注水在特低/超低滲透油藏開發中的研究現狀與展望

劉雪芬，辜文治

（1.隴東學院能源工程學院，甘肅慶陽745000；2.中國石油長慶油田分公司第十采油廠，甘肅慶陽745100）

注水在特低/超低滲透油藏開發中的研究現狀與展望

劉雪芬1，辜文治2

（1.隴東學院能源工程學院，甘肅慶陽745000；2.中國石油長慶油田分公司第十采油廠，甘肅慶陽745100）

特低滲/超低滲透油氣資源在能源供應方面越來越重要，是極具開發意義的非常規油氣領域。注水是這類油藏重要的開發手段。論文調研了我國特低滲/超低滲透油田注水開發研究現狀，分析了特低/超低滲透油藏注水開發存在的主要問題，結合現有技術水平，提出了改善特低/超低滲透油藏開發效果的思路。

特低/超低滲透；開發；注水；提高采收率

注水是低滲透油藏重要的開發手段，而特低/超低滲透砂巖油藏的開發也是在常規低滲透油藏的基礎上進行的，延續了低滲透油藏許多開發手段和技術，并發展了針對性技術。但特低/超低滲透砂巖油藏有顯著不同于常規低滲透油藏的地質特征，如儲層更加致密、孔喉微細、物性更差，局部微裂縫發育、儲層非均質性更嚴重等，導致流動壓力梯度較高[1]、界面效應顯著[2]、啟動壓力高、吸水能力差[3]。

正因如此，注水在特低/超低滲透砂巖油藏開發中略受限制，且目前有關特低/超低滲透砂巖油藏的滲流機理等方面的研究尚未明確，在有關概念、研究手段與方法、適用范圍等方面尚不清晰，工程技術存在許多不適應的方面，亟待明確注水技術在特低/超低滲透油藏開發中的研究現狀，加大技術創新和實驗的投入，解決制約注水開發進程的關鍵問題。

1 低滲透油藏的類型及其在國民經濟中的地位

低滲透油藏是依據儲層物性劃分出的一種油藏類型，其中特低、超低滲透油藏是低滲透油藏的重要類型。但目前世界油田對儲層分類標準的認識并不完全一致。我國多按照油層平均滲透率將低滲透分為三類[4]：一般低滲透儲層（平均滲透率50 mD～10 mD）；特低滲透儲層（平均滲透率10 mD～1 mD）；超低滲透儲層（平均滲透率1 mD～0.1 mD），但這種分類仍不能較準確描述某些典型的低滲透油氣層。如有關學者又將鄂爾多斯盆地低滲透油層界限標準按照油層平均滲透率分為：（1）一般低滲透（平均滲透率10 mD～1.0 mD），接近正常油層，油井能夠達到工業油流標準，但產量太低，需采取壓裂措施提供生產能力，才能取得較好的開發效果和經濟效益；（2）特低滲透（平均滲透率1.0 mD～0.5 mD），這類油層與正常油層差別較明顯，一般束縛水飽和度較高，測井電阻率低，無工業油流，必須借助于大型壓裂改造等措施，才能有效開發[5]，如安塞油田；（3）超低滲透（平均滲透率＜0.5 mD），油層非常致密，束縛水飽和度高，基本沒有自然產能，單井產量較低（2 t左右），但若油層較厚、埋藏較淺、原油性質較好[5]，適宜超前注水開發，如華慶超低滲透油田[6]。由此可見，單純地根據某些數字理解油藏類型是不全面的，油藏類型的劃分不僅與油藏地質特征有關，還需結合當時當地的經濟狀況和開采技術水平等。但不論以哪種標準劃分，油層滲透率1 mD以下的資源比例越來越大。

近年來，低滲透油氣資源在油氣勘探開發中的地位越來越明顯。低滲透探明石油儲量占新增石油探明儲量的87%、剩余資源量占剩余總量的76%以上[7]，其中特低/超低滲透油藏資源潛力巨大，主要分布在鄂爾多斯、準噶爾、松遼、四川、渤海灣和柴達木等盆地[8]。如鄂爾多斯盆地，超低滲儲量所占比例最大，其次為特低滲透儲量[9]。隨著勘探程度不斷提高、油氣需求日益增加，特低滲-超低滲透油氣資源開發已經被提上日程，在能源供應方面的作用越來越重要，是極具開發意義的非常規油氣領域。

