金忠康 馮緒波

【摘 要】為了研究不同因素對分層注水的影響，文章根據(jù)蘇北盆地多個油田地質(zhì)參數(shù)，結合多層系水驅(qū)開發(fā)理論模型和室內(nèi)實驗，研究了滲透率級差、生產(chǎn)小層數(shù)等分注界限以及隔層、分注時機、分注段數(shù)對分注效果的影響。結果表明：滲透率級差對層系組合效果影響明顯;隔層離注水井距離越近，分注效果越好;隨著隔層發(fā)育，穩(wěn)定性提高，分層注水的效果越來越好;應盡可能在投產(chǎn)1年內(nèi)進行分注;分段數(shù)越多，分注效果越好，但分注段數(shù)超過4段后，分注提升效果有限，因此需綜合權衡經(jīng)濟效益和工藝復雜性。

【關鍵詞】分層注水;滲透率級差;技術界限

【中圖分類號】TE347 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2022）03-0086-03

0 引言

分層注水是實現(xiàn)細分層開發(fā)的一項重要技術，是解決油田開發(fā)層間矛盾，實現(xiàn)有效注水，保持地層能量，維持油田長期穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，提高水驅(qū)動用儲量和采收率的重要手段[1-12]。分層注水就是盡量將性質(zhì)相近的油層放在一個層段內(nèi)進行注水，其作用是減輕不同性質(zhì)油層之間的層間干擾，提高各類油層的動用程度，發(fā)揮所有油層的潛力，控制含水上升和減緩產(chǎn)油量遞減。

1 分層注水界限研究

1.1 多層系水驅(qū)開發(fā)理論模型研究

為了研究分層注水的滲透率級差界限，結合江蘇油田地質(zhì)參數(shù)，利用多層系水驅(qū)開發(fā)理論模型[13]進行了理論計算研究。該模型以Buckley-Leverett前緣推進理論[14]為基礎，主要假設：①模型中不同時刻各層對應的壓差相同;②注入端總的注入量不隨時間推移而變化，為常數(shù);③不同時刻，各層的油水相對滲透率可以不同;④不同時刻，各層的注水速度可以不同;⑤縱向無串流。

該模型的求解過程包括以下3個：①相對滲透率的處理;②分流率的計算;③計算不同時刻各層的水驅(qū)動態(tài)。以江蘇油田Z11塊為例，該區(qū)縱向上含油層系較多，其中E2d25砂層組內(nèi)小層多達11個，其主要儲層參數(shù)見表1。從表中可以看出，各小層平均滲透率最小為92×10-3μm2，最大為640×10-3μm2，差異較大。地下原油黏度為1.36 mPa·s，原油體積系數(shù)為1.162。

設計兩層組合的計算方案，注采井距為300 m，在此基礎上建立相應的多層水驅(qū)模型，為了研究不同滲透率條件下同一套開發(fā)層系內(nèi)多個小層的開發(fā)效果，設計以下計算方案（計算到含水95%時候為止，模型采用注采平衡計算），見表2。

本次研究假定在小層數(shù)為2的條件下，將開發(fā)層系平均有效厚度相近的方案1、方案3、方案5、方案6、方案7及方案10的采收率與滲透率級差關系進行比較，可以看出，模型整體的采出程度隨滲透率級差的增大而減小，可以看到在滲透率級差為3.9時采收率急劇下降（如圖1所示），故要想獲得較高的采收率，滲透率級差必須在3.9以內(nèi)。也就是說，當同一段內(nèi)滲透率級差大于3.9時，有必要采用分層注水的方式進行細分層開發(fā)。

1.2 室內(nèi)實驗研究

為了研究分層注水的滲透率級差界限，開展不同滲透率級差的兩層巖心組合水驅(qū)油實驗。不同滲透率級差的兩層巖心組合水驅(qū)油實驗以當模型驅(qū)替到綜合含水達到98%時終止，實驗方案及結果見表3。

從表3可以看出，模型整體采出程度隨滲透率級差的增大而減小，且滲透率級差在3～4時模型綜合采出程度出現(xiàn)明顯突變，這種現(xiàn)象對現(xiàn)場不同滲透率的油層在同一段內(nèi)同時開采具有很好的指導意義。

另外，根據(jù)實驗方案分別進行相同滲透率級差（級差為4）、不同小層數(shù)巖心并聯(lián)方式的合注分采實驗研究，計算含水98%時的合層采出程度（即綜合采出程度），并與單巖心驅(qū)油實驗研究結果做比較，結果表明：對于相同滲透率級差（級差為4）、不同小層數(shù)的巖心組合進行合注分采水驅(qū)油實驗時，各個巖心的采出程度與同類型巖心單注單采相比，均有不同程度的下降，且隨著并聯(lián)小層數(shù)的增加，同類型巖心的采出程度下降幅度增大。然而，合層巖心的綜合采出程度隨著小層數(shù)的增加略有下降但幅度不大（降幅為2%）。

