層狀非均質(zhì)油藏不穩(wěn)定注水室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

王小林　王杰祥

摘要：為了認(rèn)識(shí)不穩(wěn)定注水的驅(qū)油機(jī)理和主要因素對(duì)不穩(wěn)定注水開發(fā)效果的影響，采用人造2層縱向非均質(zhì)塊狀模型進(jìn)行不穩(wěn)定注水和常規(guī)注水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不穩(wěn)定注水有效地改善了層狀非均質(zhì)砂巖油藏的開發(fā)效果；地層縱向非均質(zhì)性對(duì)不穩(wěn)定注水開發(fā)效果影響顯著；開始不穩(wěn)定注水的時(shí)機(jī)越早越好，連續(xù)注水轉(zhuǎn)不穩(wěn)定注水的最佳時(shí)機(jī)是含水率40％左右；非對(duì)稱型不穩(wěn)定注水效果要好于對(duì)稱型不穩(wěn)定注水，其中短注長停方式效果最好。

關(guān)鍵詞：不穩(wěn)定注水；縱向非均質(zhì)；注水效果；影響因素；采收率；室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TE357.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

前言

不穩(wěn)定注水是改善非均質(zhì)油藏注水開發(fā)效果的有效途徑之一，具有簡便、投資少、風(fēng)險(xiǎn)小、經(jīng)濟(jì)效益顯著等特點(diǎn)。該技術(shù)是周期性地改變注水壓力(或注水量)，在非均質(zhì)地層中造成不穩(wěn)定的壓力降，在高滲透層與低滲透層之間的波動(dòng)壓差作用下，使各小層中的液體重新分布，并使注入水在層間壓差的作用下發(fā)生層間滲流，促進(jìn)毛管滲吸作用，提高了注入水在地層中的波及系數(shù)，使原來未被水波及到的低滲儲(chǔ)層投入開發(fā)，從而改善了油藏的水驅(qū)油效果。自20世紀(jì)50年代末，前蘇聯(lián)以及美國一些學(xué)者相繼提出不穩(wěn)定注水的觀點(diǎn)，并進(jìn)行了理論研究、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及礦場(chǎng)試驗(yàn)，取得了較好的效果。我國大慶、吉林、勝利等油田也進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)，均取得了一定開發(fā)效果，但仍存在許多問題。因此，為了改善油田開發(fā)效果，使注水開發(fā)油田有規(guī)律可循，有必要對(duì)不穩(wěn)定注水開發(fā)效果的主要影響因素進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究。

1實(shí)驗(yàn)方法

為模擬非均質(zhì)油層，采用將多個(gè)不同滲透率小層組成的非均質(zhì)油層轉(zhuǎn)化為滲透呈兩級(jí)分布的2個(gè)小層的理論，選擇合適粒徑的石英砂與環(huán)氧樹脂混合壓制成縱向非均質(zhì)塊狀巖心(共計(jì)8塊)，包括高、低2個(gè)等厚滲透層，尺寸為20.0(2m×4.0 cm×4.0cm，巖心表面用環(huán)氧樹脂封面(表1)。

為模擬油藏條件，實(shí)驗(yàn)溫度定為65℃，與實(shí)際油藏溫度相同。實(shí)驗(yàn)用油為原油和煤油按一定比例混合，在65℃下粘度為5.32 mPa·s，與實(shí)際地層原油粘度相近。模擬地層水和注入水用蒸餾水與化學(xué)試劑按實(shí)際離子組成配制。

在不穩(wěn)定注水前，首先對(duì)模型進(jìn)行抽真空、飽和地層水、飽和模擬油，之后以連續(xù)注水方式水驅(qū)油(水驅(qū)強(qiáng)度為1 mL／min)，至一定含水率后轉(zhuǎn)入不穩(wěn)定注水階段。

在不穩(wěn)定注水階段，為了反映不穩(wěn)定注水能夠引起油藏壓力波動(dòng)這一基本特征，實(shí)驗(yàn)采用交替注水方式，利用注水井和采油井間壓力差以及壓力變化在不同滲透介質(zhì)中的傳遞速度模擬實(shí)際不穩(wěn)定注水過程。注水階段以提高注水量為主要特征(水驅(qū)強(qiáng)度為1.6 mL／min)，使模型壓力恢復(fù)到原始地層壓力附近，并保持一定時(shí)間，直至高滲層與低滲層間建立新的毛管力平衡。停注階段以注水井停注為主要特征，使模型非均質(zhì)引起的毛細(xì)管滲流作用得以充分進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)過程中，模擬油層縱向非均質(zhì)程度、注水時(shí)機(jī)、注水周期更換頻率等因素對(duì)不穩(wěn)定注水開發(fā)效果的影響，揭示了主要影響因素下不穩(wěn)定注水的開發(fā)效果及其變化規(guī)律。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究的目的，各實(shí)驗(yàn)巖心經(jīng)過5個(gè)周期的不穩(wěn)定注水，均取得了較好的采油效果(表2)。采用不同不穩(wěn)定注水類型與常規(guī)注水相比，均改善了水驅(qū)開發(fā)效果。高低滲透層滲透率差異為10：1的2^#～4^#巖心，在常規(guī)注水轉(zhuǎn)不穩(wěn)定注水含水率時(shí)機(jī)不同的情況下，采收率增加值為3.02％～5.26％；滲透率差異為2:1的5^#～7^#巖心，在注水周期更換頻率不同的情況下，采收率增加值為1.85％～3.53％。

