复杂断块油藏分层注水技术界限研究

金忠康 冯绪波

【摘 要】为了研究不同因素对分层注水的影响，文章根据苏北盆地多个油田地质参数，结合多层系水驱开发理论模型和室内实验，研究了渗透率级差、生产小层数等分注界限以及隔层、分注时机、分注段数对分注效果的影响。结果表明：渗透率级差对层系组合效果影响明显;隔层离注水井距离越近，分注效果越好;随着隔层发育，稳定性提高，分层注水的效果越来越好;应尽可能在投产1年内进行分注;分段数越多，分注效果越好，但分注段数超过4段后，分注提升效果有限，因此需综合权衡经济效益和工艺复杂性。

【关键词】分层注水;渗透率级差;技术界限

【中图分类号】TE347 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2022）03-0086-03

0 引言

分层注水是实现细分层开发的一项重要技术，是解决油田开发层间矛盾，实现有效注水，保持地层能量，维持油田长期稳产、高产，提高水驱动用储量和采收率的重要手段[1-12]。分层注水就是尽量将性质相近的油层放在一个层段内进行注水，其作用是减轻不同性质油层之间的层间干扰，提高各类油层的动用程度，发挥所有油层的潜力，控制含水上升和减缓产油量递减。

1 分层注水界限研究

1.1 多层系水驱开发理论模型研究

为了研究分层注水的渗透率级差界限，结合江苏油田地质参数，利用多层系水驱开发理论模型[13]进行了理论计算研究。该模型以Buckley-Leverett前缘推进理论[14]为基础，主要假设：①模型中不同时刻各层对应的压差相同;②注入端总的注入量不随时间推移而变化，为常数;③不同时刻，各层的油水相对渗透率可以不同;④不同时刻，各层的注水速度可以不同;⑤纵向无串流。

该模型的求解过程包括以下3个：①相对渗透率的处理;②分流率的计算;③计算不同时刻各层的水驱动态。以江苏油田Z11块为例，该区纵向上含油层系较多，其中E2d25砂层组内小层多达11个，其主要储层参数见表1。从表中可以看出，各小层平均渗透率最小为92×10-3μm2，最大为640×10-3μm2，差异较大。地下原油黏度为1.36 mPa·s，原油体积系数为1.162。

设计两层组合的计算方案，注采井距为300 m，在此基础上建立相应的多层水驱模型，为了研究不同渗透率条件下同一套开发层系内多个小层的开发效果，设计以下计算方案（计算到含水95%时候为止，模型采用注采平衡计算），见表2。

本次研究假定在小层数为2的条件下，将开发层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的采收率与渗透率级差关系进行比较，可以看出，模型整体的采出程度随渗透率级差的增大而减小，可以看到在渗透率级差为3.9时采收率急剧下降（如图1所示），故要想获得较高的采收率，渗透率级差必须在3.9以内。也就是说，当同一段内渗透率级差大于3.9时，有必要采用分层注水的方式进行细分层开发。

1.2 室内实验研究

为了研究分层注水的渗透率级差界限，开展不同渗透率级差的两层岩心组合水驱油实验。不同渗透率级差的两层岩心组合水驱油实验以当模型驱替到综合含水达到98%时终止，实验方案及结果见表3。

从表3可以看出，模型整体采出程度随渗透率级差的增大而减小，且渗透率级差在3～4时模型综合采出程度出现明显突变，這种现象对现场不同渗透率的油层在同一段内同时开采具有很好的指导意义。

另外，根据实验方案分别进行相同渗透率级差（级差为4）、不同小层数岩心并联方式的合注分采实验研究，计算含水98%时的合层采出程度（即综合采出程度），并与单岩心驱油实验研究结果做比较，结果表明：对于相同渗透率级差（级差为4）、不同小层数的岩心组合进行合注分采水驱油实验时，各个岩心的采出程度与同类型岩心单注单采相比，均有不同程度的下降，且随着并联小层数的增加，同类型岩心的采出程度下降幅度增大。然而，合层岩心的综合采出程度随着小层数的增加略有下降但幅度不大（降幅为2%）。

