超低滲透油藏超前注水開發技術研究及應用

范旭

（長慶油田分公司采油十二廠固城作業區，甘肅 合水745400）

1 概述

近年來，我國油田儲量品味不斷降低，為了緩解這一問題，國內油田都將研究重點集中在了超低滲透油藏的開發上。其中開發超低滲透油藏的有效開發方式之一就是超前注水，也是當前滲透油田開發的主要途徑。在進行注水開發后，是否能夠注夠水，是決定油田是否能夠持續穩定而又高效生產的重要因素，本文將對超低滲透油藏超前注水開發技術研究進行簡要的研究。

2 超前注水機理及作用

2.1 超前注水機理

超低滲透油藏的超前注水機理指的是在超前時間只注不采，這樣能夠大幅度提升地層的壓力，當油井投入生產時，油井就會出現較高的壓力梯度，當超前注水時間達到一定積累后，油層中所有地點的壓力梯度都會大于啟動時候的壓力梯度，這時候有效的壓力驅替系統便建立起來了：

其中超前注水數學模型為：

邊界條件為：

初始條件為：

2.2 超前注水的作用

2.2.1 建立驅替系統。根據流體滲流理論可知，在有限的泄油區域內油層中原油的水驅動程度、滲透率及壓力梯度具有一定的數學關系，用數學公式可以進行如下表達：

其中，F 表示為水驅儲量動用程度，K 表示為油層的有效滲透率，Δp/L 表示為驅替壓力梯度。從公式中我們可以得出，儲層的有效動用程度隨著驅替壓力的增加而增加，油藏的驅替壓力大，那么水驅儲量的動用程度隨之也會變大。超低滲透油藏通常具有低孔、低滲的特點，且其吼道半徑都較小，因此邊界效應在注水開發驅替過程中十分明顯，在滲流過程中，流體需要克服一定量的啟動壓力梯度，對于滲流特征明顯的油藏來說，通過開展超前注水，在提升油藏開發初期地層壓力，降低一些敏感性傷害的同時，還能使油藏儲層開發的驅替壓力梯度大于儲層流體啟動時的壓力梯度，進而水驅驅替壓力系統就能夠順利建立。2.2.2 減緩儲層傷害。根據當前對致密儲層的研究可知，通常情況下，致密儲層都會伴有微裂縫，油藏在進行開發利用后，這種微裂縫的導流能力都很強，快速的導流使得地層的壓力迅速下降，在低壓環境下油藏儲層的孔隙度會減小，裂縫逐漸閉合，油層滲透率快速下降。水驅效率研究實驗表明，如果在初期，地層的油藏壓力下降，后期可以通過向其內部注水補充壓力，通常來說，僅有六成至八成的有效滲透率是可以通過注水進行恢復的，這種傷害是不可逆的。2.2.3 降低開發初期含水量。根據大量的實驗和生產經營可知，致密儲層中的滲流方式屬于一種擬穩態滲流，這種擬穩態滲流的特征與有啟動壓力梯度的滲流方式較為相似。經研究可知，開發含水率與啟動壓力梯度之間存在一定的數學聯系：

其中，fw表示含水率，kro/krw表示油水的相對滲透率，K 表示有效滲透率，Φ 表示有效孔隙度，τ 表示極限剪切應力，Δp/L 表示啟動壓力的梯度。從公式中我們可以看出，油藏開發的含水率會受到多方面因素的影響，如果油藏儲層的啟動壓力梯度為零，上述公式就變成了最常見的達西定律，如果油藏儲層存在一定的啟動壓力梯度，那么該公式就能體現出于非達西滲流特征，這時含水率就會受到油水粘度比、有效滲透率和原油極限剪切力的影響。在其他滲流條件相同的情況下，油藏的儲層密度越大，啟動的壓力梯度就會越大，那么油藏中的含水率就會變得很小。相反，油藏儲層的密度越小，啟動壓力梯度就會越小，那么其含水率就會變得相對較大。油藏超前注水就是通過這種提升儲層壓力來保持水平的，能夠有效的降低油藏開發過程中油層中的有效孔隙受到的傷害和有效滲透率受到的傷害。2.2.4 提高油藏最終采收率。對超低滲透油藏進行超前注水能夠有效提升油藏的最終采收率，隨著致密儲層中初始地層壓力的提升，儲層的驅替壓力會逐漸變大，如果向地層中注入水分，油藏中地層的壓力就會變大，油藏開發過程中驅替壓力就會變大，換句話說，開發過程中驅替生產壓力就會增大，這種壓力就能夠克服初始啟動壓力和滲流阻力，這樣致密儲層中細微孔道中以及微裂縫中的原油就會被替代出來。

