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【摘要】本文通过毛管力、油层非均质性、润湿性等多种因素对周期注水效果的影响，分清各种因素在不同类型油藏中的主次地位，并针对实际生产过程中周期注水具有改变液流方向、提高薄差油层吸水指数的新特点，开展深入系统的理论研究和矿场应用研究，深入分析各种因素对周期注水效果的影响，确定合理的周期注水方案，为高含水油田后期开发提供系统理论依据。
【关键词】周期注水；毛管力；润湿性；数学模型
葡萄花油田是以水下窄小砂体沉积为主的油田，目前已经进入高含水期开发，虽然继续加强了注采系统调整、细分调整和老井措施上产力度，但随着油田储采失衡矛盾的加剧，井网间调整余地越来越小，产量递减速度进一步加快，因此，急需开展应用水动力学方法改善开发效果研究，挖掘高含水期剩余油，从而实现油田的持续有效发展。其中，周期注水改善开发效果是毛管力和弹性力作用引起的高低渗透层间的油水窜流，它是高含水期改善油田开发效果的有效手段之一[1-2]。
1、不同渗透带的渗流机理研究
1.1垂向非均质砂岩油藏周期注水机理
垂向非均质砂岩油藏周期注水机理主要表现在两个方面，一是层间渗透率差异增大，注入水更容易沿高渗小层突破至生产井，使波及系数大大降低，水驱开发效果往往变差；二是不同渗流特性介质的压力传递速度不同，高、低渗透层之间差异越大，注水或停注期间的压差就越大，液体交换就越充分。
1.2平面非均质性油藏周期注水机理
在常规水驱过程中，平面上形成剩余油的类型主要有两种：一是注采井网系统造成的死油区，二是低渗透带造成的剩余油富集区。
油层平面上的低渗透带的存在，是油藏中的普遍现象。与纵向非均质性类似，注入水沿高渗透带突入油井，导致油井含水上升加快，并在达到经济极限后关井，而低渗带中仍存在大量的剩余油。在这种情况下，周期注水改善驱油效果的机理和纵向非均质一样，只要高渗透带和低渗透带的接触面积足够大，就能起到改善平面水驱油效果的作用。
1.3周期注水毛管力的作用
为了进一步阐明层内非均质油藏不同渗透带窜流机理，首先从水驱油过程中的吸渗现象入手，根据渗流力学中的有关知识进行理论推导，从而研究了纵向上不同渗透带的窜流机理。
考虑一长度为L，截面积为A的均匀圆柱形岩样，它的一端及侧面均为不渗透边界，初始时刻湿相流体的饱和度为Swi=Swc。将湿相流体和岩样不封闭的一端接触，由于毛管力的作用，湿相流体自发地吸入多孔介质，同时引起非湿相流体逆向流动，z的正方向指向吸渗界面内。
根据达西定律以及毛管力的定义，得出经验公式：
（1）
根据微分方程及初始条件和边界条件，可以确定湿相饱和度在任意时刻随空间位置x的变化规律，可用于均质岩样由于饱和度分布差异引起的吸渗现象。
（2）
从上式看出，毛管力因素引起的水相垂向窜流速度包括三部分：1）含水饱和度差引起的水相窜流速度Vcw1；2）渗透率变化引起的水相窜流速度Vcw2；3）润湿性变化引起的水相窜流速度Vcw3。
2、实际应用
2.1周期注水时机的选择
所谓合理时机应该是在这个时间转为周期注水后，开发效果最好，采收率最高，并且对开发年限的影响最小。通过建立四点井网模型，假设周期注水的半周期设计为3个月，含水率fw分别为60%、70%、80%和 90%时，采收率以及开发年限的变化情况。以葡萄花油田南部某断块试验为例，采用矩形、均匀正交网格进行剖分，网格步长为21m，总长 210m，纵向划分为三个模拟层。
从计算结果可以看出，周期注水开始初期，高低渗透层间含水饱和度差异较大，层间油水窜流量大，周期注水效果明显；经过几次反复之后，高低渗透层间含水饱和度差异减小，窜流量逐渐降低，周期注水效果变差，越来越不明显。综合考虑周期注水开始时间对采收率和采油速度的影响，其合理的开始时间为：含水率70%-80%。
2.2合理间注周期的确定
