不穩(wěn)定注水技術在低滲透裂縫油藏的應用

葉楊青 黨凱妍 李曉航 仵改

1. 延長油田股份有限公司志丹采油廠 陜西 延安 716000 2. 延長油田股份有限公司定邊采油廠 陜西 定邊 718600

石油是全球經(jīng)濟的重要支柱，但隨著資源儲量的減少，石油開發(fā)面臨越來越大的挑戰(zhàn)。低滲透裂縫油藏作為一種重要的非傳統(tǒng)石油資源，具有廣闊的開發(fā)潛力。然而，這類油藏的開采面臨諸多難題，如裂縫網(wǎng)絡的復雜性、低滲透率以及高壓注水所帶來的地層損傷等問題。傳統(tǒng)的注水開發(fā)方法在低滲透裂縫油藏中效果有限，因此，需要尋求新的技術手段以提高油藏的開采效率。不穩(wěn)定注水技術作為一種新型的水驅(qū)方法，已經(jīng)在一些油田中得到了成功應用。這種技術通過不穩(wěn)定流場來實現(xiàn)對油藏的有效開發(fā)，具有降低地層損傷、提高注水效率等優(yōu)點，因此，分析此技術應用具有重要意義。

1 油藏分析

紅星油田，位于我國東北地區(qū)的松花江盆地，距離哈爾濱市約150km。紅星油田探明地質(zhì)儲量約為5億t，可采儲量約為1.5億t。紅星油田主要發(fā)育于侏羅系上統(tǒng)的砂巖地層中，地層厚度約500m，地層平均滲透率約為0.5毫達西（mD）。油藏裂縫系統(tǒng)發(fā)育，裂縫密度約為10條/m。儲層主要為中細砂巖，孔隙度約為15%，平均粒度為0.1～0.3mm。原油密度約為0.85g/cm3，黏度約為100厘泊（cP），凝固點約為-20℃。原油成分主要為飽和烴，含有少量的芳香烴和瀝青質(zhì)。開發(fā)方法：紅星油田采用不穩(wěn)定注水技術進行開發(fā)。通過實驗室和現(xiàn)場試驗，研究人員已經(jīng)確定了最佳的注水壓力、流速和滲流速度等參數(shù)。不穩(wěn)定注水技術在該油田的應用效果顯著，提高了原油采收率，降低了開發(fā)成本。

2 不穩(wěn)定注水技術概述

不穩(wěn)定注水技術是一種針對低滲透裂縫油藏的新型注水方法。其原理是通過在注水過程中引入不穩(wěn)定流場，以提高油藏的開發(fā)效率。不穩(wěn)定流場是指流體在流動過程中，速度、壓力等參數(shù)呈現(xiàn)出非穩(wěn)定的變化，與常規(guī)穩(wěn)定的流動方式相比，不穩(wěn)定流場具有更多的能量傳遞和交換，從而更有效地驅(qū)動油藏中的原油向外采出。不穩(wěn)定注水技術的原理主要是基于油藏地質(zhì)條件和流體性質(zhì)的差異性，通過高壓注水方式來提高油藏的驅(qū)油效率，從而實現(xiàn)對地下原油的高效開采，主要包括波動的注水量、控制注水速度，調(diào)整注水壓力等[1]，如圖1所示。

圖1 不穩(wěn)定注水技術原理圖

在油藏中，由于流體性質(zhì)的差異性，存在著各種不同密度的油、水和氣等成分，這些成分之間的相互作用和影響使得油藏內(nèi)部的壓力分布和滲流特性變得非常復雜。不穩(wěn)定注水技術的實現(xiàn)需要滿足一定的技術條件和要求。其中，注水壓力是至關重要的因素之一，它直接決定了油藏內(nèi)部的壓力分布和滲流特性。根據(jù)油藏的地質(zhì)條件和流體性質(zhì)，需要確定合適的注水壓力值，以確保注水效果和油藏開發(fā)效益的最大化[2]。

不穩(wěn)定注水技術具有多種優(yōu)勢：（1）不穩(wěn)定流場可以降低地層中的損傷，從而延長油藏的開發(fā)壽命；（2）不穩(wěn)定流場有助于提高注水效率，從而提高原油采收率；（3）不穩(wěn)定流場可以在一定程度上降低注水過程中的能耗，實現(xiàn)綠色環(huán)保開發(fā)。對于不穩(wěn)定注水技術的應用，需要注意油藏的地質(zhì)條件和流體性質(zhì)的變化。由于油藏內(nèi)部的地質(zhì)條件和流體性質(zhì)會隨著開采時間的推移而發(fā)生變化，因此需要根據(jù)實際情況對注水參數(shù)進行調(diào)整，以確保注水效果的穩(wěn)定性和持續(xù)性[3]。

