水飽和度差異和滲透率差異，進(jìn)而影響到高低滲透層間的毛管力梯度和層間竄流量；(3)潤(rùn)濕性，巖石表面潤(rùn)濕性親水性越強(qiáng)，水滯流系數(shù)越大，毛管力的水驅(qū)油作用越強(qiáng)，反之儲(chǔ)油層親油性越強(qiáng)，驅(qū)油效果越差；(4)注采完善情況，選擇注采完善程度相對(duì)較高的區(qū)塊能有效擴(kuò)大油層波及體積；(5)地層原油黏度，選取地層原油黏度較低、流度比小的區(qū)塊，毛管力才能大于原油粘滯力。原油黏度高，高低滲層間液體滲流阻力增加，提高了啟動(dòng)壓力梯度，增大了滲流阻力，導(dǎo)致周期注水效果變差；(6)地層壓力，選擇地層壓力水平相對(duì)較高的區(qū)塊，避免停注期間地層壓力低于飽和壓力，導(dǎo)致油層脫氣，或油井沉沒度下降影響油井產(chǎn)液；(7)含油飽和度分布情況，選擇高滲透段水淹嚴(yán)重，常規(guī)注水條件下挖潛難度較大，但低滲透段剩余油相對(duì)富集的區(qū)域。

5 周期注水開發(fā)效果評(píng)價(jià)

周期注水對(duì)油田開發(fā)效果的改善主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)[3]：(1)吸水剖面，注水強(qiáng)度變化會(huì)改變注水壓差，從而改善注水效果；(2)注入水波及體積，通過監(jiān)測(cè)油井產(chǎn)出水礦化度變化或示蹤劑測(cè)試結(jié)果，驗(yàn)證周期注水?dāng)U大波及體積、改善驅(qū)油效果；(3)地層壓力變化，周期注水期間地層壓力會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)的情況，要確保各項(xiàng)注水參數(shù)合理，保障地層壓力在合理的范圍內(nèi)波動(dòng)；(4)預(yù)測(cè)水驅(qū)最終采收率，周期注水后，水驅(qū)效果提高，通過數(shù)值模擬方法對(duì)比預(yù)測(cè)實(shí)施前后采收率變化對(duì)開發(fā)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)[9]。

6 結(jié)語

(1)周期注水是一種常用的不穩(wěn)定注水方法，其實(shí)質(zhì)是利用儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，通過注入端壓力擾動(dòng)，依靠毛管力滲吸作用和彈性力排驅(qū)作用置換出剩余油，從而擴(kuò)大注水波及體積，提高原油采收率。(2)為保障周期注水增產(chǎn)效果最佳，需綜合考慮油藏封閉性、儲(chǔ)層非均質(zhì)性，巖石潤(rùn)濕性、注采井網(wǎng)完善情況、地層原油黏度、地層壓力以及含油飽和度分布等因素。(3)周期注水開發(fā)效果主要從吸水剖面測(cè)試、注水波及體積監(jiān)測(cè)、地層壓力變化及預(yù)測(cè)采收率指標(biāo)方面綜合評(píng)價(jià)實(shí)施效果。