趙軍，翁大麗，陳平，鄭繼龍，張強(qiáng)，胡雪

中海油能源發(fā)展工程技術(shù)公司，天津 300452

周期注水是優(yōu)化注水方式提高水驅(qū)效率的有效途徑之一，具有投資少、見效快、簡(jiǎn)單易行的優(yōu)點(diǎn)，可以一定程度緩解含水上升，提高水驅(qū)采收率[1]。

近些年國內(nèi)對(duì)周期注水進(jìn)行了理論、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)模型等相關(guān)研究[2]。對(duì)周期注水提高水驅(qū)開發(fā)效果機(jī)理主要從地質(zhì)油藏方向研究、周期注水滲流機(jī)理研究、注水制度等方面，全面分析了毛管力、彈性力在周期注水過程中改善非均質(zhì)砂巖油藏開發(fā)效果的宏觀作用機(jī)理和微觀作用機(jī)理[3?6]。但對(duì)于海上油田特點(diǎn)，目前還沒有周期注水技術(shù)相關(guān)的研究及應(yīng)用，為驗(yàn)證周期注水方法在海上油田的可行性，本次研究主要采用物理模擬方法進(jìn)行周期注水評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，為油田開發(fā)技術(shù)決策、目標(biāo)采收率研究等提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 周期注水機(jī)理及影響因素分析

周期注水就是油水井通過周期性的提高和降低注水量，利用壓力波在不同滲透率介質(zhì)中的傳遞速度不同，在油層內(nèi)部產(chǎn)生波動(dòng)的壓力場(chǎng)。波動(dòng)壓力迫使地層中流體不斷地重新分布，由于油水物理性質(zhì)差異，在壓力差的作用下發(fā)生層間滲流，促進(jìn)毛管力和彈性力的吸滲作用，增大注入水波及體積及洗油效率，從而提高原油的采收率[7?9]。

1.1 周期注水過程中彈性力作用

在注水升壓階段，其主要作用力為地層彈性力，由地層導(dǎo)壓系數(shù)公式

式中：α為地層導(dǎo)壓系數(shù)；K為滲透率，μm2；μ為流體黏度，mPa·s；? 為孔隙度；Ct為油水巖石的壓縮系數(shù)，MPa?1。

一般情況下，高低滲透層導(dǎo)壓能力是不同的，高滲層的導(dǎo)壓能力大于低滲層的導(dǎo)壓能力（α高>α低）。周期注水過程中，油藏進(jìn)行注水時(shí)，高滲層被注入的水體量大，壓力傳導(dǎo)系數(shù)高，能在短時(shí)間內(nèi)形成高壓區(qū)，在高低滲透層之間形成附加的正向壓差，流體從高滲透層在壓差作用下流向低滲透層。由于高滲層含水飽和度高，進(jìn)入低滲透層的水較多而油較少，當(dāng)停注時(shí)，由于導(dǎo)壓系數(shù)的存在，高低滲透帶中壓力傳導(dǎo)速度不同，高滲透帶壓力下降較快，低滲透帶壓力下降相對(duì)較慢，這樣在高低滲透帶之間形成一定反向壓差，油水由低滲透帶流向高滲透帶，進(jìn)入高滲透帶的水較少而油較多，這樣在附加壓差的作用下，一部分水滯留在低滲層，而另一部分則又回流到了高滲層，同時(shí)從低滲層帶出的一部分油進(jìn)入高滲層通過后續(xù)注水時(shí)被采出。

彈性力作用效果主要受高、低滲透層間的附加壓力差和作用時(shí)間影響，壓力差越大，持續(xù)時(shí)間越長，彈性力的作用越強(qiáng)，反之越弱。

1.2 周期注水過程中毛細(xì)管力作用

注水階段時(shí)，黏滯力處于主導(dǎo)地位，重力和毛管力處于次要地位，并且注入壓力越大，重力和毛管力表現(xiàn)的越弱。停注階段初期彈性力會(huì)產(chǎn)生附加壓差，引起油水在高低滲透層間竄流。如圖1所示。

