分層注水方法進展及展望

陶德碩

（中國石化勝利油田分公司勘探開發研究院，山東東營 257061）

強非均質儲層水井籠統注水時各油層會產生層間干擾現象，表現為高滲層吸水量多，低滲層吸水量少，甚至不吸水，特高含水期層間吸水極不均衡，注水利用率低，開發效果差。分層注水是減緩層間干擾、控制含水上升速度、改善開發效果的技術，利用封隔器將儲層物性和開發狀況相近油層組合在同一個層段內注水，把差異較大的油層分隔開，再用配水器進行分層按需配水，控制高滲高采出程度油層注水量，加強低滲低采出程度油層注水量，充分挖潛各類油層潛力，實施分層注入的一種注水方式。目前已成為解決特高含水油田開發過程中層間矛盾、提高注水利用率的有效手段。分層注水技術要想實現較好的開發效果，需考慮分層級段數劃分及組合方式、分層配注量等參數合理優化。中低含水期分層注水優化主要考慮靜態因素，特高含水動態非均質嚴重，需進一步考慮油藏動態因素。本文系統分析了分層注水層段劃分級段數及組合方式、分層配注量等優化方法研究進展，并進一步展望了分層注水優化方法發展趨勢。

1 分層注水層段劃分及組合優化方法研究進展

分層注水通過優化分層的劃分級段數、小層數、滲透率級差、厚度等參數，使縱向動靜態性質相近油層組合在同一個層段內注水，實現精細高效注水。

1.1 油藏數值模擬法

針對整裝砂巖油藏，早期通過建立具有滲透率差異概念模型，利用油藏數值模擬技術，研究分層注水最優分段數；后來發展到將油藏數值模擬技術和灰色關聯法相結合，分析分層注水影響因素與采出程度關系，利用優化系數定量優化分層注水層段劃分及組合方式；有學者針對儲層非均質特征及開發狀況，將油藏數值模擬技術與油藏工程方法結合，深入系統動靜結合研究最佳層段組合方式。針對斷塊油藏，建立水驅油全過程單位體積注入水沿豎直、地層兩個方向運移的滲流速度公式。研究表明，斷塊油藏分層注水效果與絕對滲透率、水相相對滲透率、注入水黏度、壓力梯度、注水井啟動壓力梯度、含水飽和度、地層傾角、油水密度差等相關。針對斷塊中低滲油藏，研究認為除了考慮滲透率級差、小層數等外，還要考慮油井射開有效厚度，且要避免較厚的低滲層與較薄中高滲層合采。也有學者在油藏數值模擬技術中引入水嘴前后流壓和井底流壓、地層網格壓力互相耦合的分層注水數學模型，為精確模擬分層注水提供依據。

1.2 吸水剖面預法

該類方法利用吸水剖面、分層測試等監測資料，考慮吸水剖面變化的影響因素，量化不同因素影響程度，并選擇關鍵主控因素作為輸入參數，以注水井小層相對吸水量作為輸出參數，運用支持向量機法、神經網絡法、ANFIS模型法、粒子群智能算法等，建立不同井不同時間點吸水剖面演化預測模型，預測不同分層條件下注水井吸水剖面變化，優化評價分層注水措施。如果吸水剖面預測模型計算結果表明吸水剖面分布較為均勻，則確定該分層注水劃分方式合理，如果計算結果表明吸水剖面仍然不均勻，則重新劃分注水層段，最終達到各油層相對均衡吸水。

1.3 洛倫茲曲線法

考慮分段結構、配水方案和地層物性，確定影響分層注水效果動靜態因素，與吸水剖面資料相結合，建立描述單井累計射開砂巖厚度與累計吸水量相關關系的洛侖茲曲線模型，并提出無因次注水強度、油層動用程度和吸水非均衡程度評價等指標，定量評價注水強度、有效動用油層厚度所占比例以及吸水均衡狀況，評價不同時間點精細分層注水效果。

2 分層注水層段配注方法研究進展

2.1 支持向量機和神經網絡法

將分層注水的分層段數、滲透率變異系數、原油黏度、含水率等作為樣本輸入參數，無因次增油量為樣本輸出參數，利用支持向量機法，建立分層注水效果預測模型；進一步有學者考慮儲層參數時變影響，分析滲透率、孔隙度、射孔厚度及井間連通系數等對分層注水效果影響，利用BP神經網絡方法，建立分層注水層段配注優化調配方法。研究及應用表明，該類方法通過選用合適的學習樣本進行回歸訓練，具有較高的預測精度，考慮影響因素更加全面，可在實際油田中預測分層注水取得較好效果。

2.2 剩余油分布優化法

綜合運用油藏工程、油藏數值模擬和最優化理論方法，基于縱向剩余油分布狀況，建立分層注水井各油層合理配注量模型。研究表明，剩余油法按需分層配注在特高含水期明顯優于厚度法和地層系數法，可實現動態優化分層注水調配，對特高含水油田精細注水、智能注采具有重要指導意義。

2.3 油藏工程分析法

早期通過統計層段孔隙體積、含水率和累計注水量與含水率相關關系，基于均衡驅替，將高含水與低含水層段含水率同時達到98%，以此來確定各層段配注量；進而發展到通過先利用動用程度和孔隙注入倍數之間的關系評價注水動用狀況，再利用模糊綜合評判方法選取動靜態參數組成潛力評價因素集，對注水井分注層段進行模糊綜合評價，結合層段評價結果、層段水驅控制程度和射開砂巖厚度確定各層段配注量。進一步發展通過分析措施改造系數、注采井距、射開砂巖厚度、和位置系數等因素對分層注水量劈分影響，采用灰色關聯分析法確定它們在劈分系數中權重，確定注水井分層配注量。更進一步，從水驅油滲流理論出發，考慮儲層靜態因素和開發動態，以各小層出口端含水飽和度相等為目標，基于Buckley-Leverett非活塞式水驅油理論，建立注水井分層配注量計算模型。

3 分層注水優化方法研究展望

分層注水優化方法研究目前主要是從儲層靜態特征和開發動態特征兩方面來考慮，優化分注層段級段數、層段組合方式、分層配注量等，從定性發展到定量，充分結合礦場動態監測資料，既有油藏工程方法，也有油藏數值模擬技術，也有統計理論技術方法，取得了較多成果，并得到了較好的應用。但目前的研究方法與分層注水管柱、測調等分層注水工藝結合比較少；同時只是從注水井分注減緩層間干擾，油井層間干擾并沒有考慮，分層注水應用效果受到限制。因此，建議分層注水優方法應緊緊圍繞高含水老油田效益開發需求，探索與分層注水工藝、地面配套相結合，結合不同類型油藏地質和開發特點，由分層注水優化向智能注采優化發展；充分利用油藏數據，運用大數據、深度學習等技術，分層注采向人工智能實時優化方向發展。