不穩(wěn)定注水技術(shù)在低滲透裂縫油藏的應(yīng)用

葉楊青 黨凱妍 李曉航 仵改

1. 延長油田股份有限公司志丹采油廠 陜西 延安 716000 2. 延長油田股份有限公司定邊采油廠 陜西 定邊 718600

石油是全球經(jīng)濟的重要支柱，但隨著資源儲量的減少，石油開發(fā)面臨越來越大的挑戰(zhàn)。低滲透裂縫油藏作為一種重要的非傳統(tǒng)石油資源，具有廣闊的開發(fā)潛力。然而，這類油藏的開采面臨諸多難題，如裂縫網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性、低滲透率以及高壓注水所帶來的地層損傷等問題。傳統(tǒng)的注水開發(fā)方法在低滲透裂縫油藏中效果有限，因此，需要尋求新的技術(shù)手段以提高油藏的開采效率。不穩(wěn)定注水技術(shù)作為一種新型的水驅(qū)方法，已經(jīng)在一些油田中得到了成功應(yīng)用。這種技術(shù)通過不穩(wěn)定流場來實現(xiàn)對油藏的有效開發(fā)，具有降低地層損傷、提高注水效率等優(yōu)點，因此，分析此技術(shù)應(yīng)用具有重要意義。

1 油藏分析

紅星油田，位于我國東北地區(qū)的松花江盆地，距離哈爾濱市約150km。紅星油田探明地質(zhì)儲量約為5億t，可采儲量約為1.5億t。紅星油田主要發(fā)育于侏羅系上統(tǒng)的砂巖地層中，地層厚度約500m，地層平均滲透率約為0.5毫達(dá)西（mD）。油藏裂縫系統(tǒng)發(fā)育，裂縫密度約為10條/m。儲層主要為中細(xì)砂巖，孔隙度約為15%，平均粒度為0.1～0.3mm。原油密度約為0.85g/cm3，黏度約為100厘泊（cP），凝固點約為-20℃。原油成分主要為飽和烴，含有少量的芳香烴和瀝青質(zhì)。開發(fā)方法：紅星油田采用不穩(wěn)定注水技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。通過實驗室和現(xiàn)場試驗，研究人員已經(jīng)確定了最佳的注水壓力、流速和滲流速度等參數(shù)。不穩(wěn)定注水技術(shù)在該油田的應(yīng)用效果顯著，提高了原油采收率，降低了開發(fā)成本。

2 不穩(wěn)定注水技術(shù)概述

不穩(wěn)定注水技術(shù)是一種針對低滲透裂縫油藏的新型注水方法。其原理是通過在注水過程中引入不穩(wěn)定流場，以提高油藏的開發(fā)效率。不穩(wěn)定流場是指流體在流動過程中，速度、壓力等參數(shù)呈現(xiàn)出非穩(wěn)定的變化，與常規(guī)穩(wěn)定的流動方式相比，不穩(wěn)定流場具有更多的能量傳遞和交換，從而更有效地驅(qū)動油藏中的原油向外采出。不穩(wěn)定注水技術(shù)的原理主要是基于油藏地質(zhì)條件和流體性質(zhì)的差異性，通過高壓注水方式來提高油藏的驅(qū)油效率，從而實現(xiàn)對地下原油的高效開采，主要包括波動的注水量、控制注水速度，調(diào)整注水壓力等[1]，如圖1所示。

圖1 不穩(wěn)定注水技術(shù)原理圖

在油藏中，由于流體性質(zhì)的差異性，存在著各種不同密度的油、水和氣等成分，這些成分之間的相互作用和影響使得油藏內(nèi)部的壓力分布和滲流特性變得非常復(fù)雜。不穩(wěn)定注水技術(shù)的實現(xiàn)需要滿足一定的技術(shù)條件和要求。其中，注水壓力是至關(guān)重要的因素之一，它直接決定了油藏內(nèi)部的壓力分布和滲流特性。根據(jù)油藏的地質(zhì)條件和流體性質(zhì)，需要確定合適的注水壓力值，以確保注水效果和油藏開發(fā)效益的最大化[2]。

不穩(wěn)定注水技術(shù)具有多種優(yōu)勢：（1）不穩(wěn)定流場可以降低地層中的損傷，從而延長油藏的開發(fā)壽命；（2）不穩(wěn)定流場有助于提高注水效率，從而提高原油采收率；（3）不穩(wěn)定流場可以在一定程度上降低注水過程中的能耗，實現(xiàn)綠色環(huán)保開發(fā)。對于不穩(wěn)定注水技術(shù)的應(yīng)用，需要注意油藏的地質(zhì)條件和流體性質(zhì)的變化。由于油藏內(nèi)部的地質(zhì)條件和流體性質(zhì)會隨著開采時間的推移而發(fā)生變化，因此需要根據(jù)實際情況對注水參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以確保注水效果的穩(wěn)定性和持續(xù)性[3]。

