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摘要：低渗透油田存在启动压力梯度和介质变形的特点，超前注水机理的研究及现场试验表明，在低渗透油藏中建立有效的驱替压力系统， 降低了因地层压力下降造成的地层伤害和油井的初始含水率， 因而提高了投产初期油田的产量，降低了递减率。？
关键词：低渗透油田 超前注水 启动压力梯度 采收率
为了改善低渗透油田开发效果， 提高最终采收率，必须采取保持压力的开发方式。我国大多数低渗透油田弹性能量小， 渗流阻力大， 油井投产后， 压力下降快，产量递减大， 而且压力、产量降低之后， 恢复起来十分困难。为避免产生这种情况，对天然能量小的低渗透油田，宜实行超前注水，保持地层压力的开发原则。
一、超前注水增产机理
超前注水是指注水井在采油井投产前投注，油井投产时其泄油面积内含油饱和度不低于原始含油饱和度，地层压力高于原始地层压力，并建立起有效驱替压力系统的一种注采方式。
1.建立了有效的压力驱替系统减小了启动压力梯度的影响
低渗透油藏中， 描述具有启动压力梯度的渗流规律为：
其中：
V—渗流速度， cin/s；
K—油层渗透率，×103um2；
U—液体粘度， mPa.S；
入—启动压力梯度；
由上式可以看出， 只有当gradp>入时， 液体才能流动。亦即当压力梯度增大时，启动压力梯度对液体的影响相应减弱了。
2.降低了因地层压力下降造成的渗透率和油井产能损失
油井投产后，排出井眼附近储层中的流体， 由于低渗透油藏天然能量小， 传导能力差。短时间难以补充油井能量的消耗， 于是出现产量递减， 压力下降的现象。油层压力下降， 会导致储层骨架发生弹塑性变形而造成孔隙减小。渗透率降低。这样就加剧了油井产量。压力的递减和下降。超前注水就可以较好地保持地层压力， 减弱储层因压力下降而造成渗透率和油井产能的损失。
3.提高了注入水的波及体积
当低渗透油藏采用滞后注水开发方式时， 主要是较高渗透层段供液， 使得较高渗透层段的压力降落较大。当注水井投注之后， 注入水将优先沿渗流阻力小的较高渗透层段快速突进， 再加上较高渗透层段采出段压力降比较大， 更加剧了注入水沿较高渗透层的突进，使注入水的平面波及系数减小。
当采用超前注水开发方式时， 由于油田在未投入开发前地层处于原始压力平衡状态， 各点处的压力基本保持一致。注入水在井底周围地层中向外推进是均匀的， 首先沿渗流阻力小的较高渗透段推进， 当较高渗透层段的地层压力升高后， 注入水推进阻力加大，同时因高低渗透层段之间的压力差， 迫使注入水进入较低渗透层段， 提高了较低渗透层段的地层压力， 缩小了两者之间的压力差，从而有效地提高了注水平面波及系数。
4.降低了油井的初始含水率
根据实验研究结果，油水两相在低渗透地层中作为稳定渗流时，它们各自的流动符合有启动压力梯度的线性渗流规律。油层含水率与启动压力梯度的关系为
其中：
fw—含水率；
Kro，Kw —油、水的相对渗透率， um2；
K—绝对渗透率，um2；
To—原油极限剪切应力， MPa；
Ф—孔隙度；
入—启动压力梯度；
由此可以看出， 在其他相同条件下， 启动压力梯度越大， 含水率越小；原油极限剪切应力越小， 含水率越低；渗透率越低， 含水率越高；超前注水提高了地层压力， 减小了地层压力下降对地层孔隙度、渗透率的伤害， 因此降低了含水率。
二、超前注水技术
1.原油可动用程度
超前注水技术中，极限供油半径内， 可动油的动用程度与渗透率、压力梯度的关系为
其中：
F—可动用油动用程度；
K—绝对渗透率， um2；
可动油的动用程度与驱动压力梯度成正比， 驱动压力梯度越大， 则可动油的动用程度亦越大
2.注水压力