3不穩(wěn)定注水開發(fā)效果的主要影響因素

在不均勻儲(chǔ)層中采用不穩(wěn)定注水，可使高、低滲透層間的油水發(fā)生對(duì)流，高滲透層中的水將低滲透層中的油置換過來。考慮到實(shí)際儲(chǔ)層的非均質(zhì)性及注水開發(fā)效果影響因素的多樣性和復(fù)雜性，有必要通過物理實(shí)驗(yàn)研究不穩(wěn)定注水開發(fā)效果的主要影響因素。

3.1儲(chǔ)層縱向非均質(zhì)性

地層滲透率的非均質(zhì)性，特別是縱向非均質(zhì)性，是采用不穩(wěn)定注水的重要地質(zhì)條件。從各實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ托》€(wěn)定注水采收率的增加值來看(表2)，儲(chǔ)層縱向非均質(zhì)程度越大(2層滲透率差異增大)，不穩(wěn)定注水比常規(guī)注水提高采收率的幅度越大，效果越好，如3^#巖心和7^#巖心的高低滲透率分別為10:1和2:1，而3^#巖心最終采收率的增加值是7^#巖心的2.8倍。這說明縱向非均質(zhì)越強(qiáng)，越有利于不穩(wěn)定注水壓力重新分布時(shí)的層間液體交滲流動(dòng)，更有利于提高不穩(wěn)定注水的開發(fā)效果。

3.2不穩(wěn)定注水的有利時(shí)機(jī)

一般注水油田在開發(fā)初期大都采用常規(guī)注水方式進(jìn)行開發(fā)，盡可能提高采油速度。當(dāng)油田進(jìn)入中高含水階段后，隨著含水率的上升，油田的注水量和產(chǎn)液量不斷升高，采油速度下降，采油成本增加。因此，連續(xù)注水一段時(shí)間后，往往為了改善開發(fā)效果而轉(zhuǎn)入不穩(wěn)定注水。這就存在一個(gè)連續(xù)注水轉(zhuǎn)入不穩(wěn)定注水的最佳時(shí)機(jī)問題。最佳時(shí)機(jī)就是在這個(gè)時(shí)刻轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定注水后，開發(fā)效果最好，采收率最高并且對(duì)開發(fā)年限的影響最小。為此，分別模擬2^#、3^#、4^#模型在常規(guī)注水開發(fā)至0％、40％、80％時(shí)的不穩(wěn)定注水實(shí)驗(yàn)。所有不穩(wěn)定注水實(shí)驗(yàn)結(jié)果均與常規(guī)注水實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較(表2)。

由表2可以看出：

(1)不穩(wěn)定注水對(duì)任何含水率階段均有效，但效果不同。由表2看出，常規(guī)注水采收率為68.25％，不同開始時(shí)機(jī)的不穩(wěn)定注水采收率(包括前期常規(guī)注水)分別為71.82％、73.51％、71.27％，其中含水率40％轉(zhuǎn)不穩(wěn)定注水改善效果最好，含水率0％轉(zhuǎn)不穩(wěn)定注水改善效果次之，含水率80％轉(zhuǎn)不穩(wěn)定注水改善效果較差。

(2)當(dāng)注入水在油井未突破以前，3種不穩(wěn)定注水開始時(shí)機(jī)的驅(qū)替特征基本一致，同一含水率下采收率相當(dāng)；當(dāng)注入水突破之后，連續(xù)注水越早轉(zhuǎn)不穩(wěn)定注水的驅(qū)替效果越好，累計(jì)總產(chǎn)油量越高，火系曲線越向右下方；在開采中后期，3種不穩(wěn)定注水開始時(shí)機(jī)的驅(qū)替特征均表現(xiàn)為含水上升加快，采收率增加減緩。

3.3注水周期更換頻率

注水周期更換頻率表示注水量增加和減少階段的長短，它會(huì)影響高低滲透層液體交滲數(shù)量和油層中壓力的變化幅度。為了研究注水周期更換頻率對(duì)不穩(wěn)定注水效果的影響，采用縱向非均質(zhì)程度相同的2塊巖心5^#和6^#，初期采用常規(guī)注水，待水驅(qū)至含水率為40％左右時(shí)開始不穩(wěn)定注水，注水