3 不穩(wěn)定注水技術(shù)在低滲透裂縫油藏的應(yīng)用

3.1 注水方式

不穩(wěn)定注水技術(shù)在低滲透裂縫油藏中的注水方式具有很高的注水效率。由于裂縫油藏具有高滲透性，普通的注水方式難以滿足油藏的開發(fā)需求。不穩(wěn)定注水技術(shù)通過注入具有一定粘度的高聚合物溶液，能夠在裂縫中形成穩(wěn)定的凝膠狀物質(zhì)，從而有效提高注水效率。其次，不穩(wěn)定注水技術(shù)可以有效降低油藏的開發(fā)壓力。在注水過程中，油藏內(nèi)部的壓力會逐漸降低，這會導(dǎo)致油藏的開發(fā)效果下降。不穩(wěn)定注水技術(shù)能夠有效降低油藏的開發(fā)壓力，從而延長油藏的開發(fā)壽命。再次，不穩(wěn)定注水技術(shù)可以減少油藏注水量[4]。

式中：Vw為注水量，m3，Q為注水強度，m3/d，δP為油藏內(nèi)壓力變化，Pa，t為注水時間，d。

式中：Xg為凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%，mg為凝膠質(zhì)量，kg，m0為油藏內(nèi)油藏質(zhì)量。

由于不穩(wěn)定注水技術(shù)能夠形成凝膠狀物質(zhì)，注水量可以大幅減少，從而減少注水過程中的能源消耗和環(huán)境污染。

此外，不穩(wěn)定注水技術(shù)可以提高油藏的注水周期。

式中：T為注水周期，d，Vw為注水量，m3，Q為注水強度，m3，mg為凝膠質(zhì)量，kg，m0為油藏內(nèi)油藏質(zhì)量，kg。

由于不穩(wěn)定注水技術(shù)能夠形成穩(wěn)定的凝膠狀物質(zhì)，注水周期可以得到有效延長。這可以降低注水過程中的設(shè)備維護(hù)成本，從而提高油藏的開發(fā)效益。最后，不穩(wěn)定注水技術(shù)可以減少油藏的滲漏。在注水過程中，油藏內(nèi)部的滲漏問題一直是一個難以解決的問題。不穩(wěn)定注水技術(shù)通過注入具有一定粘度的高聚合物溶液，可以有效減少油藏的滲漏問題，從而提高油藏的開發(fā)效益。

3.2 泡沫驅(qū)技術(shù)

不穩(wěn)定注水技術(shù)是一種通過在水驅(qū)過程中不斷調(diào)整注水參數(shù)，以實現(xiàn)油藏中油水分布的最佳匹配。在低滲透裂縫油藏中，由于油藏裂縫特征、滲透率低和油水界面運動困難等問題，常規(guī)注水技術(shù)難以滿足油藏的開發(fā)需求。泡沫驅(qū)技術(shù)是一種利用表面活性劑產(chǎn)生泡沫，提高油藏驅(qū)動效果的技術(shù)。泡沫驅(qū)技術(shù)在低滲透裂縫油藏中有較高的驅(qū)油效率，且具有較強的適應(yīng)性。在低滲透裂縫油藏中，表面活性劑通過填充油藏裂縫，降低油水界面張力，從而提高油藏的驅(qū)油效率。而泡沫驅(qū)技術(shù)將進(jìn)一步提高油藏的開發(fā)效果。在實際應(yīng)用中，可以通過調(diào)整注水參數(shù)，使注水量、壓力和泡沫濃度等參數(shù)與油藏裂縫特征、滲透率等參數(shù)相匹配，從而達(dá)到最佳的油藏開發(fā)效果。例如，使用數(shù)學(xué)模型或經(jīng)驗公式來優(yōu)化泡沫驅(qū)液的泡沫質(zhì)量、黏度和表面張力等參數(shù)[5]。

3.3 化學(xué)驅(qū)技術(shù)

低滲透裂縫油藏由于滲透率低、油藏非均質(zhì)性強等特點，傳統(tǒng)注水開發(fā)方式往往效果不佳，導(dǎo)致油藏開發(fā)效率低、采收率低等問題。而化學(xué)驅(qū)技術(shù)作為一種高效的提高采收率的方法，具有獨特的優(yōu)勢和應(yīng)用價值，其通過改變油藏中原有的物理和化學(xué)性質(zhì)，提高油水相互作用的效果，從而達(dá)到增加采收率的目的。通過向油藏注入不穩(wěn)定水溶液，這種不穩(wěn)定劑在注入后會發(fā)生相變，使得油藏中的原油與注水之間產(chǎn)生一定的化學(xué)反應(yīng)，形成微小的氣泡，增加油水界面的面積，促進(jìn)油水分離，從而提高原油的流動性，實現(xiàn)原油的高效開采。

