鄂爾多斯盆地紅河油田長8油藏周期注水技術研究

張本艷，周立娟，何學文，王少朋，閆 梅

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鄂爾多斯盆地紅河油田長8油藏周期注水技術研究

張本艷1，周立娟2，何學文2，王少朋2，閆 梅2

（1．中國石化西南油氣分公司勘探開發研究院，四川成都 610041；2．中國石化華北油氣分公司勘探開發研究院）

周期注水的實質是在地層中造成不穩定的壓力場，使液體在地層中重新分布，從而提高采收率。從周期注水機理入手，采用滲流力學與數值模擬相結合的方法探討地層的非均質性、潤濕性、注水時機對周期注水的影響。紅河油田長8油藏物性差，裂縫發育，彈性開發采收率不到2%，先導試驗初期采用連續注水，水竄十分嚴重。通過對紅河油田長8油藏試驗井組周期注水試驗方案的設計，最終確定了注水周期為65天，注水量2 752 m3, 壓力波動至原來地層壓力的110%。現場實施取得較好的效果，試驗1年后單井最高累計增油930 t。

鄂爾多斯盆地；紅河油田；長8油藏；周期注水；注水效果

鄂爾多斯盆地特低滲油藏巖性致密、滲流阻力大、天然能量不足。靖安、安塞、西峰等特低滲油藏采用超前注水技術進行開發，取得了很好的開發效果[1–4]。位于盆地南緣的紅河油田長8油藏天然裂縫發育，采用彈性能量開發，遞減快、采收率低。裂縫性油藏開發過程中由于基質、裂縫滲透性的明顯差異，注入水易沿裂縫發育層位或區域竄流，降低注入水波及系數，造成油井的暴性水淹，而基質系統中卻仍有大量原油未得到有效動用?，F場注水先導試驗井組連續注水補充能量水竄嚴重，故嘗試采用周期注水改善開發效果。

1 區域概況

1.1 油藏地質特征

紅河油田位于鄂爾多斯盆地西南部，構造上位于天環向斜南端，總體上東南高、西北低，局部發育小型鼻狀隆起；受盆地邊緣多期構造運動的影響，區內發育多組北東向、北西向斷層，與局部天然裂縫較發育有一定關系。三疊系延長組長8儲層是該區塊的主要含油層系，有利沉積微相為三角洲前緣水下分流河道、河口壩。長8儲層巖性以細粒巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖為主，基質儲層平均孔隙度10.5％，平均滲透率0.41×10-3μm2。部分井鉆遇天然裂縫，巖心呈中等、輕微破碎，裂縫以北東方向延伸為主。長8儲層物性對含油性控制較明顯，為典型的超低滲裂縫性致密巖性油藏[5–6]。

1.2 油藏開發特征

直井初產油1.5～2.0 t/d，利用水平井分段壓裂技術，大幅提高了單井初產（8.0～10.0 t/d）。由于長8地層壓力系數低，初期年遞減大于50%，依靠水平井彈性能量開發采收率低（1%～2%），經濟效益差。為進一步落實有效開發方式及合理技術政策，通過室內論證注水參數，優選紅河油田紅河37井區一個井組開展周期注水先導試驗。

2 周期注水機理

周期注水是在現有井網基礎上有規律地改變油水井工作制度的一種注水開發方式，它以井組為單元，輪流改變其注入方式，在油層中建立不穩定的壓力場，促使原來未被水波及到的儲層部位投入開發，從而提高非均質儲層的波及系數和掃油效率來提高原油采收率[7]。周期注水分為兩個階段，在注水升壓階段：注入水使裂縫系統的壓力高于基質區的壓力，從而在裂縫與基質區之間產生有效的驅替壓力梯度，在驅替壓差和毛細管力的雙重作用下，一部分油從裂縫系統進入基質較深部位的含油孔隙中；此階段會暫時阻礙基質與裂縫間的滲吸排油作用。在停注降壓階段：裂縫系統的壓力低于基質區的壓力，基質中的原油和水流向裂縫系統，在驅替壓差和毛細管滲吸作用下，注入水滯留于基質區中，從而替換出等量的原油。周期注水強化了基質區的滲吸排油速度與深度，從而改善了油藏的增產效果。

