一維水驅油脈動周期注水數值模擬研究

牛智浩，張 旭，劉朕之，宋 婷，金心岫，武繼強

（1.西安石油大學石油工程學院，陜西西安 710065；2.中國石油長慶油田公司第十一采油廠，甘肅慶陽 745003；3.中國石油長慶油田公司第二采油廠，甘肅慶城 745113；4.中國石油大學（北京）石油工程學院，北京 102249；5.勝利油田東勝公司，山東東營 257000）

2019 年國內石油消耗6.96×108t，進口總量達5.05×108t，對外依存度高達72.7%，石油供給安全形勢嚴峻，因此，大力提升石油產量對保障國家能源安全至關重要[1，2]。注水開發一直是提高油田采收率的重要方式之一，隨著注水方式的不斷發展，越來越多的學者針對注水方式、注水設備和注水工藝上做了大量研究。如周期注水、脈沖注水、同/異步注水、超前注水、分層注水等技術不斷進步，有效提升了油藏注水開發效果[3-8]。目前針對大多數油藏開發的主要方式為注水，但該技術在實際應用過程中因油藏個體性差異導致開發效果差異較大。經過前期充分的調研及論證，本文在周期注水的基礎上，提出“脈動周期注水”的注水開發方式，通過控制開井關井的頻率、改變注水強度、提升注水壓力等措施，使得地層中的油水重新分布，提高油田注水波及體積和驅替效率，達到增采的目的。

本文結合油藏數值模擬方法[9-11]，基于一維油水兩相水驅油的驅替過程，通過縮短注水周期，驗證脈動周期注水的可行性。進而研究在連續注入和脈動周期注入下水驅前緣的傳播規律。從理論上研究脈動周期注水的驅油機理，豐富注水開發的理論，為油田脈動周期注水配注模型和工藝優化提供理論支撐。

1 數值模擬

1.1 模型建立

本文采用CMG-IMEX 模擬器建立了一個巖心尺度下的一維均質單孔隙介質水驅油模型。該數值模型尺寸200 cm×5 cm×5 cm，分別對應巖心的長度、寬度及厚度。在已有模型的基礎上，改變工作制度，進一步驗證脈動注水提采的可行性及不同工作制度下脈動周期注水的滲流規律，優化脈動注水的工作制度，最終達到最大化采收率的目的。

模型參數（見表1）。將基于數值模型得到的分別在96 min、186 min、290 min 時刻的含水飽和度分布。

表1 模型參數列表

1.2 模擬方案及結果分析

為有效評估脈動注水在油藏中提采的可行性，研究不同工作制度下的脈動注水提采效果，即保證注入量一定的情況下，選擇相同的模擬時間節點對比（分別在模擬的第96 min、186 min、290 min），通過頻繁的開關井達到脈動效果，如開9 min 關15 min，開15 min 關30 min，開30 min 關60 min 等，故設計了如下方案（見表2，圖1，圖2）。

表2 不同方案不同時刻下的累產油

圖1 連續注入（左）和開9 min 關15 min（右）制度下脈動注入時水驅前緣對比

圖2 連續注入與開15 min 關30 min（左）和開30 min 關60 min（右）制度下脈動注入時水驅前緣對比

方案1：連續注水。以該方案為基礎，對比在不同工作制度下脈動注水的水驅前緣。在該方案下設定注入速度1 cm3/min，在第96 min、186 min、290 min 時的水驅前緣分別在55.3 cm、101.1 cm、153.6 cm 處，在這些時刻的累產油分別為35.1 cm3、90.7 cm3、169.9 cm3。

方案2：開9 關15 下脈動周期注水。該工作制度下的注入速度設定為2.667 cm3/min，在第96 min、186 min、290 min 時刻的水驅前緣分別在56.4 cm、105.1 cm、157.3 cm，累產油分別為38.2 cm3，95.6 cm3，175.7 cm3。

方案3：開15 關30 下脈動周期注水。該工作制度下的注入速度設定為3 cm3/min，在第96 min、186 min、290 min 時刻的水驅前緣分別在61.8 cm、107.9 cm、163.6 cm，累產油分別為41.0 cm3，99.8 cm3，181.9 cm3。

方案4：開30 關60 下脈動周期注水。該工作制度下的注入速度設定為3 cm3/min，在第96 min、186 min、290 min 時刻的水驅前緣分別在63.3 cm、111.5 cm、169.9 cm，累產油分別為46.6 cm3，108.5 cm3，191.4 cm3。

結合圖1、圖2，在方案4：開30 關60 的工作制度下，水驅前緣推進的較快，驅替效果明顯，殘余油飽和度較小。結合累產油曲線圖發現在350 min 時，脈動周期注水的累產油為244.2 cm3和連續注水的產量為220 cm3，此時差距到達最大值，為24.2 cm3。從而印證了脈動周期注水在油井見水前可有效地改善油層動用狀況同時提高采收率。

2 結論

（1）一維水驅油數值模型中,相較于連續注水，在脈動周期注水制度的波及范圍內，其驅替效率高。但是在該工作制度下，水驅前緣的推進速度快，會導致油井過快見水，產水量較高。

（2）脈動周期注水存在一個最優的工作制度，即開30 min 關60 min，在兩種注入方式都未到達水驅前緣處時，相比于連續注水，在該工作制度下，其驅替后的含油飽和度更低，洗油效果最好。