間歇注水

間歇注水，又稱周期注水，是指周期性向油層進行人工注水,或連續注水但周期性地改變注水量或限制採油量,在油層中造成不穩定的脈衝壓力狀態。

基本介紹

• 中文名：間歇注水
• 外文名：intemfittent water flooding
• 別稱：周期注水
• 學科：石油工程
• 目的：提高採收率
• 原理：壓力波在傳遞速度不同

發展概況

間歇注水也稱作不穩定注水、周期注水、脈衝注水等, 是20 世紀50 年代末和60 年代初開始在前蘇聯和美國實施的一種注水方法, 在前蘇聯套用比較廣泛。70～80 年代,前蘇聯已把這種注水方式作為一些注水油田改善開發效果的主要方法, 實施規模相當大,主要在西西伯利亞、古比雪夫和韃靼油區共22 個油田約80 個層系中套用, 三個油區實施間歇注水10 年內, 共增產原油2200×10⁴ t。我國20 世紀80 年代開始在扶餘、葡萄花、克拉瑪依等油田開展了間歇注水的礦場試驗, 並取得了一定成效。

驅油機理

間歇注水作為一種提高原油採收率的注水方法, 其作用機理與普通的水驅不完全一樣, 它主要是利用壓力波在不同滲濾特性介質中的傳遞速度不同, 通過周期性的提高和降低注水量的辦法使得油層內部產生不穩定的壓力場和在不同滲透率小層之間產生相應的液體不穩定交滲流動。

在升壓半周期, 注水壓力加大, 一方面部分注入水由於壓力升高直接進入低滲層和高滲層內低滲段, 驅替那些在常規注水時未能被驅走的剩餘油, 改善了吸水剖面; 另一方面由於注入量的增大, 部分在大孔道中流動的水克服毛細管力的作用沿高低滲段的交界面進入低滲段, 使低滲段的部分油被驅替; 再者, 注水壓力的加大使低滲層段獲得更多的彈性能, 因此, 水量越大, 升壓半周期儲層內流體的各項活動越強烈。

當進入降壓半周期, 由於高、低滲段壓力傳導速度不同, 高滲段壓力下降快, 低滲段壓力下降慢, 這樣高、低滲段間形成一反向的壓力梯度, 同時由於毛細管力和彈性力的作用, 在兩段交界面出現低滲段中的部分水和油緩慢向高滲段的大孔道流動, 並在生產壓差的作用下隨同後來的驅替水流向生產井, 因此, 水量越小, 高滲層段能量下降越快, 越有利於低滲層段較早地發揮其儲備能, 而高滲層段內低滲段流體在彈性能和毛細管力的作用下沿高、低滲段的交界面進入高滲段的時機也越早, 流體也越多。

影響開發效果的油藏條件

1 . 油層非均質性的影響

液體是有選擇性的沿滲透性好的小層滲流, 滲透率非均質性的增加降低了常規注水波及油層的效率。在穩定注水時, 各小層的滲透率級差越大, 驅替前緣就越不均衡, 水驅油的效果就越差。間歇注水主要是採用周期性的增加或降低注水量的辦法, 使得油層的高低滲透層之間產生交替的壓力波動和相應的液體交滲流動, 使通常的穩定注水未波及到的低滲透區投入了開發, 創造了一個相對均衡的推進前緣, 提高了水驅油的波及效率, 改善了開發效果。

地層滲透率的非均質性, 特別是縱向非均質性, 有利於間歇注水壓力重新分布時的層間液體交換, 有利於提高周期效應的效果。油層非均質性越嚴重, 特別是縱向非均質性越強, 間歇注水與連續注水相比改善的效果越顯著。我國間歇注水效果較好的油田大都是非均質性比較強的油田, 如克拉瑪依油田二東區克下組, 滲透率嚴重非均質, 同一岩性段內滲透率級差可達幾十倍, 如果採用連續注水, 效果將會是很差的。葡萄花油田、太南油田、扶餘油田都是這種情況, 特別是扶餘油田, 屬於砂岩裂縫油田, 嚴重非均質。

2 . 垂直滲透率的大小對間歇注水的效果也有影響

隨著垂直滲透率( Kv ) / 水平滲透率( Kh ) 比值的增加, 常規注水與間歇注水採收率都增加, 同一Kv/ Kh 下, 間歇注水效果好於常規注水, Kv/ Kh = 1/ 2 時, 間歇注水改善常規連續注水效果最明顯, Kv/ Kh 過大和過小, 改善的效果都會減弱。