2 注水在特低/超低滲透油藏開發中的研究現狀

根據世界上有切實開采方法數據油田的統計[10]，低滲透油田的開采方法以注水為主，其次是注空氣；特低滲透油田也仍然以注水為主，其次是注空氣、注天然氣與氮氣、注干氣和水驅、氣舉等（見圖1）。可見，今后相當長的時期內，注水仍將是特低滲/超低滲透砂巖油藏主要的開發方式。近年來，水平井、大型壓裂、超前注水等技術成功開發了特低滲透油藏，使得特低滲透油藏探明儲量大幅度增加[11]，同時已有實踐表明，注水在超低滲透油藏開發中也有一定應用前景，但超低滲透油藏單井產量更低、采出程度更差，水驅采收率不高[11]。

圖1 低滲透、特低滲透砂巖油田采油方法統計[10]

2.1 驅替實驗研究

目前研究注水效果常用的方法和手段包括常規巖心驅替、巖心驅替微觀分析、CT掃描、核磁共振等[12，13]。研究表明，物性與驅油效率并不直接相關，相對均質、孔喉匹配關系好的超低滲甚至致密巖心也能達到較高的驅油效率，孔隙結構特征、非均質性、黏土礦物賦存形態等對驅油效果影響較大[14，15]。陳付星等（1997）開展了驅替微觀模擬，在細小孔隙及喉道中水驅油大多活塞式推進，驅油較徹底；大孔隙中多為非活塞式驅替，易在孔隙中央形成殘余油，水驅油效率為41%～57%[14]。有關學者針對一般低滲透（50 mD～10 mD）、特低滲透（10 mD～1 mD）和超低滲透（1 mD～0.1 mD）巖心開展了水驅油動態分析[13]，認為相對高滲的巖心采收率也相對較高，特低/超低滲透巖心產油主要來自中、小孔，提高驅替壓力可以提高孔隙動用程度。高輝等（2013）利用核磁共振、環境電鏡掃描和CT掃描等對延長組巖心進行水驅油特征分析[16]，實驗包括3塊滲透率＜0.1 mD的致密巖心、8塊滲透率為0.3 mD～0.1 mD的巖心、7塊滲透率為0.5 mD～0.3 mD的巖心、6塊滲透率為1 mD～0.5 mD的巖心和14塊滲透率為5 mD～1 mD的巖心，樣品平均可動油百分數達到了57.62%，平均驅油效率為37.33%。

2.2 礦場注水實驗及存在的問題

現場注水開發效果既受控于油藏本身的特殊性，如儲層非均質性、滲透性、油層厚度等；也受注水開發過程的影響[17]，如開發制度、儲層損害、流-固耦合效應等，近年來發展了水平井技術[18]、分段壓裂及酸化技術、表面活性劑降壓增注技術[19-21]、同步注水、超前注水等技術[22]，研發了降壓增注材料[23]等，在鎮涇油田紅河105井區[24]、F油田長6超低滲透油藏[25]、長慶華慶油田[26，27]等均有應用。實踐表明，對特低/超低滲透油藏而言，注水開發效果優于天然能量開發，且超前注水效果較同步注水效果更好。但特低/超低滲透砂巖油藏現場注水中的一個突出問題是，局部裂縫發育區注入水沿裂縫突進、引起水竄和水淹，而裂縫不發育區物性差，導致注入壓力高、水井欠注，如安塞油田、扶余油層等，儲量動用程度低。需要建立有效的壓力驅替系統，優化井網、調整開發方案[28]。

油藏高壓欠注的原因較復雜，有的是因儲層物性太差而注水初期就欠注[29]，有的是長期注水過程造成損害而欠注[30]。對此，現場一般采用酸化、壓裂、解堵、防垢、清洗井筒、優化地面管網等治理措施，如姬塬油田劉峁塬長8層[29]和姬塬油田黃3區長8儲層[30]。或應用表面活性劑降低油水界面張力，不僅能降壓增注[19-21，31]也能夠提高采收率[20，21，32-36]，還可以解除地層損害，其機理多依據表面活性劑具有降低界面張力、乳化、分散、潤濕、增溶等性能。表面活性劑驅大部分是在水驅結束后進行的，根據文獻調研，統計了部分巖心在表面活性劑驅階段的采收率與降壓率，作出了表面活性劑作用下巖心滲透率與降壓率和采收率提高幅度關系（見圖2和圖3），文獻中巖心滲透率多大于0.5 mD，個別在0.3 mD～0.5 mD，多為特低滲透巖心，而超低滲透巖心實驗較少。可見，表面活性劑作用下降壓率和采收率提高幅度與巖心滲透率間關系并不明顯，特低/超低滲巖心在水驅后表面活性劑驅階段也能獲得相對較高的采收率。