对于低渗透砂岩油藏， 有两种情况要具体对待。一是不存在天然裂缝而吸水能力特别差的低渗透储层， 为满足注水需要， 可适当提高注水压力， 接近或略高于油层破裂压力， 使近井地带产生一些微裂缝条件下注水。二是裂缝比较发育的低渗透砂岩油藏， 注水压力不仅要低于油层破裂压力， 而且要控制在裂缝开启或延伸压力之下。在确定油层破裂压力后， 注水井的最大井口压力公式为
其中 Pfmax—注水井井口最高注人压力， MPa；
△Pi—为防止超过破裂压力而设定的保险压差，MPa；
Pu—油管摩擦压力损失， MPa ；
Pac—水嘴压力损失， MPa；
Hm—油层中部损失，m；
Dw—注入水相对密度。
3.压力保持水平的确定
在储层渗透率为2.0x 10-3um2时，孔隙度为12%，注水强度为3.0m 3/（d.m）的情况下， 通过对同步注水、超前1-6个月7个方案的模拟， 其结果表明：随着超前注水时间的延长， 累积注人体积增大， 单井产量逐步上升。当累积注水量、地层压力达到一定水平时， 单井产量增幅达到最大。而地层压力保持水平超过120 % 时，单井产量反而降低。因此，地层压力保持水平为原始地层压力的120%左右时， 采油井投产可以获得较高的单井产量。
三、结语
超前注水使地层保持了较高的压力水平， 建立了有效的压力驱替系统， 使油井产量较高， 含水较低，初期递减较小。超前注水可以提高单井产量15%～20%。虽然超前注水在地质上取得了较好的效果， 但新区或较大规模地实施， 就得先期进行地面注水系统建设，实际操作起来应具体问题具体分析。
参考文献
[1] 赵春鹏，岳湘安，尤源，高建，吴金桥. 低渗储层超前注水最优化实验研究[J]. 钻采工艺. 2009（02）.
[2] 闫健，张宁生，刘晓娟. 低渗透油田超前注水增产机理研究[J]. 西安石油大学学报（自然科学版）. 2008（05）.
[3] 王瑞飞，陈明强. 超前注水技术中一些参数的确定[J]. 钻采工艺. 2008（04）.
作者简介：郭占林（1975年—）男，汉族，学历本科，于2011年毕业于中国石油大学石油工程专业，自1998年一直在延长油田股份有限公司永宁采油厂从事油田开发工作，助理工程师职称。
关键词：低渗透油田 超前注水 启动压力梯度 采收率
为了改善低渗透油田开发效果， 提高最终采收率，必须采取保持压力的开发方式。我国大多数低渗透油田弹性能量小， 渗流阻力大， 油井投产后， 压力下降快，产量递减大， 而且压力、产量降低之后， 恢复起来十分困难。为避免产生这种情况，对天然能量小的低渗透油田，宜实行超前注水，保持地层压力的开发原则。
一、超前注水增产机理
超前注水是指注水井在采油井投产前投注，油井投产时其泄油面积内含油饱和度不低于原始含油饱和度，地层压力高于原始地层压力，并建立起有效驱替压力系统的一种注采方式。
1.建立了有效的压力驱替系统减小了启动压力梯度的影响
低渗透油藏中， 描述具有启动压力梯度的渗流规律为：
其中：
V—渗流速度， cin/s；
K—油层渗透率，×103um2；
U—液体粘度， mPa.S；
入—启动压力梯度；
由上式可以看出， 只有当gradp>入时， 液体才能流动。亦即当压力梯度增大时，启动压力梯度对液体的影响相应减弱了。
2.降低了因地层压力下降造成的渗透率和油井产能损失
油井投产后，排出井眼附近储层中的流体， 由于低渗透油藏天然能量小， 传导能力差。短时间难以补充油井能量的消耗， 于是出现产量递减， 压力下降的现象。油层压力下降， 会导致储层骨架发生弹塑性变形而造成孔隙减小。渗透率降低。这样就加剧了油井产量。压力的递减和下降。超前注水就可以较好地保持地层压力， 减弱储层因压力下降而造成渗透率和油井产能的损失。
3.提高了注入水的波及体积
当低渗透油藏采用滞后注水开发方式时， 主要是较高渗透层段供液， 使得较高渗透层段的压力降落较大。当注水井投注之后， 注入水将优先沿渗流阻力小的较高渗透层段快速突进， 再加上较高渗透层段采出段压力降比较大， 更加剧了注入水沿较高渗透层的突进，使注入水的平面波及系数减小。