3 . 間歇注水對砂岩和碳酸鹽岩均有效

但效果最好的是高滲透砂岩和低滲透碳酸鹽岩儲集。

4 . 小層平面間的水動力不連通程度參數(ψ) 的影響

實際上, 油層通常都是由中間夾有泥岩、粉砂岩和緻密石灰岩等不滲透性薄層的不同滲透率小層組成的儲油層, 在油層中建立不穩定的壓力場時, 水動力交滲流動只能通過各小層的水動力連通地帶實現。引進水動力不連通程度參數(ψ) 來表示這一因素對間歇注水的影響, 它表示各小層不滲透接觸面積與油層整個面積的比例關係。不連通程度(ψ) 值越大, 其間歇注水效果越差。對於非均質性不同的油層和滲透率組合來說, 都存在一個極限值, 高於這個值後, 一般認為進行間歇注水是不合理的。一般情況下可認為ψ= 0 . 5 為極限值。

5 . 間歇注水的油藏最好是封閉的

這樣才能在短期內將地層壓力恢復到預定的較高壓力水平上。

6 . 間歇注水對親水和親油的儲層都適用

毛細管壓力越大即岩石親水性越強, 常規注水及間歇注水的效果均越好。間歇注水比常規注水改善開發指標的程度則為毛細管壓力適中時最高, 毛細管壓力為零或過大, 開發指標提高幅度反而下降。這一點在我國油田實際中也有反映, 如間歇注水取得效果較好的葡萄花油田、太南油田、扶餘油田的岩石潤濕性都是偏親水的。

7 . 間歇注水時油藏必須具有高於某一臨界值的剩餘油飽和度

某些試驗認為, 該臨界值隨油藏而異, 一般應高於水驅後孔隙內的殘餘油飽和度。

8 . 水滯留(利用) 係數β的影響

水的滯留係數β, 或者水的利用係數, 是指由水淹高滲透小層進入低滲透小層而被滯留下來的那部分水量。其大小取決於岩石及其所含流體的物理、化學性質, 其值由實驗室確定, 建議取值0 . 5～0 . 7。

在間歇注水的升壓半周期, 注入水在高低滲透層之間的壓差作用下, 沿著高低滲透層之間的交滲面進入低滲透層; 在降壓半周期, 高滲層的壓力迅速下降, 低滲層彈性能釋放, 孔隙內流體反向流入高滲層, 同時部分滲入水滯留在低滲透層孔隙中, 被滯留的水取代的原油進入高滲層被采出。通過數值模擬計算表明, 水的滯留係數越大, 由低滲層進入高滲層的油就越多, 間歇注水的效果越好。

9 . 油水粘度比的影響

間歇注水適用於任何粘度的原油, 但原油粘度不同, 增產效果不同。隨著油水粘度比的增加, 無論是常規注水, 還是間歇注水, 其效果都變差。這是因為油水粘度比越大, 油水流度就越大, 注入水更容易形成粘性指進現象, 油井見水加快, 降低了波及係數, 這正是高粘油藏注水開發的最不利因素。在其他條件相同的情況下, 在高粘油藏中進行間歇注水, 其效果明顯比在低粘油藏中好。可見在常規水驅效果較差的情況下進行間歇注水可獲得更好的增油效果。

此外, 正韻律儲層套用間歇注水採收率提高幅度大於反韻律油層, 間歇注水可以用於不同形式的採油井網和不同的注水井位置。

工作方式

按照間歇注水不同的頻率, 可以分為對稱型和不對稱型兩大類。所謂對稱型就是指間歇注水的注水時間和停注時間相等, 不對稱型是指注水時間和停注時間不相等, 不對稱型又可分為短注長停型和短停長注型。

北京勘探開發研究院通過數值模擬研究了不同工作制度對間歇注水效果的影響。在對稱型中, 研究了一組共三個工作制度, 即在採油井連續採油的情況下, 注水井採用對稱的三個工作制度。在不對稱型工作制度中, 研究了三組不同的類型: 第一組, 在採油井連續採油的情況下, 注水時間小於停注時間; 第二組, 在採油井連續採油的情況下, 注水時間大於停注時間; 第三組, 注水井與採油井都不連續工作,注水井注水時, 採油井停采; 採油井採油時, 注水井停注。

在我國進行間歇注水的實踐中, 根據各油田、各區塊的具體地質條件和氣候等狀況的不同, 已出現了很多不同的做法, 包括:

①整個區塊內的全部注水井全部停注及開注;

②各注水井排或將注水井分為若干個組, 按井排或井組交替停、開注;

