低渗透油田高效注水技术

低渗透油田高效注水技术
中国地质大学（武汉）
摘要：随着勘探技术与油层改造工艺的不断提高，低渗透油田储量的开发已成为我国陆上石油工业稳定发展的重要潜力，是未来石油工业可持续发展的技术方向。

【1】低渗透油层渗流阻力大，能量消耗快，油井投产后，压力和产量都大幅下降，且压力，产量降低之后，恢复起来十分困难，注够水，注好水是稳定产量的根本保证。

【2】本文主要通过对注水时机的选择，压力系统地研究，注入水水质要求以及不稳定注水技术四个方面研究，来提高低渗透油田采收率。

关键字：低渗油藏注水时机注水压力注水水质不稳定注水技术
一．注水时机的选择。

由下表的张天渠油田注水受效情况表和靖安油田不同注水时期油井日产量有两对比可以看出：虽然单井数据有些受多向注水的影响，但从总体来看，仍然可以看出早期注水的效果明显优于晚期注水。

【7】低渗透油田注水井吸水能力低，油井见注水效果缓慢【8】故应该早期注水，超前注水。

【7】
【2】
低渗透储层的孔隙结构特征和低渗透微细孔隙中流体流动的力学特征决定了低渗透油层渗流区别于高渗透层最主要的特征是具有强烈的应力敏感性。

压敏效应对储层物性参数,特别是对渗透率的影响较显著,导致超前注水与中晚期注水开发效果存在一定的差别。

超前注水、先注后采的注水开发方式能合理地补充地层能量,使油井能够长期保持较高的生产能力,避免压敏效应对开发的不利影响。

【3】超前注水，先注后采的注水开发方式，能够提高地层压力、合理补充地层能量、保持油井较高的地层能量和旺盛生产能力，同时抑制了初始含水率，降低因为地层压力下降而造成的伤害，从而最终能提高油田的产油量，提高油田整体收益，减缓递减速度，提高采收率超前注水的初期，油田产油量是会明显提高的，在基本情况相同的条件下，超前注水区与非超前邻井地层比，超前注水的井口日产油均在较高水平，含水量较低，初期递减率较低。

在一定时间内，注水量虽然不变，保持在一定水平，超前注水的油井地层压力仍将持续上升，上升到一个临界点，然后压力值就保持不变，不再有上升空间。

超前注水时间在2-3个月后，地层压力上升速度变得缓慢，这是就要适时提高注水量，或者直接延长注水时间。

【5】
计算方法和步骤如下:
根据实际油藏工程基本参数和经济分析基础参数,由合理井网密度方法试算出井网密度,得到油水井的数目mw和mo。

将油田开发分为两个过程,第一个过程是超前注水,第二个过程是投产后注水开发。

将开发时间分成n个时间步,n
应尽可能大,这样计算结果更精确。

考虑储层岩石的压敏效应,根据物质平衡方程,计算每个时间步的生产指标。

参考现场提供的技术经济参数,从超前注水开始,计算油田开发的净现值,优选出合理的注水时机。

【3】
超前注水时间越长，地层的压力值就越高，初期日产油就越多。

目前研究表明，从最佳效益角度考虑，合理的超前注水时间就是3-5个月。

地层物性好时，超前注水时间就可以相对延长，相对长时间保持油井旺盛的产油量；反之。

对于油层物性越好的油藏，超前注水效果亦好，油藏含水量较低时，超前注水提高油井产油量效果更明显。

【5】
二．压力系统的研究
注采井之间压力的传播示意如图
【10】
根据渗流力学原理,注采井间压力传播过程中,与压力传播快慢及分布有关的量包括储层参数,如渗透率,油层厚度,原油粘度,地层压力等,另外还包括产量,井距,排距,压裂缝长等参数.储层参数中渗透率,油层厚度,原油粘一般视为不可改变量,为不可控因素,而产量,地层压力(超前注水可改变原始地层压力),井距,排距,压裂缝长可以改变,为可控因素.
各因素对有效驱动压力系统影响原因分析
【10】
合理注水压力的确定原则：对于低渗透油田，提高注水压力，实行高压强化注水，可以增加驱动力，扩大波及体积，提高开采效果。

