周期注水改善水驱效果原理及适用条件分析

黄 瑞

（西安石油大学石油工程学院，陕西 西安 710065）

1 周期注水的作用过程

周期注水是指注入水量的变化呈周期性，使得不稳定压力场遍布于地层中，导致地层中油水不断进行交换和重新分布。在注水阶段，由于高渗层与低渗层之间压力变化速率不同，产生了附加压力差，导致油和水从高渗透带向低渗透带流动；而当停注时，油和水就沿相反方向流动，当一个注水周期完成后，就会有更多的水从高渗层流向低渗层，而且大幅度动用了储层毛管力的渗吸作用，加大了注入水的涉及体积，促使低渗层的油流向高渗层，一方面提高了注水利用率，增大了波及系数，提升了驱油效果，另一方面随油井中含水率的增高，采收率也得到大幅提高。

2 周期注水作用机理

2.1 层内非均质条件下周期注水作用机理

常规注水条件下有毛管力和重力两种作用引起水的纵向窜流。一般情况下，水相密度大于油相密度，在重力作用下水总是向下窜流，其大小与油水密度差成正比。毛管力作用引起窜流分为三部分，一是无论是亲油层还是亲水层，由饱和度差异引起的那部分窜流总是起“均匀”作用，不同部位间饱和度差异越悬殊，窜流量越大；二是孔隙半径变化引起的水窜流，孔隙越大，窜流量越大，孔隙越小，窜流量越小；三是润湿性变化引起的水窜流，水沿着强水湿方向窜流，且润湿性变化越大，窜流效果越明显。

2.2 层间非均质条件下周期注水作用机理

在周期注水的停注半周期内，注采比（等于零）远小于1，两层产液比值增大，提高了较低渗透油层的动用状况。而重新注水后，注采比增大，两层产液比值减小，仍然主要开采高渗透层，但增加了地层能量，为下一次停注半周期内的高效利用较低渗透油层做出了物质上的准备。如此重复下去，人为的创造了一系列压力下降过程，其作用实质上是在“时间域”上将高低渗透层分层开采，减少层间干扰，缓解层间矛盾，提高最终原油采收率。

另外，平面非均质条件下周期注水与层内非均质油层相类似，在平面均质条件下高渗透层与低渗透层之间也会发生相互渗透的情况，并且可以加大残余油的采收率。通过数值模拟表明，虽然周期注水解决平面矛盾不如层内、层间那样有效，但只要高低渗透条带间渗透率级差足够大，接触面积足够大，周期注水也会取得很可观的效果。

3 周期注水方式的确定

经过国内外多年的理论研究和矿场实践，周期注水方式有以下几种。

3.1 同步周期注水

同步周期注水是周期注水方式中相对简单而且便于实施。注水井所有注水层段采用“三同时”的方式，即同一周期，同时注水，同时停注。只要油层各个层段的物质性质相类似即可进行实施，方法简便却需要建立注水井的操作程序复杂，层停井亦停，但是通过大量的矿场实践表现出以下缺点：一是在冬季注水管线极易出现冻结的现象，恢复起来较为麻烦。二是由于油井压力在停注半周期内下降幅度特别大，欠载停机的现象常常出现在电泵井上，造成了极大的管理难度。

3.2 异步周期注水

所有层段分别进行注水，当一个层段注水时，另一个层段就不能注水，但采油井是一直注水，而且要保证各个层段的注水时间相同。与同步周期注水一样，先决条件时油层的各个层段的物质性相类似。虽然层段吸水量不稳定，但全井注水量相对稳定，可以防止冬季管线冻结。

3.3 主力油层周期注水，非主力油层常规注水

当非均质性严重的主力油层较厚，且为渗透率差异性大的主力油层/非主力油层。可以采用主力油层与非主力油层分别采用周期注水和常规注水的方式提高水驱效果力场，使层内不稳定压力增强；剩余油通常情况下储存在非主力油层中，是由于非主力油层渗透率低的缘故。产液量比例加大，开采速度加快，开采效果得到改善是在主力油层停注的半周期内。再则由于油井泵排量相对稳定，由于注水会有停注和复注的节奏，相近于注水井的不稳定注入，相同的原理不稳定压力场也将建立，起到同周期注水类似的效果。因此，非主力层内部的关系矛盾也会得到一定的改善，这种方式表现为注水井不停，注水量周期性变化。

3.4 交错式周期注水

在平面非均质性严重、剩余油分布比较零散的情况下，为充分发挥周期注水的作用，可采用交错式周期注水方式。这种方式改变液流方向的作用更强，效果更好。

为减少层内和层间矛盾作用，运用以上几种周期注水方式都可以得到解决，都能够使高渗层和低渗层之间产生不稳定的压力场，只是矛盾的解决程度不尽相同。其中，同步周期注水的情况下，由于每一层段均在注水，导致高渗层与低渗层同步变化。不同步周期注水，高渗层的压力高低变化时，低渗透层压力变化恰恰相反。同步周期注水与不同步周期注水相比压力差差别较小。第三种主力油层周期注水、非主力油层常规注水开展时，高渗透层压力变化与低渗层压力变化相反，形成的压力差小于不同步周期注水，大于同步周期注水。

4 周期注水的适用条件

周期注水的开发应用，主要是利用润湿相和非润湿相之间毛管力之间的作用，自发形成润湿相吸入，而非润湿相排出，进而提高低渗带采出的程度。这种特殊的机理方式就对不同的油藏开采提出了不同的使用要求。其中，周期注水主要适用于两种条件的油藏。

一方面，周期注水适用于油层亲水条件。亲水油层自身的特殊性质与其形成的孔隙结构与流体流动密切相关，亲水油藏的吸水程度高，应用周期注水的方式，就可以便捷的将外来水存储到油藏岩层的岩石孔隙中，这样岩层孔隙中的石油就会容易被水驱出来。

此外，周期注水适用于裂缝性油藏，即油气在裂缝性圈闭中聚集而形成的油气藏。这种油藏的原始孔隙率高低不一，其中的渗透空间发育分布极不均一，在勘探和开采过程中的难度较大，技术要求更高。因此需要高度的认识和分析其裂缝的发育以及具体的分布规律。这种油藏的裂缝越大，岩层注入水的增大幅度就会相对小于交渗量的增大幅度，周期注水的效果就越好。裂缝越大，后备油源储量空间更大，因此周期性注水更能发挥出来作用。

5 结语

1）周期注水可以缓解研究区内由于常规注水开发效果变差造成采收率降低的开发现状，从而提高剩余油的采收率；

2）采取不同的周期注水方式可以解决由于储层物性不均匀导致的的层内及层间矛盾，实现注入水的均匀推进，从而提高地层原油的采出程度；

3）由于附加窜流的影响使得周期注水适用于油田开发的各个阶段，且主要适用于亲水性油藏及裂缝性油藏2类油藏。