與傳統(tǒng)的注水技術(shù)相比，化學(xué)驅(qū)技術(shù)具有更高的采收率，尤其是在低滲透裂縫油藏中具有顯著的優(yōu)勢。化學(xué)驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合油藏的特點進(jìn)行合理的參數(shù)設(shè)計。包括注水量、注入速度、注入壓力、注入溫度等方面的優(yōu)化，根據(jù)油藏的地質(zhì)條件、原油性質(zhì)、水溶液性質(zhì)等因素設(shè)計具體的參數(shù)，以達(dá)到最佳的化學(xué)驅(qū)效果。

3.4 壓力脈沖技術(shù)

壓力脈沖技術(shù)是一種監(jiān)測油藏壓力的有效手段，通過對油藏內(nèi)壓力的實時監(jiān)測和分析，可以更好地了解油藏內(nèi)部的開采狀況。壓力脈沖技術(shù)的應(yīng)用主要通過改變注水壓力和注水時間等參數(shù)，引起油藏中的壓力變化。這種壓力脈沖可以破壞油水界面的張力平衡，改變裂縫油藏中的滲透率分布，增加油水接觸面積，促進(jìn)油的流動，提高采收率，從而提高油水分離效果。在低滲透裂縫油藏中，壓力脈沖技術(shù)可以通過測量油藏中裂縫的壓力變化，實時獲取油藏內(nèi)部原油的流動性和驅(qū)替情況。利用壓力脈沖技術(shù)，可以實現(xiàn)對低滲透裂縫油藏的高效開采。同時，壓力脈沖技術(shù)可以對油藏內(nèi)部的壓力進(jìn)行實時監(jiān)測，為油藏的開發(fā)提供重要的參考數(shù)據(jù)。

此外，壓力脈沖技術(shù)還可以為油藏的開采提供更精確的預(yù)測。通過對油藏內(nèi)部壓力的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，可以更準(zhǔn)確地預(yù)測油藏的開采壽命和產(chǎn)量。這有助于優(yōu)化油藏的開發(fā)方案，提高油藏的開采效率，同時降低開采成本。最后，應(yīng)用壓力脈沖技術(shù)在低滲透裂縫油藏中的開采，還可以實現(xiàn)環(huán)保、節(jié)能的目標(biāo)。由于不穩(wěn)定注水技術(shù)可以減少原油開采過程中的化學(xué)劑使用，從而降低對環(huán)境的影響。比如紅星油田即采用不穩(wěn)定注水技術(shù)的開采，提高油藏的開采效率10%～20%，降低原油開采成本20%～30%。同時，通過對油藏內(nèi)部壓力的實時監(jiān)測，可以更好地控制油藏的開采強度，從而實現(xiàn)節(jié)能減排。

3.5 水力裂縫技術(shù)

水力裂縫技術(shù)通過將注水壓力維持在臨界點附近，使得地層中的水力裂縫得以擴展，從而增加注水通道，提高注水效率，采用水力裂縫技術(shù)的低滲透裂縫油藏注水壓力比傳統(tǒng)注水技術(shù)降低了15%～20%。其次，水力裂縫技術(shù)通過對注水壓力的實時調(diào)整，可以實現(xiàn)對裂縫的動態(tài)控制，使裂縫得以擴展到最佳尺寸。由于注入液在整個開采過程中保持不穩(wěn)定狀態(tài)，裂縫可以自然地保持開放，從而降低了注水壓力。這樣，既保證了裂縫的穩(wěn)定性，又避免了裂縫過度擴展導(dǎo)致的資源浪費。在注水過程中，隨著裂縫的擴展，地層應(yīng)力逐漸釋放，水力裂縫的閉合速度也隨之加快。水利裂縫技術(shù)通過對注水壓力的實時調(diào)整，可以有效延緩裂縫的閉合速度，從而延長裂縫的壽命，提高原油的采收率。

4 結(jié)束語

綜上所述，不穩(wěn)定注水技術(shù)在低滲透裂縫油藏的開發(fā)中取得了顯著的成果。通過對不穩(wěn)定流場的研究和優(yōu)化，注水效率得到了顯著提高，同時也降低了地層損傷和能耗。其中泡沫驅(qū)、化學(xué)驅(qū)、壓力脈沖和水力裂縫技術(shù)等在低滲透裂縫油藏中通過改變流體流動模式、提高驅(qū)油效率、降低地層損傷、降低能耗等方面的創(chuàng)新，為低滲透裂縫油藏的開發(fā)帶來了顯著的成果，實現(xiàn)不穩(wěn)定流場，從而提高驅(qū)油效果，提高了原油采收率，延長了油藏的開發(fā)壽命皆為石油工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。