層狀非均質油藏不穩定注水室內實驗研究

王小林　王杰祥

摘要：為了認識不穩定注水的驅油機理和主要因素對不穩定注水開發效果的影響，采用人造2層縱向非均質塊狀模型進行不穩定注水和常規注水驅油實驗。實驗結果表明，不穩定注水有效地改善了層狀非均質砂巖油藏的開發效果；地層縱向非均質性對不穩定注水開發效果影響顯著；開始不穩定注水的時機越早越好，連續注水轉不穩定注水的最佳時機是含水率40％左右；非對稱型不穩定注水效果要好于對稱型不穩定注水，其中短注長停方式效果最好。

關鍵詞：不穩定注水；縱向非均質；注水效果；影響因素；采收率；室內實驗

中圖分類號：TE357.6文獻標識碼：A

前言

不穩定注水是改善非均質油藏注水開發效果的有效途徑之一，具有簡便、投資少、風險小、經濟效益顯著等特點。該技術是周期性地改變注水壓力(或注水量)，在非均質地層中造成不穩定的壓力降，在高滲透層與低滲透層之間的波動壓差作用下，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生層間滲流，促進毛管滲吸作用，提高了注入水在地層中的波及系數，使原來未被水波及到的低滲儲層投入開發，從而改善了油藏的水驅油效果。自20世紀50年代末，前蘇聯以及美國一些學者相繼提出不穩定注水的觀點，并進行了理論研究、室內實驗及礦場試驗，取得了較好的效果。我國大慶、吉林、勝利等油田也進行了相關的試驗，均取得了一定開發效果，但仍存在許多問題。因此，為了改善油田開發效果，使注水開發油田有規律可循，有必要對不穩定注水開發效果的主要影響因素進行室內實驗研究。

1實驗方法

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

為模擬油藏條件，實驗溫度定為65℃，與實際油藏溫度相同。實驗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試劑按實際離子組成配制。

在不穩定注水前，首先對模型進行抽真空、飽和地層水、飽和模擬油，之后以連續注水方式水驅油(水驅強度為1 mL／min)，至一定含水率后轉入不穩定注水階段。

在不穩定注水階段，為了反映不穩定注水能夠引起油藏壓力波動這一基本特征，實驗采用交替注水方式，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中的傳遞速度模擬實際不穩定注水過程。注水階段以提高注水量為主要特征(水驅強度為1.6 mL／min)，使模型壓力恢復到原始地層壓力附近，并保持一定時間，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，使模型非均質引起的毛細管滲流作用得以充分進行。

實驗過程中，模擬油層縱向非均質程度、注水時機、注水周期更換頻率等因素對不穩定注水開發效果的影響，揭示了主要影響因素下不穩定注水的開發效果及其變化規律。

2實驗結果

根據實驗研究的目的，各實驗巖心經過5個周期的不穩定注水，均取得了較好的采油效果(表2)。采用不同不穩定注水類型與常規注水相比，均改善了水驅開發效果。高低滲透層滲透率差異為10：1的2^#～4^#巖心，在常規注水轉不穩定注水含水率時機不同的情況下，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不穩定注水開發效果的主要影響因素

在不均勻儲層中采用不穩定注水，可使高、低滲透層間的油水發生對流，高滲透層中的水將低滲透層中的油置換過來。考慮到實際儲層的非均質性及注水開發效果影響因素的多樣性和復雜性，有必要通過物理實驗研究不穩定注水開發效果的主要影響因素。

3.1儲層縱向非均質性

地層滲透率的非均質性，特別是縱向非均質性，是采用不穩定注水的重要地質條件。從各實驗模型小穩定注水采收率的增加值來看(表2)，儲層縱向非均質程度越大(2層滲透率差異增大)，不穩定注水比常規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。這說明縱向非均質越強，越有利于不穩定注水壓力重新分布時的層間液體交滲流動，更有利于提高不穩定注水的開發效果。

3.2不穩定注水的有利時機

一般注水油田在開發初期大都采用常規注水方式進行開發，盡可能提高采油速度。當油田進入中高含水階段后，隨著含水率的上升，油田的注水量和產液量不斷升高，采油速度下降，采油成本增加。因此，連續注水一段時間后，往往為了改善開發效果而轉入不穩定注水。這就存在一個連續注水轉入不穩定注水的最佳時機問題。最佳時機就是在這個時刻轉為不穩定注水后，開發效果最好，采收率最高并且對開發年限的影響最小。為此，分別模擬2^#、3^#、4^#模型在常規注水開發至0％、40％、80％時的不穩定注水實驗。所有不穩定注水實驗結果均與常規注水實驗結果進行比較(表2)。

由表2可以看出：

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

(2)當注入水在油井未突破以前，3種不穩定注水開始時機的驅替特征基本一致，同一含水率下采收率相當；當注入水突破之后，連續注水越早轉不穩定注水的驅替效果越好，累計總產油量越高，火系曲線越向右下方；在開采中后期，3種不穩定注水開始時機的驅替特征均表現為含水上升加快，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，它會影響高低滲透層液體交滲數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不穩定注水效果的影響，采用縱向非均質程度相同的2塊巖心5^#和6^#，初期采用常規注水，待水驅至含水率為40％左右時開始不穩定注水，注水

周期為不對稱型周期，周期更換頻率分別選為2：1(長注短停)和1:2(短注長停)，并將實驗結果與進行對稱型周期不穩定注水的巖心7^#實驗結果進行比較(表3)。結果表明：注水周期波動頻率中，非對稱型不穩定注水效果明顯好于對稱型不穩定注水，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即對稱型方式效果較差。這說明不對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，促進層間液體交滲，提高水驅效果，但并不是意味著停注時間越長越好。停注時間太長會造成注入水的波及系數較小，使得高滲層進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不穩定注水驅油機理

不穩定注水室內實驗表明，不穩定注水的驅油機理主要是油層非均質引起的縱向油水交滲效應，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壓差，充分發揮毛細管的吸滲作用，使油水發生縱向交滲流動，提高注入水波及系數，驅替出低滲層剩余油，達到增產和改善開發效果的目的。

不穩定注水過程包括注水升壓和停注降壓2個階段，2個階段交替進行。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快，易彤成高壓區；低滲部分壓力傳導慢，易形成低壓區，這樣在高、低滲透層間形成壓差，從而產生交滲效應。根據達西定律，高滲部分的水會進入低滲部分驅油，將低滲部分的油驅入高滲部分。對于親水油藏，毛管力是驅汕動力，由于油水接觸面不斷擴大，在油水接觸而上毛管力自發地將高滲部分水吸入低滲部分而排驅油，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，而低滲部分壓力下降慢，成為高壓區。高、低滲部分再次形成區間壓差，高、低滲部分再次產生交滲效應，低滲部分的油和小部分水排入高滲部分而被采出。

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

5結論

(1)與常規注水相比，不穩定注水能有效改善縱向非均質油層水驅油效果。

(2)地層滲透率的非均質性，特別是縱向非均質性，是采用不穩定注水的重要地質條件。儲層縱向非均質越強，無論是常規注水還是不穩定注水，驅替效果都變差；但儲層縱向非均質越強，不穩定注水比常規注水提高采收率的幅度越大，效果越好。

(3)開始不穩定注水的時機越早，最終采收率提高幅度越大。實驗表明，連續注水轉不穩定注水的最佳時機是含水率40％左右。

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

(5)不穩定注水驅油機理主要是油層非均質引起的高、低滲透層之間的縱向油水交滲效應。

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編輯方赟