圖1 層內(nèi)垂向滲流示意

隨著時(shí)間增加，彈性能逐漸釋放減弱，毛管力作用開始顯現(xiàn)，毛管力使高低滲層油水逆向滲流。這主要是由于高低滲透層間含水飽和度和滲透率差異，會(huì)產(chǎn)生毛管力壓力梯度，從而導(dǎo)致自滲吸現(xiàn)象。水從高含水飽和度區(qū)滲吸到低含水飽和度區(qū)，同時(shí)油從低含水飽和度區(qū)滲吸到高含水飽和度區(qū)，最后高低滲層飽和度趨于一致，再次注水階段，滲吸到高滲透層的油會(huì)被采出。

1.3 周期注水影響因素

周期注水的影響因素很多，既有油層本身的原因，又有開發(fā)上的因素，主要包括油層的非均質(zhì)性、巖石的潤濕性、毛管力、原油物性、開發(fā)井網(wǎng)、注水工藝參數(shù)等。這些參數(shù)優(yōu)化以油藏特性及油井生產(chǎn)情況確定，并結(jié)合油田開發(fā)指標(biāo)加以校正，使之切合實(shí)際，獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益[10]。本文針對(duì)影響周期注水的因素，結(jié)合油田油藏情況及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)條件，開展周期注水物理模擬實(shí)驗(yàn)研究，為油田水驅(qū)開發(fā)效果提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 周期注水實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)用一維物理模擬驅(qū)替系統(tǒng)，具有自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，其設(shè)備如圖2所示。

圖2 物理模擬驅(qū)替實(shí)驗(yàn)設(shè)備

2.2 實(shí)驗(yàn)材料

1）實(shí)驗(yàn)用油：旅大4?2 油田模擬原油（3.5 mPa·s/70 ℃）；

2）實(shí)驗(yàn)用水：按地層水分析資料配置模擬地層水；

3）實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停翰捎铆h(huán)氧樹脂膠結(jié)巖心模型，尺寸為 45 mm×45 mm×300 mm；上半部分滲透率為1 000 mD，下半部分為 300 mD，厚度比例為 1∶1。

圖3 巖心模型

2.3 實(shí)驗(yàn)方案

2.3.1 氣測(cè)滲透率

巖心連接氣測(cè)滲透率流程，測(cè)量巖心滲透率。巖樣氣測(cè)滲透率采用N2，按照《SY/T 5336—2006巖心分析方法》方法進(jìn)行測(cè)量[11?13]。

2.3.2 飽和水、測(cè)量孔隙體積

1）稱量飽和水之前水容器質(zhì)量；

2）將烘干后的巖心抽真空，真空度達(dá)到133.3 Pa后，再連續(xù)抽空2~5 h，飽和模擬地層水；

3）稱量飽和水之后水容器質(zhì)量。

2.3.3 飽和油

1）開啟恒溫箱，將巖心加熱到實(shí)驗(yàn)溫度，當(dāng)恒溫箱溫度到達(dá)實(shí)驗(yàn)溫度后，恒溫4 h。

2）將實(shí)驗(yàn)用油以恒定的速度（1 mL/min）注入巖心進(jìn)行油驅(qū)水建立束縛水，驅(qū)替至巖心出口不出水為止。提高速度至實(shí)驗(yàn)設(shè)定驅(qū)替速度，待壓差穩(wěn)定后，記錄此時(shí)的壓差及從巖心中驅(qū)替出的累積水量，關(guān)閉模型兩端閥門，恒溫放置。

3）在實(shí)驗(yàn)溫度下老化，時(shí)間不少于24 h。

2.3.4 周期注水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)過程中設(shè)計(jì)的水驅(qū)注入速度為1.5 mL/min，周期注水注入速度為3 mL/min，注入速度的確定依據(jù)是巖心中流體的滲流速度與油層中部流體的滲流速度近似相等[14?15]。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，開展基礎(chǔ)水驅(qū)和周期注水對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究周期注水的提高采收率值。具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示。

表1 周期注水實(shí)驗(yàn)方案

1）基礎(chǔ)水驅(qū)實(shí)驗(yàn)

注水速度選擇為1.5 mL/min，水驅(qū)至99.5%，壓力平穩(wěn)后，停止實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)過程數(shù)據(jù)。

2）周期注水實(shí)驗(yàn)

方案1#巖心，先進(jìn)行水驅(qū)實(shí)驗(yàn)，注入速度為1.5 mL/min；含水達(dá)到80%轉(zhuǎn)為周期注水；周期注水階段，注入速度 3 mL/min，注水時(shí)間 3 min，停注3 min，進(jìn)行5個(gè)輪次的周期注水后恢復(fù)正常注水，注入速度為1.5 mL/min，驅(qū)替至含水99.5%以上且壓力穩(wěn)定，計(jì)算最終采收率。

