水驅油技術現狀及發展趨勢

孫 曄

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450）

1 CT掃描技術的發展現狀

CT（Computerized Tomography）是計算機斷層掃描的簡稱，一般是利用光源發射X射線穿透旋轉的物體然后掃描中間的斷面。系統利用X滲吸探測器捕獲X射線并檢測其強度，利用該射線衰減信號可以獲得重建CT圖像所需的完整數據，這些數據接下來通過相應的程序與算法能夠重新建立出物體相關的圖像。就當前來看，第三代掃描方式、第四代掃描方式是CT系統中比較常用的，其中的算法是平行束重建算法抑或是扇形束重建算法。自從首臺CT系統發明后，該技術發展迅猛并被應用到石油工業，用于提供高分辨率的3D巖心模型圖像，其分辨率可以達到孔隙尺度，而且該技術是一項無損傷成像技術（圖1）。不管是什么膠結類型，高分辨率數字巖心模型能夠一定程度定量地考察其中巖心內部的孔隙喉道特征、孔隙空間整體拓撲結構特征及其整體分布情況，比如說孔隙、喉道半徑的分布，配位數分布等（圖2）。

圖1 2mm巖心柱塞三維重構數字巖心模型、拓撲結構及其球棍模型

圖2 全尺度數字巖心模型三維重構

20世紀80年代初，Ayral等率先將醫用CT引入到石油勘探開發領域，進行油層物理等方面的研究。隨后，Jasti等利用體積掃描法獲得了巖心多孔介質一系列的掃描圖像。關于測量巖心中油的飽和度，CT技術是Wreath所采用的技術。對聚合物驅、二元復合驅及三元復合驅、表面活性劑驅的驅油效果進行比較，Bataweel同樣采用了CT掃描技術。Arns等利用高分辨率的CT掃描設備對碳酸鹽巖巖心的孔隙結構及巖心物性進行了研究，同時結合數值模擬方法對巖心的滲透率進行了計算。Kumar等研究了剩余油在孔隙中的分布特征（圖3）。

圖3 2mm數字巖心水驅剩余油分布

相對于西方國家，國內的曹緒龍等校正了CT圖像，開發了體積CT測量技術，測量巖心內油水的飽和度；巖心中所剩余油的飽和度會隨著不同驅替時刻產生變化，在上述基礎上，曹緒龍等也對此進行了進一步的研究。孫衛等基于層析掃描成像技術開展了砂巖微觀模型水驅實驗，對儲層孔隙結構微觀特征進行了定量評價（圖4）。

圖4 全尺度數字巖心模型水驅剩余油分布

就當前來講，檢測并分析油層物性、對特殊巖性的巖心上的孔洞裂縫的分布進行研究、研究微觀視角下巖心的空襲結構以及檢查測試巖心的機械性能（圖5）、研究巖心中所剩余的油分布的規律及其驅替特征、研究如何提高采收率的機理等，均是石油勘探開發中CT技術的主要應用。

圖5 三維孔隙結構模型水驅剩余油分布

2 精細注水技術發展現狀

2.1 分層注水

低滲透油田在一定程度上有其一定的特質，比如在縱向的開發方面中，所屬的層系比較多，而其中的儲層也具有嚴重的非均質性，因此需要分層注水技術，由于各大油田儲層性質、流體性質、開采條件、采油工藝以及開發階段的不同，關于分層注水的層數以及工藝的要求都是不一樣的，就其工藝方面而言，分注的層與層之間的距離最小值可以到1.2m，而且使用的工具能夠完成四級以上的分注，達到多級分注。而在國外，該方面的技術較為成熟，可以適用于多種油田，其相關的實用工具也比較適合分層注水工藝的標準。總體上已經實現了分層配注水量的要求，同時國外對注水過程要求嚴格、規范，注重水質，以便減小儲層傷害，根據注采參數、地質條件計算得出各油層組配注水量。縱觀國內的注水工藝，在20世紀60年代，我國已經在多級分注工藝方面獲得成就，其中固定式和活動式的分層配水技術也包含在內。大慶油田采用了分層注水方法，提高了開發效果，之后相繼研發成功了各種配水器及多級注水配套工藝，此外，關于防出砂、分層注水的相關注水技術也被研發出來，按照原來的分層進行注水并不能達到要求，這是因為在注水開發的功效上低滲透油田籠統進行的功效比較低，綜合考慮地質參數、流體性質、開發參數等多因素，計算合理計算分層注水量是提高油田精細注水的關鍵，在計算分層配注量方面，國內外主要有靜態地層系數法（根據kh劈分）、動態方程法（根據各動靜態參數合理劈分）和剩余油法（根據各油層剩余油劈分）[1]，地層系數法考慮因素較少，但計算簡單，動態方程法考慮因素較復雜，如何確定各參數所占比重及各參數之間的重要程度多依靠現場經驗，人為因素占有較大比例，計算結果不唯一。剩余油法，主要應用數值模擬軟件，在歷史擬合基礎上，量化各層剩余油，據此確定分層注水量。