圖2 滲透率與降壓率關系

圖3 滲透率與采收率提高幅度的關系

2.3 滲吸驅油

對于偏水濕的砂巖油藏，注水過程會產生水相滲吸現象，滲吸驅油也是這類油藏重要的驅油機理，毛管力是滲吸驅油的主要動力。理論上，對水濕油藏，毛管半徑越小，毛管力越大、滲吸驅油的動力越大、驅油效率越好[37，38]。實際滲吸過程的驅油效果取決于：（1）能否克服毛管末端效應；（2）毛管半徑大于束縛液膜厚度，否則液體束縛層的反常力會使毛管滲流空間無效[37]。水濕油藏使用表面活性劑，會改變巖石表面潤濕性，降低滲吸動力，使驅油效率降低。天然巖心的極限滲吸采收率低于10%[39]。

3 結論與建議

隨著勘探程度不斷提高、油氣需求日益增加，特低滲/超低滲透油氣資源在能源供應方面的作用越來越重要，是極具開發意義的非常規油氣領域。注水是這類油藏重要的開發手段，但效果受控于各種因素，包括物性差、儲層損害等，各因素之間存在主控因素變化，若方法適當，特低/超低滲儲層也有機會獲得較高采收率，這些認識為探索注水開發特低/超低滲透油藏帶來極大動力。

特低/超低滲透油藏開發不能單獨依靠某一項技術，必須是多種手段、多種技術的合理配合，積極將水平井技術、多級壓裂技術等用于特低/超低滲透油藏注水開發，打開特低/超低滲透油藏開發的新思路，才有望取得特低/超低滲透油藏開發新突破。

［1］李中鋒，何順利.低滲透儲層原油邊界層對滲流規律的影響［J］.大慶石油地質與開發，2005，24（2）：57-59+77.

［2］凌浩川，楊正明，肖前華，等.致密油儲層滲流新模型研究［J］.科學技術與工程，2013，13（26）：7624-7628.

［3］陳明強，任龍，李明，等.鄂爾多斯盆地長7超低滲油藏滲流規律研究［J］.斷塊油氣田，2013，20（2）：191-195.

［4］李道品.低滲透油田開發概論［J］.大慶石油地質與開發，1997，16（3）：33-37.

［5］雷常友.姬源油田耿32井區油藏開發方式研究［D］.西安：西安石油大學，2013.

［6］朱天壽，徐永高.超低滲透油藏壓裂改造技術［M］.北京：石油工業出版社，2012.

［7］胡文瑞.中國低滲透油氣的現狀與未來［J］.中國工程科學，2009，11（8）：29-37.

［8］秦偉軍，付兆輝.中國石化特低滲砂巖油和致密砂巖氣資源勘探潛力［J］.當代石油石化，2012，21（2）：13-16+22.

［9］黃建東，孫守港，陳宗義，等.低滲透油田注空氣提高采收率技術［J］.油氣地質與采收率，2001，8（3）：79-81.

［10］張蕾.低滲透油田開采現狀［J］.中外科技情報，2006，35（1）：4-11.

［11］袁自學，王靖云，李淑珣，等.特低滲透注水砂巖油藏采收率確定方法［J］.石油勘探與開發，2014，41（3）：341-348.

［12］莫邵元，何順利，欒國華，等.利用CT技術的超低滲巖心油水驅替特征研究［J］.科學技術與工程，2014，14（9）：25-28+43.

［13］周尚文，郭和坤，孟智強，等.基于離心法的油驅水和水驅油核磁共振分析［J］.西安石油大學學報（自然科學版），2013，28（3）：59-62+69.

［14］陳付星，鄒文選，韓翼云.特低滲透油層水驅油效率實驗研究［J］.低滲透油氣田，1997，2（2）：36-39.

［15］王瑞飛，孫衛.水驅油實驗影響驅油效率因素［J］.石油實驗地質，2010，32（1）：93-97.

［16］高輝，王小鵬，齊銀.特低滲透砂巖的核磁共振水驅油特征及其影響因素－以鄂爾多斯盆地延長組為例［J］.高校地質學報，2013，19（2）：364-372.

［17］曲建山，張書勤.張天渠油田長2油藏注水開發特征分析［J］.石油地質與工程，2007，21（4）：40-42+45.

［18］郎兆新，張麗華，程林松.壓裂水平井產能研究［J］.石油大學學報（自然科學版），1994，18（2）：43-46.

［19］繆云，周長林，王斌，等.高溫高鹽低滲油層表面活性劑增注技術研究［J］.鉆采工藝，2009，32（2）：71-73.

［20］賀宏普，樊社民，毛中源，等.表面活性劑改善低滲油藏注水開發效果研究［J］.河南石油，2006，20（4）：37-38.