上述实验结果表明，渗透率级差、小层数对层系组合驱替效果均有影响，其中渗透率级差对层系组合效果影响明显，其界限为3.9，采用分注能明显改善驱油效果。

2 分层注水影响因素研究

2.1 隔层的影响

2.1.1 隔层分布稳定性

分层注水要求隔层厚度在2～3 m，这主要考虑到井下工具的卡封稳定。隔层分布的稳定性会对分层注水效果产生影响，如果在注采井组内设置稳定的隔层，将油层分成若干个流动单元，易形成多段水淹。若隔层分布不稳定，则表现为注入水在纵向上窜通。

建立分层注水的数值模拟概念模型，工艺为1级2段，两段间的渗透率级差为10，第1层渗透率为300 mD，第2层渗透率为30 mD，注采井距300 m。数值实验为隔层稳定分布于注采井中间和只分布于注水井周围两组对比明显的情况下进行，各段的注水量为原来注水量的一半。

根据以上模型进行计算，如果隔层不稳定分布，那么分层注水开采效果比稳定分布的效果差。现场实际也表明隔层如果不稳定分布，那么分注的有效期较短，这是因为当隔层不稳定分布，尤其是只分布于注水井周围的时候，油水运动在短时间内就能达到新的平衡。

2.1.2 隔层分布位置

建立分层注水的数值模拟概念模型，工艺为1级2段，两段间的渗透率级差为10，第1层渗透率为300 mD，第2层渗透率为30 mD。设定隔层的位置从注水井到采油井之间变化，距离注水井不同的5个位置分别设置隔层，距离分别为0倍、0.02倍、0.05倍、0.25倍、0.5倍的注采井距，根据以上模型进行计算。数值模拟结果表明，隔层距离注水井越远，最终采收率越低，这也表明隔层离注水井距离越近，分注效果越好。5D69B603-520B-4699-9A40-33D355244244

2.1.3 隔层发育程度的影响

建立分层注水的数值模拟概念模型，工艺为1级2段，两段间的渗透率级差为10，第1层渗透率为300 mD，第2层渗透率为30 mD，注采井距200 m。设定隔层在注采井之间发育的宽度分别为0倍、0.25倍、0.5倍、0.75倍、1倍的注采井距，根据以上模型进行计算。数值模拟结果表明，随着隔层发育程度逐渐变好，采用分层开发的效果也逐渐改善。

2.2 分注时机的影响

以往，常在注采矛盾严重或刚刚建井还没有摸清动态情况时就进行分层注水。沿用上面建立的1级2段分注概念模型，隔层稳定分布于注采井间。研究在不同时间（投转注）进行分注，计算结果如图2、图3所示，结果表明：分注的时机越晚，最终的采收率越低。因此，要取得较高的采收率，应尽可能在生产1年内进行分注。

2.3 分注段数的影响

应用数值模拟的方法探讨分段数最佳值问题。用1个12层的理论模型分析分段数与措施效果之间的关系。模型正韵律分布，渗透率从上到下依次增大，层间有稳定的隔层发育。设计5组实验，分注段数分别为1、2、4、6、12，每段内的注水量为原来注水量除以分段数，按照设计的分注方案进行数值模拟，计算结果如图4、图5所示。

可以看出，理论上分段数越多，分注效果越好，但是上述数值模型的模拟结果表明，当分段数大于4段时，井组采出程度上升的幅度较小。虽然还可以采出一部分油，但是所付出的代价是工艺复杂性的增加和投入产出比的下降。因此对于具体的井，在设计分注时需要考虑最佳分段数、经济效益及工艺复杂性。

3 结束语

理论计算结果表明，当同一段内渗透率级差大于3.9时，就有必要采用分层注水的方式来进行细分层开发;隔层离注水井越近，分注的效果越好，随着隔层的发育和趋于稳定，采用分层注水的效果越来越好;分注时，要取得较高采收率，应尽可能在投产1年内进行分注;理论上分段数越多，分注效果越好，但当分段数大于4段时，分注提升的效果有限，对具体的井设计分注时一定要考虑最佳分段数、经济效益及工艺復杂性。

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