3 不穩(wěn)定注水技術在低滲透裂縫油藏的應用

3.1 注水方式

不穩(wěn)定注水技術在低滲透裂縫油藏中的注水方式具有很高的注水效率。由于裂縫油藏具有高滲透性，普通的注水方式難以滿足油藏的開發(fā)需求。不穩(wěn)定注水技術通過注入具有一定粘度的高聚合物溶液，能夠在裂縫中形成穩(wěn)定的凝膠狀物質(zhì)，從而有效提高注水效率。其次，不穩(wěn)定注水技術可以有效降低油藏的開發(fā)壓力。在注水過程中，油藏內(nèi)部的壓力會逐漸降低，這會導致油藏的開發(fā)效果下降。不穩(wěn)定注水技術能夠有效降低油藏的開發(fā)壓力，從而延長油藏的開發(fā)壽命。再次，不穩(wěn)定注水技術可以減少油藏注水量[4]。

式中：Vw為注水量，m3，Q為注水強度，m3/d，δP為油藏內(nèi)壓力變化，Pa，t為注水時間，d。

式中：Xg為凝膠質(zhì)量分數(shù)，%，mg為凝膠質(zhì)量，kg，m0為油藏內(nèi)油藏質(zhì)量。

由于不穩(wěn)定注水技術能夠形成凝膠狀物質(zhì)，注水量可以大幅減少，從而減少注水過程中的能源消耗和環(huán)境污染。

此外，不穩(wěn)定注水技術可以提高油藏的注水周期。

式中：T為注水周期，d，Vw為注水量，m3，Q為注水強度，m3，mg為凝膠質(zhì)量，kg，m0為油藏內(nèi)油藏質(zhì)量，kg。

由于不穩(wěn)定注水技術能夠形成穩(wěn)定的凝膠狀物質(zhì)，注水周期可以得到有效延長。這可以降低注水過程中的設備維護成本，從而提高油藏的開發(fā)效益。最后，不穩(wěn)定注水技術可以減少油藏的滲漏。在注水過程中，油藏內(nèi)部的滲漏問題一直是一個難以解決的問題。不穩(wěn)定注水技術通過注入具有一定粘度的高聚合物溶液，可以有效減少油藏的滲漏問題，從而提高油藏的開發(fā)效益。

3.2 泡沫驅(qū)技術

不穩(wěn)定注水技術是一種通過在水驅(qū)過程中不斷調(diào)整注水參數(shù)，以實現(xiàn)油藏中油水分布的最佳匹配。在低滲透裂縫油藏中，由于油藏裂縫特征、滲透率低和油水界面運動困難等問題，常規(guī)注水技術難以滿足油藏的開發(fā)需求。泡沫驅(qū)技術是一種利用表面活性劑產(chǎn)生泡沫，提高油藏驅(qū)動效果的技術。泡沫驅(qū)技術在低滲透裂縫油藏中有較高的驅(qū)油效率，且具有較強的適應性。在低滲透裂縫油藏中，表面活性劑通過填充油藏裂縫，降低油水界面張力，從而提高油藏的驅(qū)油效率。而泡沫驅(qū)技術將進一步提高油藏的開發(fā)效果。在實際應用中，可以通過調(diào)整注水參數(shù)，使注水量、壓力和泡沫濃度等參數(shù)與油藏裂縫特征、滲透率等參數(shù)相匹配，從而達到最佳的油藏開發(fā)效果。例如，使用數(shù)學模型或經(jīng)驗公式來優(yōu)化泡沫驅(qū)液的泡沫質(zhì)量、黏度和表面張力等參數(shù)[5]。

3.3 化學驅(qū)技術

低滲透裂縫油藏由于滲透率低、油藏非均質(zhì)性強等特點，傳統(tǒng)注水開發(fā)方式往往效果不佳，導致油藏開發(fā)效率低、采收率低等問題。而化學驅(qū)技術作為一種高效的提高采收率的方法，具有獨特的優(yōu)勢和應用價值，其通過改變油藏中原有的物理和化學性質(zhì)，提高油水相互作用的效果，從而達到增加采收率的目的。通過向油藏注入不穩(wěn)定水溶液，這種不穩(wěn)定劑在注入后會發(fā)生相變，使得油藏中的原油與注水之間產(chǎn)生一定的化學反應，形成微小的氣泡，增加油水界面的面積，促進油水分離，從而提高原油的流動性，實現(xiàn)原油的高效開采。