2.2 注采比

注采比指注入水量與產出液量的比值，與地層壓力恢復速度，含水率、含水上升率、油井產量相關，是保持地層壓力水平的重要依據。在實際生產中，需充分認識主力油藏，使得地層壓力與注采比相匹配，由于各油田儲層差異，在地層壓力保持合理水平下，為滿足精細注水要求，各開發階段注采比不同。水驅曲線方法、物質平衡方法、類比方法、logistic旋回模型方法、多元回歸方法、地層壓力與注采比關系方法、階段存水率圖版方法、BP神經網絡預測方法等，是在當前看來油田配注的主要方法，不過其中對于logistic旋回模型方法應用大都在油田開發過程的中后期，然而在產量面臨遞減的狀況時會有比較明顯的水驅規律，這就更適合用階段存水率圖版法；在根據生產資料的基礎上，“有效注采比”的概念被河南省的石油勘探局引用，加上對無效注水比例的測試與計算，采液的速度與注采比、地層壓力保持水平的關系也被推算出來，也進一步幫助油田進行精準細致的注水。大慶油田對各區塊生產資料進行了大量的計算，得出不同區塊應采用不同注采比分析方法，薩中區宜采用注采比與水油比法，多元的回歸方法更適合敖包塔油田，物質的平衡法更適合薩南區，對于將來的注采比變化的規律，回歸公式是可以推算出來的，并為各區塊注采結構調整提供了建議。

2.3 采油速度

合理采油速度指油田在目前勘探開發技術水平基礎上，保證生產井排具有旺盛的生產能力、注水井排較強的吸水能力，同時，采油速度受到油田地質狀況、開發條件、流體性質、井網部署等多種因素的控制。就當前而言，對采油速度進行測算的方法較多，其中井網密度關系方法，初始時含水的情況、綜合含水率及含水上升速度關系法，采油速度與水驅規律曲線回歸系數、采油速度與流動系數、數值模擬法等是主要運用的方法。曲建山等整理分析了相關油田在生產過程中的各種資料，通過對采油速度是流動系數、井網密度的函數分析，進一步得到了采油速度與有效厚度、滲透率以及原油的黏度、井網密度相應數學公式。在開發過程中，不同的階段對采油速度有著一定的影響，為得到這些影響因素，唐資昌等通過原有的油藏相關生產理論研究數據，分析了不同參數對采油速度的影響程度，包括儲層物性、流體性質、原始地質儲量、含油面積、注采井數、井網密度等參數。姜鳳光等基于兩相滲流規律，推導出采油速度與相滲曲線回歸系數、綜合含水率及含水上升速度三部分呈現出較好的相關性，并分析了各部分對采油速度的影響，建立的數學關系式可用來評價不同含水時期實際油藏的合理采油速度。

2.4 超前注水、地層壓力保持水平方面

相關于低滲透油田在存儲層的敏感性研究顯示，儲層巖石的孔隙會隨著在地層壓力的降低有所收縮，同時其滲透性也會降低，這個過程是單向的，在一定程度上會傷害儲層，而超前注水技術在當前是低滲透油藏開采過程中比較常用的方法，能夠維持滲流環境、地層壓力水平。超前注水是基于非達西滲流提出的改善流體流動性的重要技術，對油田高效開發，提高低含水期采出程度具有重要意義。地層能量和生產壓差能夠通過超前注水技術得到提高，從而油井能夠高效生產并且在生產時間上有所穩定，通暢滲流環境，產量的遞減速度也會得到緩解，注水波和體積能得到改善。在這一方面國外較早地進行了研究，提出了早期注水，該學者認為如果保持較長穩產期同時又能縮短開發年限的話，運用早期注水能夠實現，Y.Bigno等對低滲透油藏中多分支井的相關效果進行了研究并得出結論，地層壓力的升高以及原油動力程度的增大確實是早期注水能夠實現的。S.V.Kolbikov等利用數值模擬技術，研究了不同地層壓力水平對應超前注水的最優方案。

國內許多學者從理論上對超前注水進行了研究，王瑞飛等對合理的超前注水時機、油井流壓進行了研究。閆健等認為超前注水可增加驅替壓力、提高水驅波及體積、防止流體性質改變、降低含水上升速度及產量遞減率。對于在什么時候注水更加合理、井距離和地層壓力的水平對超前注水的效果有什么影響以及儲層的物性方面，楊釗等在這些方面進行了研究，這一過程中運用了數值模擬技術。相對于超前注水其中的原理，車起君等研究發現，能夠讓地層壓力比較穩定的方法是先注然后再采，保持較大的生產壓差開采，有效克服啟動壓力的影響，建議先超前注水一段時間后再采取壓裂措施能獲得更好的開發效果，超前注水的增產效果在開發后期并不大。朱小影等對于超前注水的強度進行了研究，研究發現，超前注水開發效果與合理的注水強度有很大的關系。目前計算注水強度的方法有：在注采平衡的過程中運用數值的模擬方法進行對注水強度的計算，注水過程中的強度與過程中采油的速度、有水井的數量、井與井之間的距離有著一定的關系，這其中的關系生成的推理公式，利用室內實驗測得的滿管壓力曲線確定。

3 結論

通過對水驅油技術現狀的分析不難得出，在未來油田發展的過程中，水驅油技術會占有先天的優勢，通過對注水井分層注水，計算注采比，控制采油速度，保障地層壓力，能夠有效地提高油田油井的采收率，為油田的油井產量提供強有力的支持，保障了油田的開采年限。