但是，并不是压力越高越好，应该确定出合理的注水压力范围。

根据大庆油田外围低渗透油藏开发和老区差油层开采经验，合理注水压力应该满足以下条件:
(1) 应该低于隔层套管和水泥环的保护压力中最小的挤毁压力只有这样才可以防止隔层和水泥环破裂发生窜槽现象，也防止注入水窜入泥岩段造成泥岩吸水膨胀产生蠕动造成套
(2) 应该接近或略高于油层的破裂压力应该尽可能提高注水压力，最大限度地增加驱动力，但是必须将注水压力控制破裂压力附近，决不能超过破裂压力很多，这样才能保证原来地层中的微小裂缝张开并有较小的延伸，形成新的微小裂缝，提高油层的吸水能力"若高于破裂压力很多，则原来微小的裂缝将逐渐延伸成为大裂缝，重新形成的裂缝尺寸也很大，这样很容易造成注入水单层突进，油井含水突升。

也可能因裂缝尺寸过大，突破隔层，连通水层，使得注入水大量窜入水层，而油井不见效。

另外要满足高压注水的条件，对地面设备，井下管柱组合及状况，技术管理等方面也有更高的要求，这都要求增加成本和技术的投入。

因此必须在地面及油藏允许范围内，合理提高注水压力"
(3) 应该满足地质配注水量要求。

在套管，水泥环，隔层和油层中，油层所能承受的压力( 应力)最小，最容易破裂。

因此，注水压力上限不应超过油层的破裂压力( 对于有裂缝的井，应为裂缝重新张开压力或裂缝延伸压力) ，同时还应为以后的开发调整留有余地。

【9】
三．注入水水质的要求
百色油田前期注入水水质不达标，由于注水初期对注入水的水质重视不够,水处理的设备和技术简单且落后,注入水的各项技术指标超标,对地层造成严重污染[,结果注水压力长期偏高,超破裂压力注水的现象屡见不鲜,久而久之,井组油水井之间存在裂缝窜通,导致注水效率低,油井暴性水淹,含水率居高不下。

井站的悬浮物含量、固体颗粒直径、腐生菌含量、含氧量等指标均严重超标,直接堵塞渗流孔道,造成超高压注水。

【4】由上例可以得出注水水质问题对油田有很大的的破坏影响。

为了保护油气藏，增加低渗透油田注水开发的采收率，对注水问题的研究势在必行。

多年来，我国低渗透油田的注水水质一直执行部颁标准SY/T 5329-94,.下表所示。

95年颁布的注入水水质企业标准(sY厅5329一94)是以注入层平均空气渗透率为唯一储层渗流物性指标来划分不同储层的水质标准的,而储层综合渗流物性的影响因素不仅有渗透率,还有储层孔隙结构、储层敏感性等因素。

平均空气渗透率相同的储层,其储层孔隙结构、储层敏感性可能相差较大,从而导致储层综合渗流物性差异较大,即用同一水质驱替两种渗透率相同的储层,在同一注入倍数条件下,储层渗流物性的伤害程度或保持程度是有差异的,因而不能笼统使用一种水质标准评价注入水水质对不同类型油层的适应程度。

因此,以储层平均空气渗透率为唯一储层渗流物性指标来划分不同储层的水质标准是不准确的。

这也是各个油田在实践过程中,采取以行业标准推荐指标为基础,结合油田自身特点,推出适合于自己的水质标准。

各个油田制定的注入水水质标准不同的主要原因。

【11】
在低渗透油田开发中执行这个标准时出现了很多问题，主要有两个方面：一是为了保证注入水水质达到注入水水质标准，需采用精细过滤等污水处理技术，由此大大增加了污水处理费用；二是采用达到了注入水水质标准的水，反而使得油藏的非均质性更加严重，注入水压力升高，采用常规的酸化解堵起不到任何作用。