方案2#巖心，先開展水驅(qū)實(shí)驗(yàn)，注入速度為1.5 mL/min；含水達(dá)到90%轉(zhuǎn)為周期注水；周期注水階段，注入速度 3 mL/min，注水時(shí)間 10 min，停注10 min，進(jìn)行4個(gè)輪次的周期注水后恢復(fù)正常注水，注入速度為1.5 mL/min，驅(qū)替至含水99.5%以上且壓力穩(wěn)定，計(jì)算最終采收率。實(shí)驗(yàn)全程記錄驅(qū)替過程中的時(shí)間、產(chǎn)油量、產(chǎn)液量、壓差等參數(shù)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

從圖4、5中可以看出，2組方案在實(shí)驗(yàn)過程中都呈現(xiàn)注水壓力的波動(dòng)隨著周期數(shù)的增大逐漸遞減的趨勢(shì)。

圖5 方案 2#巖心周期注水采出曲線

分析原因?yàn)椋旱蜐B透部位通過周期注水采出的油進(jìn)入高滲透部位，降低了高滲透部位的含水飽和度，并通過注水階段將高滲層部分油采出。而隨著注水周期次數(shù)的增加，高低滲層間的飽和度差逐漸變小，油水竄流量降低，采出油量逐漸下降。

將方案1#和2#巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，方案1#巖心提高采收率值較基礎(chǔ)水驅(qū)提高3.67%，方案2#巖心提高采收率值較基礎(chǔ)水驅(qū)提高2.94%。具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2、3所示。

表2 方案 1#巖心與基礎(chǔ)水驅(qū)方案結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)比

表3 方案 2#巖心與基礎(chǔ)水驅(qū)方案結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)比

通過兩者方案數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，方案1#巖心在實(shí)驗(yàn)過程中含水80%進(jìn)行5輪次周期注水的最終采收率，高于方案2#巖心在實(shí)驗(yàn)過程中含水90%進(jìn)行4輪次周期注水的最終采收率0.72%。通過實(shí)驗(yàn)看出80%含水進(jìn)行周期注水的效果要好于90%含水注水的效果，這主要是因?yàn)閹r心中剩余油飽和度由于周期注水壓力波動(dòng)而被更多地開采出來；同時(shí)注入輪次的多少，也會(huì)影響周期注水效果。

將2組方案不同時(shí)期的驅(qū)油效率進(jìn)行劃分與相應(yīng)時(shí)期基礎(chǔ)水驅(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如圖6、7所示。

圖6 方案1#巖心周期注水與基礎(chǔ)水驅(qū)階段驅(qū)油效率對(duì)比

圖7 方案2#巖心周期注水與基礎(chǔ)水驅(qū)階段驅(qū)油效率對(duì)比

根據(jù)圖6、7可以看出，周期注水前期及周期注水過程中，提高采收率幅度與水驅(qū)差別較小，提高采收率主要區(qū)域是在周期注水后期；方案2周期注水期間的驅(qū)油效率高于方案1周期注水期間的驅(qū)油效率，這主要是方案2的半周期長度較長，驅(qū)替的孔隙體積（pore volume，PV）數(shù)也相應(yīng)高一些，適當(dāng)?shù)靥岣甙胫芷陂L度，也會(huì)提高周期注水驅(qū)油效率。

4 結(jié)論

1）通過周期注水機(jī)理研究，綜合考慮海上油田特點(diǎn)及目前存在的問題，建立并設(shè)計(jì)出周期注水實(shí)驗(yàn)方法，并通過物理模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證海上油田周期注水的可行性。

2）周期注水一定程度上能夠提高采收率，但隨著周期數(shù)的增加效果逐漸變差，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，方案1#巖心提高采收率值較基礎(chǔ)水驅(qū)提高3.67%，方案2#巖心提高采收率值較基礎(chǔ)水驅(qū)提高2.94%。

3）通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)2種周期注水實(shí)驗(yàn)方案對(duì)比，方案1#巖心的提高采收率比方案2#巖心的提高采收率提高0.72%，周期注水的周期數(shù)越多，相應(yīng)半周期長度，越早進(jìn)行周期注水，水驅(qū)的提高采收率值越高。