3 周期注水影響因素

3.1 油層非均質性的影響

通過數值模擬對三組非均質組合模型：（10/200、20/200、50/200）進行了采出程度計算，由表1可見，非均質性越強的油層周期注水提高采出程度幅度越大。

表1 不同滲透率組合下周期注水與連續注水效果對比

對于常規油藏，非均質性越強，連續注水效果越差。注入水沿滲透性好的優勢通道滲流，降低了注水波及效率。滲透率級差越大，驅替前緣就越不均衡，水驅油的效果就越差。周期注水主要是采用周期性注水的辦法，使油層的高低滲透層之間產生交替壓力波動和相應的液體交滲流動，創造了一個相對均衡的推進前緣，提高了水驅油的波及效率，改善了開發效果。

微裂縫不發育的油藏，注水將非常困難，甚至出現注不進的現象。微裂縫發育的超低滲油藏，在注水升壓過程中，微裂縫是水的滲流通道，在停注降壓過程中，也是滲吸出來的油流動的通道。

3.2 儲層潤濕性對周期注水的影響

周期注水時，毛細管壓力是滲吸動力，但毛細管力曲線是用很少的巖樣測試出來的，用它來代表整個油藏有一定的局限性。Leverett提出毛管力與飽和度的無因次函數表達式（1）[8]，該方法主要是基于毛管力曲線計算公式及滲透率和平均孔隙半徑關系分析推導出的一個半經驗公式。

式中：w為含水飽和度，%；c為毛細管壓力，kPa；為界面張力，mN/m；為潤濕角，?；為滲透率，10-3μm2；為孔隙度，%。

所以，可將毛細管力寫成：

為考察毛管力在水流動方向的變化，將式（4）對求偏導數，得：

圖1 毛細管壓力曲線

3.3 轉周期注水時機對周期注水的影響

目前油田開發大多都采用連續注水方式，往往為了改善開發效果，連續注水一段時間，轉入周期注水，因此就存在一個轉入周期注水的最佳時機問題。

從數模結果來看（表2），在任何階段由連續注水轉為周期注水都能夠改善開發效果，但含水率大于80%時，采出程度增幅不大，越早轉入周期注水，效果越好。

表2 不同開始時機采出程度對比

理論上含水率30%～80%時轉周期注水均合適，但在實踐中，我國勝利、扶余、新疆及喇薩杏油田的周期注水都是在含水率80%～90%甚至更高的情況下開始的，也都取得了比較好的效果。前蘇聯韃靼和西西伯利亞儲層應用周期注水，在油田開發第一階段可提高原油采收率6%~8%，在第二階段為4%~5%，在最后兩個階段為1%~3%。越早開始周期注水，到開發結束增加的累積產油量越高[10]。

4 礦場實施

4.1 井組概況

試驗井組位于HH37井區西南端，層位長812，平均砂巖厚度10 m，儲層平均孔隙度10.1%，平均滲透率0.41×10-3μm2，裂縫較發育，油藏平均埋深2 250 m，面積2.5 km2，地質儲量46.7×104t，前期采用水平井天然能量開發，2014年1月開始注水補充能量?？偩當?口，其中注水直井4口，采油水平井3口，井網采用直注平采、段內注水，注采井距150～330 m（圖2）。

4.2 周期注水參數論證

4.2.1 注水周期

理論注水周期按下式計算：

式中：T為注水周期，s；L為前緣推進距離，m；μ 為注入水黏度，mPa·s；Ct為地層綜合壓縮系數，10-4 MPa-1；K為地層滲透率，10-3μm2。

上式說明地層的彈性越差，周期就越短；油層滲透率越高，周期也越短。將注水井與采油井間的距離150～330 m、注入水黏度1.0 mPa·s、地層綜合壓縮系數19.4×10-4MPa-1、滲透率0.41×10-3μm2代入式（6）中，計算周期注水周期為41～90天，平均65天。