與傳統(tǒng)的注水技術相比，化學驅(qū)技術具有更高的采收率，尤其是在低滲透裂縫油藏中具有顯著的優(yōu)勢。化學驅(qū)技術的應用，結合油藏的特點進行合理的參數(shù)設計。包括注水量、注入速度、注入壓力、注入溫度等方面的優(yōu)化，根據(jù)油藏的地質(zhì)條件、原油性質(zhì)、水溶液性質(zhì)等因素設計具體的參數(shù)，以達到最佳的化學驅(qū)效果。

3.4 壓力脈沖技術

壓力脈沖技術是一種監(jiān)測油藏壓力的有效手段，通過對油藏內(nèi)壓力的實時監(jiān)測和分析，可以更好地了解油藏內(nèi)部的開采狀況。壓力脈沖技術的應用主要通過改變注水壓力和注水時間等參數(shù)，引起油藏中的壓力變化。這種壓力脈沖可以破壞油水界面的張力平衡，改變裂縫油藏中的滲透率分布，增加油水接觸面積，促進油的流動，提高采收率，從而提高油水分離效果。在低滲透裂縫油藏中，壓力脈沖技術可以通過測量油藏中裂縫的壓力變化，實時獲取油藏內(nèi)部原油的流動性和驅(qū)替情況。利用壓力脈沖技術，可以實現(xiàn)對低滲透裂縫油藏的高效開采。同時，壓力脈沖技術可以對油藏內(nèi)部的壓力進行實時監(jiān)測，為油藏的開發(fā)提供重要的參考數(shù)據(jù)。

此外，壓力脈沖技術還可以為油藏的開采提供更精確的預測。通過對油藏內(nèi)部壓力的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，可以更準確地預測油藏的開采壽命和產(chǎn)量。這有助于優(yōu)化油藏的開發(fā)方案，提高油藏的開采效率，同時降低開采成本。最后，應用壓力脈沖技術在低滲透裂縫油藏中的開采，還可以實現(xiàn)環(huán)保、節(jié)能的目標。由于不穩(wěn)定注水技術可以減少原油開采過程中的化學劑使用，從而降低對環(huán)境的影響。比如紅星油田即采用不穩(wěn)定注水技術的開采，提高油藏的開采效率10%～20%，降低原油開采成本20%～30%。同時，通過對油藏內(nèi)部壓力的實時監(jiān)測，可以更好地控制油藏的開采強度，從而實現(xiàn)節(jié)能減排。

3.5 水力裂縫技術

水力裂縫技術通過將注水壓力維持在臨界點附近，使得地層中的水力裂縫得以擴展，從而增加注水通道，提高注水效率，采用水力裂縫技術的低滲透裂縫油藏注水壓力比傳統(tǒng)注水技術降低了15%～20%。其次，水力裂縫技術通過對注水壓力的實時調(diào)整，可以實現(xiàn)對裂縫的動態(tài)控制，使裂縫得以擴展到最佳尺寸。由于注入液在整個開采過程中保持不穩(wěn)定狀態(tài)，裂縫可以自然地保持開放，從而降低了注水壓力。這樣，既保證了裂縫的穩(wěn)定性，又避免了裂縫過度擴展導致的資源浪費。在注水過程中，隨著裂縫的擴展，地層應力逐漸釋放，水力裂縫的閉合速度也隨之加快。水利裂縫技術通過對注水壓力的實時調(diào)整，可以有效延緩裂縫的閉合速度，從而延長裂縫的壽命，提高原油的采收率。

4 結束語

綜上所述，不穩(wěn)定注水技術在低滲透裂縫油藏的開發(fā)中取得了顯著的成果。通過對不穩(wěn)定流場的研究和優(yōu)化，注水效率得到了顯著提高，同時也降低了地層損傷和能耗。其中泡沫驅(qū)、化學驅(qū)、壓力脈沖和水力裂縫技術等在低滲透裂縫油藏中通過改變流體流動模式、提高驅(qū)油效率、降低地層損傷、降低能耗等方面的創(chuàng)新，為低滲透裂縫油藏的開發(fā)帶來了顯著的成果，實現(xiàn)不穩(wěn)定流場，從而提高驅(qū)油效果，提高了原油采收率，延長了油藏的開發(fā)壽命皆為石油工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。