周期注水改善水驅效果原理及適用條件分析

黃 瑞

（西安石油大學石油工程學院，陜西 西安 710065）

1 周期注水的作用過程

周期注水是指注入水量的變化呈周期性，使得不穩定壓力場遍布于地層中，導致地層中油水不斷進行交換和重新分布。在注水階段，由于高滲層與低滲層之間壓力變化速率不同，產生了附加壓力差，導致油和水從高滲透帶向低滲透帶流動；而當停注時，油和水就沿相反方向流動，當一個注水周期完成后，就會有更多的水從高滲層流向低滲層，而且大幅度動用了儲層毛管力的滲吸作用，加大了注入水的涉及體積，促使低滲層的油流向高滲層，一方面提高了注水利用率，增大了波及系數，提升了驅油效果，另一方面隨油井中含水率的增高，采收率也得到大幅提高。

2 周期注水作用機理

2.1 層內非均質條件下周期注水作用機理

常規注水條件下有毛管力和重力兩種作用引起水的縱向竄流。一般情況下，水相密度大于油相密度，在重力作用下水總是向下竄流，其大小與油水密度差成正比。毛管力作用引起竄流分為三部分，一是無論是親油層還是親水層，由飽和度差異引起的那部分竄流總是起“均勻”作用，不同部位間飽和度差異越懸殊，竄流量越大；二是孔隙半徑變化引起的水竄流，孔隙越大，竄流量越大，孔隙越小，竄流量越小；三是潤濕性變化引起的水竄流，水沿著強水濕方向竄流，且潤濕性變化越大，竄流效果越明顯。

2.2 層間非均質條件下周期注水作用機理

在周期注水的停注半周期內，注采比（等于零）遠小于1，兩層產液比值增大，提高了較低滲透油層的動用狀況。而重新注水后，注采比增大，兩層產液比值減小，仍然主要開采高滲透層，但增加了地層能量，為下一次停注半周期內的高效利用較低滲透油層做出了物質上的準備。如此重復下去，人為的創造了一系列壓力下降過程，其作用實質上是在“時間域”上將高低滲透層分層開采，減少層間干擾，緩解層間矛盾，提高最終原油采收率。

另外，平面非均質條件下周期注水與層內非均質油層相類似，在平面均質條件下高滲透層與低滲透層之間也會發生相互滲透的情況，并且可以加大殘余油的采收率。通過數值模擬表明，雖然周期注水解決平面矛盾不如層內、層間那樣有效，但只要高低滲透條帶間滲透率級差足夠大，接觸面積足夠大，周期注水也會取得很可觀的效果。

3 周期注水方式的確定

經過國內外多年的理論研究和礦場實踐，周期注水方式有以下幾種。

3.1 同步周期注水

同步周期注水是周期注水方式中相對簡單而且便于實施。注水井所有注水層段采用“三同時”的方式，即同一周期，同時注水，同時停注。只要油層各個層段的物質性質相類似即可進行實施，方法簡便卻需要建立注水井的操作程序復雜，層停井亦停，但是通過大量的礦場實踐表現出以下缺點：一是在冬季注水管線極易出現凍結的現象，恢復起來較為麻煩。二是由于油井壓力在停注半周期內下降幅度特別大，欠載停機的現象常常出現在電泵井上，造成了極大的管理難度。

3.2 異步周期注水

所有層段分別進行注水，當一個層段注水時，另一個層段就不能注水，但采油井是一直注水，而且要保證各個層段的注水時間相同。與同步周期注水一樣，先決條件時油層的各個層段的物質性相類似。雖然層段吸水量不穩定，但全井注水量相對穩定，可以防止冬季管線凍結。

3.3 主力油層周期注水，非主力油層常規注水

當非均質性嚴重的主力油層較厚，且為滲透率差異性大的主力油層/非主力油層。可以采用主力油層與非主力油層分別采用周期注水和常規注水的方式提高水驅效果力場，使層內不穩定壓力增強；剩余油通常情況下儲存在非主力油層中，是由于非主力油層滲透率低的緣故。產液量比例加大，開采速度加快，開采效果得到改善是在主力油層停注的半周期內。再則由于油井泵排量相對穩定，由于注水會有停注和復注的節奏，相近于注水井的不穩定注入，相同的原理不穩定壓力場也將建立，起到同周期注水類似的效果。因此，非主力層內部的關系矛盾也會得到一定的改善，這種方式表現為注水井不停，注水量周期性變化。

3.4 交錯式周期注水

在平面非均質性嚴重、剩余油分布比較零散的情況下，為充分發揮周期注水的作用，可采用交錯式周期注水方式。這種方式改變液流方向的作用更強，效果更好。

為減少層內和層間矛盾作用，運用以上幾種周期注水方式都可以得到解決，都能夠使高滲層和低滲層之間產生不穩定的壓力場，只是矛盾的解決程度不盡相同。其中，同步周期注水的情況下，由于每一層段均在注水，導致高滲層與低滲層同步變化。不同步周期注水，高滲層的壓力高低變化時，低滲透層壓力變化恰恰相反。同步周期注水與不同步周期注水相比壓力差差別較小。第三種主力油層周期注水、非主力油層常規注水開展時，高滲透層壓力變化與低滲層壓力變化相反，形成的壓力差小于不同步周期注水，大于同步周期注水。

4 周期注水的適用條件

周期注水的開發應用，主要是利用潤濕相和非潤濕相之間毛管力之間的作用，自發形成潤濕相吸入，而非潤濕相排出，進而提高低滲帶采出的程度。這種特殊的機理方式就對不同的油藏開采提出了不同的使用要求。其中，周期注水主要適用于兩種條件的油藏。

一方面，周期注水適用于油層親水條件。親水油層自身的特殊性質與其形成的孔隙結構與流體流動密切相關，親水油藏的吸水程度高，應用周期注水的方式，就可以便捷的將外來水存儲到油藏巖層的巖石孔隙中，這樣巖層孔隙中的石油就會容易被水驅出來。

此外，周期注水適用于裂縫性油藏，即油氣在裂縫性圈閉中聚集而形成的油氣藏。這種油藏的原始孔隙率高低不一，其中的滲透空間發育分布極不均一，在勘探和開采過程中的難度較大，技術要求更高。因此需要高度的認識和分析其裂縫的發育以及具體的分布規律。這種油藏的裂縫越大，巖層注入水的增大幅度就會相對小于交滲量的增大幅度，周期注水的效果就越好。裂縫越大，后備油源儲量空間更大，因此周期性注水更能發揮出來作用。

5 結語

1）周期注水可以緩解研究區內由于常規注水開發效果變差造成采收率降低的開發現狀，從而提高剩余油的采收率；

2）采取不同的周期注水方式可以解決由于儲層物性不均勻導致的的層內及層間矛盾，實現注入水的均勻推進，從而提高地層原油的采出程度；

3）由于附加竄流的影響使得周期注水適用于油田開發的各個階段，且主要適用于親水性油藏及裂縫性油藏2類油藏。