4.2.2 壓力波動幅度

壓力波動的幅度是油藏實施周期注水時的重要參數，直接影響周期注水見效時間的長短以及達到最佳效果所需的時間。數值模擬計算了不同壓力波動幅度下采出程度（表3）。結果表明，并不是壓力波動幅度越大采出程度越高，當壓力波動幅度20%時，即壓力在原始地層壓力90%～110%之間波動時，采出程度最高。理論上，周期注水壓力波動幅度越大，有效上覆地層壓力作用也越強，地層和流體的彈性作用也越明顯，從而增加了原油的采收率。但一方面地層能量補充會使地層壓力增大，若壓力增幅過大，不僅會造成微裂縫的重新開啟，甚至超過地層破裂壓力，導致嚴重水淹；另一方面裂縫發育的致密低滲油藏存在較強的壓力敏感性，壓降幅度過大巖心的滲透率造成不可逆的損失，從而導致油井產能的降低。

表3 壓力波動幅度與注水效果關系

4.2.3 注水量

在實施周期注水時，原則上仍應根據注采平衡的原則來確定注水量，但是考慮到進行周期注水以后，含水率和產液量將會下降，波及體積和注水效率都會有所增加，因此實際的注水量將低于連續注水時的注水量。注水量公式見式（7）[11]。

將井組面積2.5 km2、砂體厚度10 m、孔隙度15%、地層水壓縮系數4.2×10-4MPa-1（65 ℃時壓縮系數）、地層變化前的壓力16.8 MPa、地層變化后的壓力18.5 MPa代入式（7）中，計算使地層壓力上升至原來的110%，需注入水量2 752 m3。

4.3 井組效果

井組于2014年1月1日開始連續注水，試驗井組三口采油水平井在投注初期，均發生嚴重水竄，含水率快速上升，產出水氯根快速下降，動液面明顯上升。

2015年1月開始周期注水，周期注水方案為：在注水井開始注水時，采油井動態關停；當采油井動液面上升時，注水井停注，采油井開始燜井；當采油井動液面趨于穩定時，燜井結束，采油井開始采油?，F場實施時，當累注水量達到2 000 m3時，采油井2動液面急劇上升，注水井立即停注，實際比設計的注水量少約750 m3，壓力波動幅度為原地層壓力的107%。分析認為，井組裂縫發育導致注入水沿裂縫竄至生產井。

采油井開井后，3口油井均見效，日產油較周期注水前有所上升，平均單井增油2.19 t/d，含水穩定在70%左右。采油井2兩側注水，首先見效，且見效時間最長。采油井1和采油井3單側注水，見效情況略差于采油井2。到2016年1月31日油井全面關停，增油效果明顯（表4）。

表4 試驗井組周期注水見效情況

5 結論

（1）致密低滲儲層通常發育微裂縫，有利于周期注水。無論是親水儲層還是親油儲層，周期注水均會產生積極作用。數值模擬及調研結果表明，越早開始周期注水開發效果越好。

（2）通過紅河油田開展的一個井組的周期注水試驗，確定了周期注水參數：注水周期65天，注水量2 752 m3，壓力波動至原始地層壓力110%。周期注水試驗井組中3口油井增油效果顯著，周期注水有利于提高最終采收率。

[1] 冉新權．超前注水理論與實踐[M]．北京：石油工業出版社，2011：139–159．

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[3] 沙爾巴托娃，M．蘇爾古切夫[蘇]著．層狀不均質油層的周期注水開發[M]．王福松譯．北京：石油工業出版社，1989．

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[9] 黃延章，尚根華，陳永敏．用核磁共振成像技術研究周期注水驅油機理[J]．石油學報，1995，16（4）：62–67．

[10] 俞啟泰，張素芳．周期注水的油藏數值模擬研究[J]．石油勘探與開發，1993，20（6）：46–53．

[11] 何更生．油層物理[M]．北京：石油工業出版社，1993：11–15．

編輯：蒲洪果

2017–11–23

張本艷，碩士，高級工程師，1976年生，1998年畢業于江漢石油學院環境工程專業，現從事油氣田開發工作。

國家科技重大專項“低豐度致密低滲油氣藏開發關鍵技術”（2016ZX05048）。

1673–8217（2018）04–0079–04

TE357.6

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