③ 在注水井排( 或組) 內各注水井周期的交替停、開注;

④在注水井內劃分幾個層段, 周期的交替停、開注;

⑤在注水井內某一層段周期的交替停、開注, 其他層段仍連續注水;

⑥ 注水井注水時, 油井停止採油, 注水井停注時, 油井才開井生產, 既一般所謂的脈衝注水;

⑦注采井別互換, 即部分注水井改採油井, 部分採油井轉注;

⑧單井注水吞吐, 即在一口井上周期的交替進行注水和採油;

⑨ 注采井同時停注、停采, 過一段時間後再開井進行採油和注水。

間歇注水工作制度很多, 但對某一油田來講, 並不是任何方式都是適用的。例如: 對於單井吞吐或注水井改為生產井, 只有在親水、最好是強親水的條件下才可能取得好的效果, 而對於親油的儲層, 很可能是得不償失。因此, 對於某一個具體的油藏來說, 在實施中要根據油藏的具體地質條件, 運用數值模擬方法或礦場實際試驗情況來優選間歇注水方式。有時候各種自然地質條件也促使人們使用某一種間歇注水方式。例如: 大慶的太南開發區地處高寒地區, 由於注水井的配注量低, 冬天易於凍結, 促使人們乾脆採取冬天全部注水井停注的辦法來實行間歇注水。

雖然在不對稱注水井短注長停型工作制度中, 注水井、採油井交替注采能夠獲得最高的採收率, 但這種工作制度在現場可能較難實施, 因為它能夠影響到產量, 油井停止生產造成的產量損失需要較長的開發時間才能得到補償。在間歇注水過程中, 應儘可能選擇不對稱短注長停型工作制度, 也就是在注水半周期內應儘可能用最高的注水速度將水注入, 將地層壓力恢復到預定的水平上; 在停注半周期, 在地層壓力允許範圍內儘可能延長生產時間, 這樣將獲得較好的開發效果。

連續注水轉間歇注水的最佳時機

目前油田開發一般都採用連續注水方式, 在連續注水一段時間後往往為了改善開發效果而轉入間歇注水, 因此就存在一個轉入間歇注水的最佳時機問題。所謂最佳時機就是在這個時間轉為間歇注水後, 增產油量最多, 開發效果最好。

在這個問題上目前還沒有找到一個明確的界限。從北京勘探開發研究院計算結果以及有關文獻來看, 在任何階段由連續注水轉為間歇注水都能夠改善開發效果, 越早轉入間歇注水, 效果越好。因為實施間歇注水時間越長, 則高、低滲透層之間的壓差越大, 層間液體交滲越充分。

間歇注水也可用於嚴重出水的油藏, 甚至在連續注水條件下油井已達到經濟極限之後也可套用。在實踐中, 我國勝利、扶餘、新疆以及喇薩杏油田杏六區的間歇注水都是在含水率80%～90%甚至更高的情況下開始的, 也都取得了比較好的效果。

合理周期確定

注水周期的長短決定交滲流量大小和油層壓力變化幅度沿油層長度分布的強烈程度,即注入水波及油層範圍的大小。根據理論分析, 理論注水半周期按下式計算:

式中:

L———注水井排與生產井排之間的距離, cm;

ω———未注水時地層平均地壓係數, cm²/ s;

T———注水半周期, s。

上式說明地層的彈性越差, 周期越短; 油層滲透率越高, 周期也越短。合理的注水周期是實施間歇注水的重要參數。停注時間過短, 油水來不及充分置換;但如果過長, 地層壓力下降太多, 產液量也隨之大幅度下降; 並且, 當含水率的下降不能補償產液量下降所造成的產量損失時, 油井產量將會下降。油井井底壓力也不宜過多的降至飽和壓力以下, 以免井底嚴重脫氣, 造成產液、產油指數下降, 並降低泵效。注水壓力的升高也有一定的限度, 地層壓力一般不宜超過原始地層壓力, 注水井井底壓力也不宜超過岩石破裂壓力。

因此注水周期的長短應根據油藏的含水和壓力的高低等因素通過數值模擬和現場實際經驗來確定。無論在多油層油藏還是在裂縫性油藏進行間歇注水, 使用變化的周期是合理的。用最大和最小周期交替造成壓力波動, 可使注入水波及範圍增大, 從而驅出更多的原油。隨著間歇注水輪次的增加, 其效果一般將越來越差, 甚至完全失效。在這種情況下可以適當延長注水周期的時間, 甚至改用另一種更為強化的間歇注水方式。