上述實驗結果表明，滲透率級差、小層數(shù)對層系組合驅(qū)替效果均有影響，其中滲透率級差對層系組合效果影響明顯，其界限為3.9，采用分注能明顯改善驅(qū)油效果。

2 分層注水影響因素研究

2.1 隔層的影響

2.1.1 隔層分布穩(wěn)定性

分層注水要求隔層厚度在2～3 m，這主要考慮到井下工具的卡封穩(wěn)定。隔層分布的穩(wěn)定性會對分層注水效果產(chǎn)生影響，如果在注采井組內(nèi)設置穩(wěn)定的隔層，將油層分成若干個流動單元，易形成多段水淹。若隔層分布不穩(wěn)定，則表現(xiàn)為注入水在縱向上竄通。

建立分層注水的數(shù)值模擬概念模型，工藝為1級2段，兩段間的滲透率級差為10，第1層滲透率為300 mD，第2層滲透率為30 mD，注采井距300 m。數(shù)值實驗為隔層穩(wěn)定分布于注采井中間和只分布于注水井周圍兩組對比明顯的情況下進行，各段的注水量為原來注水量的一半。

根據(jù)以上模型進行計算，如果隔層不穩(wěn)定分布，那么分層注水開采效果比穩(wěn)定分布的效果差。現(xiàn)場實際也表明隔層如果不穩(wěn)定分布，那么分注的有效期較短，這是因為當隔層不穩(wěn)定分布，尤其是只分布于注水井周圍的時候，油水運動在短時間內(nèi)就能達到新的平衡。

2.1.2 隔層分布位置

建立分層注水的數(shù)值模擬概念模型，工藝為1級2段，兩段間的滲透率級差為10，第1層滲透率為300 mD，第2層滲透率為30 mD。設定隔層的位置從注水井到采油井之間變化，距離注水井不同的5個位置分別設置隔層，距離分別為0倍、0.02倍、0.05倍、0.25倍、0.5倍的注采井距，根據(jù)以上模型進行計算。數(shù)值模擬結果表明，隔層距離注水井越遠，最終采收率越低，這也表明隔層離注水井距離越近，分注效果越好。5D69B603-520B-4699-9A40-33D355244244

2.1.3 隔層發(fā)育程度的影響

建立分層注水的數(shù)值模擬概念模型，工藝為1級2段，兩段間的滲透率級差為10，第1層滲透率為300 mD，第2層滲透率為30 mD，注采井距200 m。設定隔層在注采井之間發(fā)育的寬度分別為0倍、0.25倍、0.5倍、0.75倍、1倍的注采井距，根據(jù)以上模型進行計算。數(shù)值模擬結果表明，隨著隔層發(fā)育程度逐漸變好，采用分層開發(fā)的效果也逐漸改善。

2.2 分注時機的影響

以往，常在注采矛盾嚴重或剛剛建井還沒有摸清動態(tài)情況時就進行分層注水。沿用上面建立的1級2段分注概念模型，隔層穩(wěn)定分布于注采井間。研究在不同時間（投轉(zhuǎn)注）進行分注，計算結果如圖2、圖3所示，結果表明：分注的時機越晚，最終的采收率越低。因此，要取得較高的采收率，應盡可能在生產(chǎn)1年內(nèi)進行分注。

2.3 分注段數(shù)的影響

應用數(shù)值模擬的方法探討分段數(shù)最佳值問題。用1個12層的理論模型分析分段數(shù)與措施效果之間的關系。模型正韻律分布，滲透率從上到下依次增大，層間有穩(wěn)定的隔層發(fā)育。設計5組實驗，分注段數(shù)分別為1、2、4、6、12，每段內(nèi)的注水量為原來注水量除以分段數(shù)，按照設計的分注方案進行數(shù)值模擬，計算結果如圖4、圖5所示。

可以看出，理論上分段數(shù)越多，分注效果越好，但是上述數(shù)值模型的模擬結果表明，當分段數(shù)大于4段時，井組采出程度上升的幅度較小。雖然還可以采出一部分油，但是所付出的代價是工藝復雜性的增加和投入產(chǎn)出比的下降。因此對于具體的井，在設計分注時需要考慮最佳分段數(shù)、經(jīng)濟效益及工藝復雜性。

3 結束語

理論計算結果表明，當同一段內(nèi)滲透率級差大于3.9時，就有必要采用分層注水的方式來進行細分層開發(fā);隔層離注水井越近，分注的效果越好，隨著隔層的發(fā)育和趨于穩(wěn)定，采用分層注水的效果越來越好;分注時，要取得較高采收率，應盡可能在投產(chǎn)1年內(nèi)進行分注;理論上分段數(shù)越多，分注效果越好，但當分段數(shù)大于4段時，分注提升的效果有限，對具體的井設計分注時一定要考慮最佳分段數(shù)、經(jīng)濟效益及工藝復雜性。

參 考 文 獻

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