从管理角度讲，周期长度适当放长更为有利，但其长度是有限度的，如果在停注半周期内地层压力波动幅度过大，油层压力低于饱和压力，将导致油层中脱气严重，无疑会影响开发效果，因此，周期长度存在一个界限值。应用注采平衡原理，在停止注水过程中，以饱和压力为最低界限，恢复注水过程中，以地层压力恢复到停注前水平为界，停注周期长度界限值应为：
式中：T为周期长度；QL为停注期间日产液量，m3/d；VфCt为孔隙体积，m3；PR，Pb为地层压力和饱和压力。
可以看出：（1）油层空隙体积越大，周期界限值越长；（2）综合压缩系数越大，周期界限值越长；（3）油层地饱压差越高，周期界限值越大；（4）周期注水方式也是影响周期界限值的关键因素。由于油层吸水产液能力的差异，停注半周期与复注半周期一般不等。
通过周期注水实验结果表明，不稳定周期注水方式对非均质油藏高含水期降低含水，提高采收率具有积极作用；在相同的注水周期条件下，短注长停的注水方式开采效果好，葡萄花南部某断块的周期注水半周期可选为3～4月，其中注4个月停4个月的效果最好。
3、周期注水效果
3.1注水状况得到改善
一是吸水剖面得到改善。根据相同井同位素吸水资料显示，薄差层及表外层的吸水层数、砂岩厚度、有效厚度分别增加了2.2%、0.6%、1.2%。
二是注水井压力下降。周期注水前后对比压力下降了0.33MPa，缓解了部分井注入困难的问题。
3.2压力未出现明显下降
录取压力资料显示，由于确定了合理的半周期，周期注水井区地层压力未出现大幅度变化。统计10口井测压资料，周期注水井区目前地层压力10.89MPa，与周期注水前相比压力下降0.12MPa。
4、结论
（1）周期注水改善非均质油藏开发效果的机理是高低渗透率条带之间的压差引起的窜流作用和毛管力引起的窜流作用，使得不稳定周期注水效果变好。
（2）建立了分析不稳定周期注水影响因素的数学模型，考虑了饱和度、渗透率、润湿性变化对窜流的影响。
参考文献
[1]赵春森等.大庆油田葡北二断块南部周期注水应用方法研究[J].油气地质与采收率，2008.15
[2]计秉玉等.垂向非均质油层周期注水的效果[J].大庆石油学院学报，1993.2
作者简介
王爽（1983-），女，硕士生，工程师，主要从事油田开发方面的研究.
【关键词】周期注水；毛管力；润湿性；数学模型
葡萄花油田是以水下窄小砂体沉积为主的油田，目前已经进入高含水期开发，虽然继续加强了注采系统调整、细分调整和老井措施上产力度，但随着油田储采失衡矛盾的加剧，井网间调整余地越来越小，产量递减速度进一步加快，因此，急需开展应用水动力学方法改善开发效果研究，挖掘高含水期剩余油，从而实现油田的持续有效发展。其中，周期注水改善开发效果是毛管力和弹性力作用引起的高低渗透层间的油水窜流，它是高含水期改善油田开发效果的有效手段之一[1-2]。
1、不同渗透带的渗流机理研究
1.1垂向非均质砂岩油藏周期注水机理
垂向非均质砂岩油藏周期注水机理主要表现在两个方面，一是层间渗透率差异增大，注入水更容易沿高渗小层突破至生产井，使波及系数大大降低，水驱开发效果往往变差；二是不同渗流特性介质的压力传递速度不同，高、低渗透层之间差异越大，注水或停注期间的压差就越大，液体交换就越充分。
1.2平面非均质性油藏周期注水机理
在常规水驱过程中，平面上形成剩余油的类型主要有两种：一是注采井网系统造成的死油区，二是低渗透带造成的剩余油富集区。
油层平面上的低渗透带的存在，是油藏中的普遍现象。与纵向非均质性类似，注入水沿高渗透带突入油井，导致油井含水上升加快，并在达到经济极限后关井，而低渗带中仍存在大量的剩余油。在这种情况下，周期注水改善驱油效果的机理和纵向非均质一样，只要高渗透带和低渗透带的接触面积足够大，就能起到改善平面水驱油效果的作用。
1.3周期注水毛管力的作用
为了进一步阐明层内非均质油藏不同渗透带窜流机理，首先从水驱油过程中的吸渗现象入手，根据渗流力学中的有关知识进行理论推导，从而研究了纵向上不同渗透带的窜流机理。
