周期注水方法在油藏開發中的適用性

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

1 周期注水機理

周期注水的機理主要是壓力擾動引起彈性效應，在非均質性油藏中，通過調整井口配產配注，改變采出端與注入端壓力，從而產生一個變化的壓力，根據導壓系數公式(式)可知，壓力變化在儲層中不同滲透性和流體性質區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域產生一定的壓差，促使油水間相互交滲，從而提高注水波及區域，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化毛管壓力驅油。

導壓系數公式為：

式(1)和(2)中：c為導壓系數(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(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(MPa-1)。

在周期注水過程中彈性力引起儲層流體擾動，隨著壓力梯度增大，促使部分油相突破一些賈敏效應較大的區域而流動，從而擴大注入水波及體積，提高儲層動用程度。但根據前人模擬研究分析，注入端產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，壓差影響越小，因此彈性壓力影響范圍和時間有限[3]。

隨著注入端壓力梯度增加，粗毛細管力增大，將注入水朝細毛管推進，置換細毛管中剩余油。根據驅替過程不同，存在吸滲和排驅兩條毛細管壓力曲線，排驅曲線毛管壓力值高于吸滲曲線的值。親水巖石水驅油過程采用吸滲曲線，油驅水過程采用排驅曲線。常規注水過程中，以驅動壓差為主，毛管力的作用忽略不計，但周期注水停注期間，僅毛管力發揮作用，產生自吸滲現象，采用吸滲毛管力曲線計算。

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階段。彈性力排油和強化毛管壓力吸水排油作用。

2.1 注水提壓階段

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

2.2 采油釋壓階段

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

3 周期注水主要參數確定

3.1 注水時機的確定

合理時機應該是在這個時間實施后，開發效果最好。大量模擬試驗表明中高含水期實施周期注水效果更突出，采收率提高幅度最高，并且對開發年限影響較小。

3.2 注水周期的確定

合理停注周期是周期注水的關鍵，影響著地層壓力重新分布的時間，根據前人理論分析[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為地層平均導壓系數(cm2/s)。

相關試驗研究表明不同的油藏地質條件[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，毛細管力作用時間短，層間交滲量小，效果差；如果周期太長，對于飽和壓力較高的油田，地飽壓差較小，易造成油層脫氣，從而影響油田開發效果。因此，周期長度存在一個合理的界限值。根據注采平衡原理，停注期間以飽和壓力為下限，以停注前的壓力狀態為恢復界限，計算停注周期的界限值：

式中：Q為停注期間日產液量(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，注水井停注時間過長，易導致地面管線在冬季出現凍結、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。

3.3 注水方式的確定

根據油水井停產時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稱型和非對稱型周期注水[5]。不同間注方式對周期注水的效果不同，采用何種方式需綜合考慮油田儲層發育情況、物性情況、累注入量、油井含水、采收率以及經濟開發年限的影響。油田實際開發中，為保障采油速度，油井一般長期生產，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塊注采平衡，保障完成年度區塊注水需求，但考慮到周期注水有效提高了注水利用率，因此可適當低于穩定注水時的年度注水量；另一方面，注水量的變化對地層壓力的變化起主導作用，因此在確定注水量時既要保障地層壓力有明顯波動，又要重視油藏能量的補充。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

結合前人相關研究[7-8]，為確保周期注水能夠達到最佳的增產效果，結合地質油藏和油田開發特征，總結了周期注水實施的基本條件：(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幅度，從而充分發揮彈性力排油作用，提高注水利用率；(2)儲層非均質性，油層的縱向非均質程度直接影響到層間含水飽和度差異和滲透率差異，進而影響到高低滲透層間的毛管力梯度和層間竄流量；(3)潤濕性，巖石表面潤濕性親水性越強，水滯流系數越大，毛管力的水驅油作用越強，反之儲油層親油性越強，驅油效果越差；(4)注采完善情況，選擇注采完善程度相對較高的區塊能有效擴大油層波及體積；(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，提高了啟動壓力梯度，增大了滲流阻力，導致周期注水效果變差；(6)地層壓力，選擇地層壓力水平相對較高的區塊，避免停注期間地層壓力低于飽和壓力，導致油層脫氣，或油井沉沒度下降影響油井產液；(7)含油飽和度分布情況，選擇高滲透段水淹嚴重，常規注水條件下挖潛難度較大，但低滲透段剩余油相對富集的區域。

5 周期注水開發效果評價

周期注水對油田開發效果的改善主要從以下幾個方面進行評價[3]：(1)吸水剖面，注水強度變化會改變注水壓差，從而改善注水效果；(2)注入水波及體積，通過監測油井產出水礦化度變化或示蹤劑測試結果，驗證周期注水擴大波及體積、改善驅油效果；(3)地層壓力變化，周期注水期間地層壓力會出現波動的情況，要確保各項注水參數合理，保障地層壓力在合理的范圍內波動；(4)預測水驅最終采收率，周期注水后，水驅效果提高，通過數值模擬方法對比預測實施前后采收率變化對開發效果進行評價[9]。

6 結語

(1)周期注水是一種常用的不穩定注水方法，其實質是利用儲層的非均質性，通過注入端壓力擾動，依靠毛管力滲吸作用和彈性力排驅作用置換出剩余油，從而擴大注水波及體積，提高原油采收率。(2)為保障周期注水增產效果最佳，需綜合考慮油藏封閉性、儲層非均質性，巖石潤濕性、注采井網完善情況、地層原油黏度、地層壓力以及含油飽和度分布等因素。(3)周期注水開發效果主要從吸水剖面測試、注水波及體積監測、地層壓力變化及預測采收率指標方面綜合評價實施效果。