［21］付美龍，王何偉，羅躍，等.吳旗油田表面活性劑降壓增注物模實驗和現場試驗［J］.油田化學，2008，25（4）：332-335.

［22］王道富，李忠興，趙繼勇，等.低滲透油藏超前注水理論及其應用［J］.石油學報，2007，28（6）：78-81+86.

［23］易華，孫洪海，李飛雪，等.聚硅納米材料在油藏注水井中降壓增注機理研究［J］.哈爾濱師范大學（自然科學版），2005，21（6）：66-69.

［24］趙茜.鎮涇油田紅河105井區超前注水試驗收實效［J］.中國石化報，2011.03.21.

［25］劉軍全.F油田長6超低滲油藏主要開發問題及技術對策［J］.海洋石油，2010，30（4）：92-98.

［26］李建山，陸紅軍，杜現飛，等.超低滲儲層混合水體積壓裂重復改造技術研究與現場試驗［J］.石油與天然氣化工，2014，43（5）：515-520.

［27］趙繼勇，樊建明，何永宏，等.超低滲－致密油藏水平井開發注采參數優化實踐［J］.石油勘探與開發，2015，42（1）：68-75.

［28］李恕軍，柳良仁，熊維亮.安塞油田特低滲透油藏有效驅替壓力系統研究及注水開發調整技術［J］.石油勘探與開發，2002，29（5）：62-65.

［29］王勇，胡浩.新型降壓減阻劑在超低滲透油田的應用［J］.低滲透油氣田（工藝技術與試驗），2013，（3）：128-130.

［30］薛婷，肖波，劉云飛，等.姬塬油田黃3長8油藏欠注井治理對策［J］.石油鉆采工藝，2014，36（3）：100-102.

［31］張朔，蔣官澄，郭海濤，等.表面活性劑降壓增注機理及其在鎮北油田的應用［J］.特種油氣藏，2013，20（2）：111-114.

［32］肖嘯，宋昭崢.低滲透油藏表面活性劑降壓增注機理研究［J］.應用化工，2012，41（10）：1796-1798.

［33］趙琳，王增林，吳雄軍，等.表面活性劑對超低滲透油藏滲流特征的影響［J］.油氣地質與采收率，2014，21（6）：72-75.

［34］劉鵬，王業飛，張國萍，等.表面活性劑驅乳化作用對提高采收率的影響［J］.油氣地質與采收率，2014，21（1）：99-102.

［35］王守虎，張明霞，姚斌，等.降壓增注劑JZJ在超低滲油藏的應用［J］.石油與天然氣學報，2012，34（3）：317-319.

［36］王桂娟，李愛芬，王永政，等.低滲油藏表面活性劑降壓增注性能評價研究［J］.科學技術與工程，2015，15（6）：69-73.

［37］馬小明，陳俊宇，唐海，等.低滲裂縫性油藏滲吸注水實驗研究［J］.大慶石油地質與開發，2008，27（6）：64-68.

［38］魏發林，岳湘安，張繼紅.表面活性劑對低滲油濕灰巖表面性質及滲吸行為的影響［J］.油田化學，2004，21（1）：52-55+67.

［39］陳俊宇，唐海，徐學成，等.表活劑對低滲裂縫性砂巖油藏滲吸驅油效果影響分析［J］.海洋石油，2008，28（1）：51-55.

Status and prospect of water injection in the development of oil reservoirs with extra/ultra-low permeability

LIU Xuefen1，GU Wenzhi2
（1.Energy Engineering College，Longdong University，Qingyang Gansu 745000，China；2.Oil Production Plant 10 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Qingyang Gansu 745100，China）

The oil resource with extra/ultra-low permeability,which is of great significance in the unconventional oil and gas,becomes more and more important in the energy supply.Water injection is an important means for the development of this kind of reservoir in China.The paper presented the current situation of water injection in the development of oil reservoirs with extra-low or ultra-low permeability,analyzed the main problems existed in the development of oil reservoirs with by water injection,combined with the existing technology,proposed thoughts and ideas to improve development of these oil reservoirs.

extra/ultra-low permeability；development；water injection；enhanced oil recovery

TE357.6

A

1673-5285（2017）06-0004-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.06.002

2017－04-22

甘肅省科技計劃資助“隴東地區致密砂巖油藏滲流行為及注水特性研究”，項目編號：1606RJYM259；隴東學院2016年博士科研啟動基金“超低滲透砂巖油藏能量補充方式研究”，項目編號：XYBE1601。

劉雪芬，女（1985-），副教授，從事非常規儲層保護、油氣井工作液等教學和科研工作，郵箱：xuefen580@126.com。