3 超前注水技術研究

3.1 合理注水強度

首先要將啟動壓力梯度與裂縫之間的影響考慮進去，其中最小注水強度的確定公式為：

最大注水強度確定公式為：

其次，應該將注水強度與井距之間的關系考慮進去，此時注水強度公式可表示為：

3.2 合理累計注水量

如果油藏儲層均質，在開展超前注水時，圍繞注水井進行均勻發散驅替的過程就是水驅油的過程，實際生產中驅替過程我們可以近似看做是一個圓柱體的驅替，在正常情況下，油藏儲層的壓力與超前注水的地下體積存在一定的關系，用數學公式可以表示為：

其中，P 表示為地層的壓力，單位為Pa；Pi為初始壓力，單位為Pa；Vf為地層中被驅替的體積，單位為立方米；Re和Rw分別為泄油半徑和驅替井半徑，單位為米；h 為驅替的有效厚度；Ct為綜合壓縮系數。

4 超前注水現場實踐

首先，可以選取通過自然能量進行開發的油井與進行超前注水方式進行開發的油井組進行生產動態對比，經過一段時間生產統計得知，實施超前注水方式的井組，它們的油體初期產量要遠遠高于自然生產的井組。另外，在開發初期，實施超前注水方式的井組遞減更小，據數據統計，實施超前注水的井組前半年的自然遞減率為5.5%，第一年的自然遞減率約為15.8%，相比之下，采用自然能力方式開發的井組，其前六個月的自然遞減率達到了65.31%，而前一年的自然遞減率更是高達68.39，由此可知采用超前注水進行開發的效果要明顯好于自然能量開發效果。

其次，將采用油藏同部位儲層實施超前注水的井組與實施同步注水或者滯后注水的井組進行對比分析，由分析結果可知，采用超前注水方式井組初期產油量更高，據數據統計，其前半年平均采油量可達到每日2.6 噸，而同步注水方式的日采油量為2.1 噸，滯后注水的井組日采油量相對更少，因此采取超前注水的整體產量效果要明顯好于同步注水和滯后注水。因此超前注水能夠有效的克服啟動壓力梯度，能夠建立完善高效的壓力驅替系統。

第三經過生產實踐可知，通過采用合理有效的超前注水政策，其注水強度一般控制在1.5 至1.8 之間，通常情況下，每米油層科學合理的注水厚度為140M3，最佳注水天數一半保持在九十天上下即可。

最后，通過對油藏加密區超前注水效果進行分析得知，在對井距進行縮小后，其壓力驅替系統才更容易被建立。例如，某一油藏井組進行了超前注水處理，注水量為465 立方米，采油井在投產后第三個月的時候開始受效，在調查過程中發現受轉注井和老井之間的相互影響關系無法確定，因此超前注水規律很難得以及時的掌控。根據相關數據提供，加密調整區的超前注水量在1600 立方米至1800 立方米之間，在此條件下，一方面能夠保證采油井的采油效率在每天1.8 噸至2.8 噸之間，另一方面能夠有效的將含水量控制在30%以內。

5 應用效果評價

油田井組通過實施超前煮注水，將地層的能力保持的極為良好，且地層壓力發生了如下變化：第一，進行超前注水的初期，地層壓力升高，壓力保持水平高，通常壓力保持水平可達到110%甚至以上。第二，單井產量提升，產量遞減速度變慢。第三，油井產量變化明顯，油田通過超前注水處理，在很短的周期內，油井就出現成效，油井產液量和產油量大幅度提升且產量變化穩定。

結束語

總結來說，實施超前注水能夠有效提升地層的壓力，使超低滲透油藏更易建立起驅替壓力系統，進而提高油井的初期產量，降低開發初期遞減。因此如何利用現有技術，合理適時的對超低滲透油藏進行開發具有十分重要的現實意義。