周期為不對(duì)稱型周期，周期更換頻率分別選為2：1(長注短停)和1:2(短注長停)，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與進(jìn)行對(duì)稱型周期不穩(wěn)定注水的巖心7^#實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較(表3)。結(jié)果表明：注水周期波動(dòng)頻率中，非對(duì)稱型不穩(wěn)定注水效果明顯好于對(duì)稱型不穩(wěn)定注水，其中注停比為1:2即短注長停方式效果最好，注停比為2:1即長注短停效果次之，注停比為1:1即對(duì)稱型方式效果較差。這說明不對(duì)稱型周期中的短注長停方式更有利于高低滲透層之之間形成較高的壓差，促進(jìn)層間液體交滲，提高水驅(qū)效果，但并不是意味著停注時(shí)間越長越好。停注時(shí)間太長會(huì)造成注入水的波及系數(shù)較小，使得高滲層進(jìn)入低滲層的液體減少，注入水更容易沿高滲層突破，使油井無水采收率降低。

4不穩(wěn)定注水驅(qū)油機(jī)理

不穩(wěn)定注水室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，不穩(wěn)定注水的驅(qū)油機(jī)理主要是油層非均質(zhì)引起的縱向油水交滲效應(yīng)，即通過注水量的改變，造成高滲透層與低滲透層之間的波動(dòng)壓差，充分發(fā)揮毛細(xì)管的吸滲作用，使油水發(fā)生縱向交滲流動(dòng)，提高注入水波及系數(shù)，驅(qū)替出低滲層剩余油，達(dá)到增產(chǎn)和改善開發(fā)效果的目的。

不穩(wěn)定注水過程包括注水升壓和停注降壓2個(gè)階段，2個(gè)階段交替進(jìn)行。在注水升壓階段，由于高、低滲透層之間滲透率的差異，注入水大部分進(jìn)入高滲部分，該部分水多油少，流體的粘度較小，而低滲部分油多水少，流體粘度較大。造成高滲水淹部分壓力傳導(dǎo)快，易彤成高壓區(qū)；低滲部分壓力傳導(dǎo)慢，易形成低壓區(qū)，這樣在高、低滲透層間形成壓差，從而產(chǎn)生交滲效應(yīng)。根據(jù)達(dá)西定律，高滲部分的水會(huì)進(jìn)入低滲部分驅(qū)油，將低滲部分的油驅(qū)入高滲部分。對(duì)于親水油藏，毛管力是驅(qū)汕動(dòng)力，由于油水接觸面不斷擴(kuò)大，在油水接觸而上毛管力自發(fā)地將高滲部分水吸入低滲部分而排驅(qū)油，血到高滲與低滲部分的壓差和毛管力平衡為止。

在停注降壓階段，高、低滲部分的壓力平衡被破壞，地層壓力下降。高滲部分較低滲部分的壓力下降快，高滲部分首先變成低壓區(qū)，而低滲部分壓力下降慢，成為高壓區(qū)。高、低滲部分再次形成區(qū)間壓差，高、低滲部分再次產(chǎn)生交滲效應(yīng)，低滲部分的油和小部分水排入高滲部分而被采出。

因此，層狀非均質(zhì)油藏進(jìn)行不穩(wěn)定注水開發(fā)，主要是在地層中形成和改變高低壓區(qū)，在區(qū)間壓力的作用下，使地層縱向上的高、低滲部分小斷發(fā)生油水交滲效應(yīng)，采出低滲部分的油，從而提高水驅(qū)油采收率。

5結(jié)論

(1)與常規(guī)注水相比，不穩(wěn)定注水能有效改善縱向非均質(zhì)油層水驅(qū)油效果。

(2)地層滲透率的非均質(zhì)性，特別是縱向非均質(zhì)性，是采用不穩(wěn)定注水的重要地質(zhì)條件。儲(chǔ)層縱向非均質(zhì)越強(qiáng)，無論是常規(guī)注水還是不穩(wěn)定注水，驅(qū)替效果都變差；但儲(chǔ)層縱向非均質(zhì)越強(qiáng)，不穩(wěn)定注水比常規(guī)注水提高采收率的幅度越大，效果越好。

(3)開始不穩(wěn)定注水的時(shí)機(jī)越早，最終采收率提高幅度越大。實(shí)驗(yàn)表明，連續(xù)注水轉(zhuǎn)不穩(wěn)定注水的最佳時(shí)機(jī)是含水率40％左右。

(4)不對(duì)稱型周期中的短注長停方式要好于對(duì)稱型不穩(wěn)定注水，但停注時(shí)間不宜過長。

(5)不穩(wěn)定注水驅(qū)油機(jī)理主要是油層非均質(zhì)引起的高、低滲透層之間的縱向油水交滲效應(yīng)。

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編輯方赟