当采用超前注水开发方式时， 由于油田在未投入开发前地层处于原始压力平衡状态， 各点处的压力基本保持一致。注入水在井底周围地层中向外推进是均匀的， 首先沿渗流阻力小的较高渗透段推进， 当较高渗透层段的地层压力升高后， 注入水推进阻力加大，同时因高低渗透层段之间的压力差， 迫使注入水进入较低渗透层段， 提高了较低渗透层段的地层压力， 缩小了两者之间的压力差，从而有效地提高了注水平面波及系数。
4.降低了油井的初始含水率
根据实验研究结果，油水两相在低渗透地层中作为稳定渗流时，它们各自的流动符合有启动压力梯度的线性渗流规律。油层含水率与启动压力梯度的关系为
其中：
fw—含水率；
Kro，Kw —油、水的相对渗透率， um2；
K—绝对渗透率，um2；
To—原油极限剪切应力， MPa；
Ф—孔隙度；
入—启动压力梯度；
由此可以看出， 在其他相同条件下， 启动压力梯度越大， 含水率越小；原油极限剪切应力越小， 含水率越低；渗透率越低， 含水率越高；超前注水提高了地层压力， 减小了地层压力下降对地层孔隙度、渗透率的伤害， 因此降低了含水率。
二、超前注水技术
1.原油可动用程度
超前注水技术中，极限供油半径内， 可动油的动用程度与渗透率、压力梯度的关系为
其中：
F—可动用油动用程度；
K—绝对渗透率， um2；
可动油的动用程度与驱动压力梯度成正比， 驱动压力梯度越大， 则可动油的动用程度亦越大
2.注水压力
对于低渗透砂岩油藏， 有两种情况要具体对待。一是不存在天然裂缝而吸水能力特别差的低渗透储层， 为满足注水需要， 可适当提高注水压力， 接近或略高于油层破裂压力， 使近井地带产生一些微裂缝条件下注水。二是裂缝比较发育的低渗透砂岩油藏， 注水压力不仅要低于油层破裂压力， 而且要控制在裂缝开启或延伸压力之下。在确定油层破裂压力后， 注水井的最大井口压力公式为
其中 Pfmax—注水井井口最高注人压力， MPa；
△Pi—为防止超过破裂压力而设定的保险压差，MPa；
Pu—油管摩擦压力损失， MPa ；
Pac—水嘴压力损失， MPa；
Hm—油层中部损失，m；
Dw—注入水相对密度。
3.压力保持水平的确定
在储层渗透率为2.0x 10-3um2时，孔隙度为12%，注水强度为3.0m 3/（d.m）的情况下， 通过对同步注水、超前1-6个月7个方案的模拟， 其结果表明：随着超前注水时间的延长， 累积注人体积增大， 单井产量逐步上升。当累积注水量、地层压力达到一定水平时， 单井产量增幅达到最大。而地层压力保持水平超过120 % 时，单井产量反而降低。因此，地层压力保持水平为原始地层压力的120%左右时， 采油井投产可以获得较高的单井产量。
三、结语
超前注水使地层保持了较高的压力水平， 建立了有效的压力驱替系统， 使油井产量较高， 含水较低，初期递减较小。超前注水可以提高单井产量15%～20%。虽然超前注水在地质上取得了较好的效果， 但新区或较大规模地实施， 就得先期进行地面注水系统建设，实际操作起来应具体问题具体分析。
参考文献
[1] 赵春鹏，岳湘安，尤源，高建，吴金桥. 低渗储层超前注水最优化实验研究[J]. 钻采工艺. 2009（02）.
[2] 闫健，张宁生，刘晓娟. 低渗透油田超前注水增产机理研究[J]. 西安石油大学学报（自然科学版）. 2008（05）.
[3] 王瑞飞，陈明强. 超前注水技术中一些参数的确定[J]. 钻采工艺. 2008（04）.
作者简介：郭占林（1975年—）男，汉族，学历本科，于2011年毕业于中国石油大学石油工程专业，自1998年一直在延长油田股份有限公司永宁采油厂从事油田开发工作，助理工程师职称。