在制定注水水质标准时，可根据悬浮物粒径中值与储层孔喉的配伍程度，将以往的水质标准适当放宽，这样既能节约处理水质达标的成本，还能够使悬浮物的储层的伤害降到最低。

注入水中含油，难以做到完全不伤害储层，只有在经济许可的条件下尽可能的控制含油对储层的伤害。

对于低渗注水储层，将注入水含油量控制在15mg/l是适宜的。

【2】
四．不稳定注水技术
不稳定注水是一种将周期注水和改变液流方向注水相结合的注水开发方式，即按照注水井轮流改变其注入方式，在油藏中建立不稳定的压力降，促使原来未被水波及的储层，层带和区段投入开发，从而提高非均质储层的波及系数和扫油效率，即提高原油采收率。

【12】对一个稳定的注采系统，在正常注水下液流流线分布如图：
在正常注水井与油井连线是我主流线上严重水淹，油井之间形成滞留区。

当实施不稳定注水时，水井1注水，水井2停注，则滞留区内剩余油将向水井2处移动，这部分储量将得到动用，改善了水驱效果。

【2】
ⅰ. 周期注水提高油藏采收率机理.
周期注水提高油藏采收率的机理如图所示
渗流力学分析与数值模拟计算表明,在稳定注水情况下,各小层由于油水密度差产生的重力作用和油水两相间毛管力作用使油水在纵向上运动但最终转变为垂向平衡,如不考虑位势差,油层纵向上高低渗透层段间各相压力趋于相等。

周期注水改变了这种状态。

表现在升压半周期,注水压力加大,由于高渗透层的导压系数较大,此时一部分注入水首先进入微裂缝和高渗透层段,压力得到较快升高,同时由于时间的作用,微裂缝和高渗透层段压力升高后注入水又进入低渗层,驱替那些在常规注水时未能被驱出的剩余油,改善了吸水剖面,加上注水压力加大使低渗层段获得更多的弹性能。

因此,在升压半周期内,水量越大时,储层内流体的各项活动越强烈。

当进入降压半周期时,由于微裂缝和高、低渗段导压系数不同,微裂缝和高渗段导压系数较大,压力下降快,低渗段导压系数低,压力下降慢,这种压力下降速度的不同步,导致了同一时刻内在高、低渗段间形成除毛管压力和重力势之外的一种反向压力梯度,同时由于毛管力和弹性力的作用,在两段交界面出现低渗段中的部分水和油缓慢向微裂缝和高渗段的大孔道流动,并在生产压差作用下随同后来的驱替水流向生产井。

因此,在降压半周期内,水量越小时,微裂缝和高渗层段能量下降越快,越有利于低渗层段较早地发挥其储备能。

周期注水过程利用毛管力的吸渗作用和弹性力引起的压力周期涨落时的窜流作用来提高油藏采收率,但由于特低渗透油藏存在微裂缝的特点,周期注水的压力波动幅度不宜过大,这样可以充分利用毛管力的吸渗作用将基质系统中的油置换出来。

否则,注入水将沿微裂缝窜至井底,降低油藏开发效果,因此对于存在微裂缝的亲水性特低渗透油藏在周期注水过程中,毛细管的作用处于主导地位
ⅱ. 改向注水提高油藏采收率机理。

改向注水的工作原理是改变注入水在油层中原来稳定注水时形成的固定水流方向,把高含油饱和度区的原油驱出,或在微观上改变渗流方向相渗透率来提高可动油饱和度,最终达到改善水驱油效果的目的,主要有两种方法:改变供油方向和改变水流方向。

【13】影响不稳定注水效果的主要因素是油层岩石的润湿性、储层非均质性、油层内部水动力连通性、地层原油粘度、各小层的不连通程度、水滞留系数、周期注水时机、注水周期等八方面因素。

针对特低渗透油田开发的实际情况,建议将具体油藏地质资料、生产动态结合起来,通过示踪剂、开发地震的方法研究剩余油分布规律,确定不稳定注水的注水参数(周期数、总注水量、周期方式、注水量以及注水压力等)。

【13】
五．从注水工艺方面完善高效注水
低渗透油藏原油的开采难度大，在注水工艺方面，更需要进一步的提高注水质量和效率。

首先在注水管理方面就要重视注水的重要性，要积极的投入资金进行注水系统和注水设备的改造，平时注重对注水设备的维护和维修，特别是注水计量设备的维护和更新，为了能够不断的增强油田注水的水质，需要不断的提升注水的质量意识，提供低渗透油藏注入水的
水质，从而保护注水设备和低渗透油藏的物性。