考虑一长度为L，截面积为A的均匀圆柱形岩样，它的一端及侧面均为不渗透边界，初始时刻湿相流体的饱和度为Swi=Swc。将湿相流体和岩样不封闭的一端接触，由于毛管力的作用，湿相流体自发地吸入多孔介质，同时引起非湿相流体逆向流动，z的正方向指向吸渗界面内。
根据达西定律以及毛管力的定义，得出经验公式：
（1）
根据微分方程及初始条件和边界条件，可以确定湿相饱和度在任意时刻随空间位置x的变化规律，可用于均质岩样由于饱和度分布差异引起的吸渗现象。
（2）
从上式看出，毛管力因素引起的水相垂向窜流速度包括三部分：1）含水饱和度差引起的水相窜流速度Vcw1；2）渗透率变化引起的水相窜流速度Vcw2；3）润湿性变化引起的水相窜流速度Vcw3。
2、实际应用
2.1周期注水时机的选择
所谓合理时机应该是在这个时间转为周期注水后，开发效果最好，采收率最高，并且对开发年限的影响最小。通过建立四点井网模型，假设周期注水的半周期设计为3个月，含水率fw分别为60%、70%、80%和 90%时，采收率以及开发年限的变化情况。以葡萄花油田南部某断块试验为例，采用矩形、均匀正交网格进行剖分，网格步长为21m，总长 210m，纵向划分为三个模拟层。
从计算结果可以看出，周期注水开始初期，高低渗透层间含水饱和度差异较大，层间油水窜流量大，周期注水效果明显；经过几次反复之后，高低渗透层间含水饱和度差异减小，窜流量逐渐降低，周期注水效果变差，越来越不明显。综合考虑周期注水开始时间对采收率和采油速度的影响，其合理的开始时间为：含水率70%-80%。
2.2合理间注周期的确定
从管理角度讲，周期长度适当放长更为有利，但其长度是有限度的，如果在停注半周期内地层压力波动幅度过大，油层压力低于饱和压力，将导致油层中脱气严重，无疑会影响开发效果，因此，周期长度存在一个界限值。应用注采平衡原理，在停止注水过程中，以饱和压力为最低界限，恢复注水过程中，以地层压力恢复到停注前水平为界，停注周期长度界限值应为：
式中：T为周期长度；QL为停注期间日产液量，m3/d；VфCt为孔隙体积，m3；PR，Pb为地层压力和饱和压力。
可以看出：（1）油层空隙体积越大，周期界限值越长；（2）综合压缩系数越大，周期界限值越长；（3）油层地饱压差越高，周期界限值越大；（4）周期注水方式也是影响周期界限值的关键因素。由于油层吸水产液能力的差异，停注半周期与复注半周期一般不等。
通过周期注水实验结果表明，不稳定周期注水方式对非均质油藏高含水期降低含水，提高采收率具有积极作用；在相同的注水周期条件下，短注长停的注水方式开采效果好，葡萄花南部某断块的周期注水半周期可选为3～4月，其中注4个月停4个月的效果最好。
3、周期注水效果
3.1注水状况得到改善
一是吸水剖面得到改善。根据相同井同位素吸水资料显示，薄差层及表外层的吸水层数、砂岩厚度、有效厚度分别增加了2.2%、0.6%、1.2%。
二是注水井压力下降。周期注水前后对比压力下降了0.33MPa，缓解了部分井注入困难的问题。
3.2压力未出现明显下降
录取压力资料显示，由于确定了合理的半周期，周期注水井区地层压力未出现大幅度变化。统计10口井测压资料，周期注水井区目前地层压力10.89MPa，与周期注水前相比压力下降0.12MPa。
4、结论
（1）周期注水改善非均质油藏开发效果的机理是高低渗透率条带之间的压差引起的窜流作用和毛管力引起的窜流作用，使得不稳定周期注水效果变好。
（2）建立了分析不稳定周期注水影响因素的数学模型，考虑了饱和度、渗透率、润湿性变化对窜流的影响。
参考文献
[1]赵春森等.大庆油田葡北二断块南部周期注水应用方法研究[J].油气地质与采收率，2008.15
[2]计秉玉等.垂向非均质油层周期注水的效果[J].大庆石油学院学报，1993.2
作者简介
王爽（1983-），女，硕士生，工程师，主要从事油田开发方面的研究.