不断的加强低渗透油藏注水的管理，改进注水的工艺措施。

在检验和分析方面，积极的引进新设备和新工具!同时加强检验分析设备的维护和更新从而保证注水检验工作的准确性和合理性。

【6】
六．结论;
(1). 超前注水时间越长，地层的压力值就越高，初期日产油就越多。

目前研究表明，从最佳效益角度考虑，合理的超前注水时间就是3-5个月。

地层物性好时，超前注水时间就可以相对延长，相对长时间保持油井旺盛的产油量；反之。

对于油层物性越好的油藏，超前注水效果亦好，油藏含水量较低时，超前注水提高油井产油量效果更明显。

(2). 文中对各因素对有效驱动压力系统影响原因进行了分析并得出了合理注水压力的确定原则。

(3). 储层综合渗流物性的影响因素不仅有渗透率,还有储层孔隙结构、储层敏感性等因素。

平均空气渗透率相同的储层,其储层孔隙结构、储层敏感性可能相差较大,从而导致储层综合渗流物性差异较大。

这也是各个油田制定的注入水水质标准不同的主要原因。

在制定注水水质标准时，可根据悬浮物粒径中值与储层孔喉的配伍程度，将以往的水质标准适当放宽，这样既能节约处理水质达标的成本，还能够使悬浮物的储层的伤害降到最低。

注入水中含油，难以做到完全不伤害储层，只有在经济许可的条件下尽可能的控制含油对储层的伤害。

对于低渗注水储层，将注入水含油量控制在15mg/l是适宜的。

(4) 不稳定注水是一种将周期注水和改变液流方向注水相结合的注水开发方式。

①周期注水提高采收率机理:宏观上通过周期性地注水方式,在油层中建立不稳定的压力降,使流体在地层中不断地重新分布,使由于非均质造成原来注入水未波及到的低渗透层和部位启动;微观上促进毛管渗吸作用,使水将油从微细孔隙中驱替出来,提高注入水波及系数和洗油效率,从而改善非均质、微裂缝低透透油藏水驱油效果。

②改向注水提高采收率机理:改变层内流体的液流方向,提高波及效率。

参考文献
[1]. 徐春碧,黄小亮，唐海，刘倩。

低渗透油藏注水开发时机研究.钻采工艺【J】，2011.34（2）：53-55
[2]. 王香增。

低渗透油田开采技术，石油工业出版社【M】。

2012.12第2次印刷。

[3]. 谢晓庆，姜汉桥，王全柱，刘同敬，张卫。

低渗透油藏压敏效应与注水时机研究【J】。

第30卷第4期。

[4]. 张佐栅，梁德成，翁志，吴小梅。

百色油田高效注水配套工艺技术。

断块油气田【J】。

第13卷第3期。

[5]. 门宏建，李海鹏，李娜。

浅谈低渗透注水开发油田储层吸水能力, 中国石油和化工标准与质量【J】.勘探开发第7期。

[6]. 王吉岩，田宽。

低渗透油田注水技术研究。

化工管理【J】2013年第13期。

[7].高玉甫。

陕北低压低渗透油田开发实践。

中国石化出版社【M】。

2004年11月第一次印刷。

[8].孙华东。

试论影响低渗透油田高效开发的主要因素以及应对措施。

勘探开发【J】。

[9] 曹广胜，谭畅，宋福昌，秦忠成，杨文武。

低渗透油田强化注水压力界限研究。

科学技术与工程【J】。

第12卷第13期。

[10]刘华林。

低渗透油藏渗流规律及有效驱动压力系统研究【J】。

[11]张洪军。

注水水质对储层渗流物性及油藏开发动态指标的影响研究。

【J】。

2003年12
月。

[12] 孙耀国，张林，唐爱武，黄忠宏，程强。

不稳定注水技术在低渗透裂缝油藏的应用，内蒙古石油化工【J】。

[13] 范耀，刘易非，李彬刚，黄海。

特低渗透油田不稳定注水提高采收率机理探讨，天然气勘探与开发【J】。

第32卷第4期。

[14]。