一种确定致密油藏超前注水合理注入量的新方法

邸 飞,李小婵,蒋嘉敏 (中国石油大学(北京)石油工程学院，北京 102249)

一种确定致密油藏超前注水合理注入量的新方法

邸 飞,李小婵,蒋嘉敏 (中国石油大学(北京)石油工程学院，北京 102249)

提出了一种确定超前注水地层压力升高与确定合理注入量的新方法。超前注水输入地层的能量只与累计注入量有关而与时间无关，故从无限长时间的角度建立物质平衡方程，推导出平均地层压力升高幅度和累计注入量的关系，并将其斜率定义为超前注水系数。超前注水系数仅与油藏地质条件有关，为评价不同地质条件下超前注水的效果、确定超前注水地层压力升高和合理注入量提供了更快速的方法。

超前注水；超前注水系数；平均地层压力；累计注入量

我国石油行业一般将渗透率小于50×10-3μm2的油藏定义为低渗透油藏[1];但也有学者指出这一概念应重新定义,即据现有的技术经济条件和开发实践经验,将渗透率小于10×10-3μm2的油藏定义为低渗透油藏[2]。低渗透油藏具有应力敏感性,介质变形渗透率下降造成递减快、产能更低[3]。所以，超前注水技术应运而生,将注水井在采油井投产前3～6个月投注，高效保持地层压力来避免应力敏感效应及一系列矛盾。目前，该技术已成功应用于鄂尔多斯盆地低渗、特低渗油藏的开发[4]。

现有文献提出2种控制超前注水压力的方法：一种是基于“启动压力梯度”的存在,控制生产压力梯度大于启动压力梯度,从而建立有效的驱替系统[5]；另一种是据低渗透油藏地质、经济条件和开发实践经验的共性,广泛地认为超前注入后平均地层压力为原始压力的1.1倍[6]。为了更快速地计算超前注水量,笔者选择第2种压力控制方法,从物质平衡方程出发,讨论了不同情况下的合理注入量。

1 模型的建立

超前注水技术是将注水井在采油井投产前3～6个月投注。从地面注入的水流入地层，压缩了地层的水、油、气和岩石，其本身也被压缩，最终使平均地层压力提高。故超前注水的过程即是在开发前往地层中输入能量，注水量越多，地层中输入的能量就越大，平均地层压力升高的就越多。因此，平均地层压力的升高幅度只与累计注入量有关，与时间无关。

假设超前注入一定体积水后，经过无限长时间待地层各处压力相等，达到平衡态，建立模型。岩石、地层水、原油和气的压缩系数表达式分别为：

式中，dp为压力微分；Ci为第i相的压缩系数；dVi为第i相体积微分；Vi为第i相初始体积；i分别为岩石、地层水、原油、气相。

将地面上体积为dVwi的水注入总体积为V的地层(V包括岩石的体积)，将地层看做封闭容器，即物质平衡原理可得：

Bw·dVwi+(dVr+dVw+dVo+dVg)=0

(1)

化简得：

2 模型的简化

为了进一步简化式(2),作者定义超前注水系数M为：

(3)

从式(3)可知，超前注水系数M为常数，仅与油藏的地质条件有关，如埋藏深度、油藏体积、岩石与流体性质等。于是，将式(3)代入式(2)得：

Δp=M·ΔVwi

(4)

由式(4)可见，平均地层压力的升高与累计注水量成线性关系，其斜率超前注水系数M物理意义为注入单位体积水后平均地层压力升高的能力。第一，M可以用来评价不同地质条件下超前注水的效果。M越大，超前注水效果越好。因为超前注水系数M越大，注入相同体积水后地层压力升高幅度越大。第二，式(4)可用来计算合理累计注入量。据矿场经验知[5-6]，超前注水一般将地层压力提升到原始地层压力的110%左右。所以首先计算出需要提升的压力值，然后根据式(4)即可反推出合理的超前注水量。第三，式(4)可用来估计平均地层压力的变化，即根据已注水量计算压力升高值。

显然，式(4)为评价不同地质条件下超前注水的效果、确定超前注水合理注入量和地层压力升高值提供了更快速的方法。

3 数值模拟

建立菱形反九点井网(见图1)，数值计算后可得到累计注水量与地层压力的关系图，如图2所示。数值模拟的结果表明，油井处压力缓慢升高,并有一定滞后性;但平均地层压力与累计注水量为线性关系。

图1 菱形反九点井网示意图 图2 累计注水量与地层压力关系图

4 现场应用

对西峰油田某井区进行了超前注水应用。该井区地层水体积系数1.05，孔隙度0.15，油藏综合压缩系数14.2×10-4MPa(根据原油的压缩系数13.1×10-4MPa，地层水的压缩系数4.2×10-4MPa，岩石压缩系数12.7×10-4MPa，含油饱和度62%计算)，区块控制面积约4.3km2，油层平均厚度15.3m，原始地层压力18.1MPa。可根据式(2)计算得超前注水系数M=1.3×10-5MPa/m3。

经3个月，各注水井累计注入11.5×104m3水，实际平均地层压力升高了1.42MPa，提高7.8%。而由式(3)计算出理论平均压力升高值为1.50MPa，与实际值相差仅5%。

若将原始地层压力的110%作为超前注水的合理压力，则由式(4)反推出合理注入量约为14.0×104m3，因此需要进一步注水2.5×104m3。

然而,很多时候油藏并不封闭。这时需要对M值进行测试，根据区块注入量和压力升高的关系，反推当量超前注水系数M′。即实际平均地层压力的升高值除以注水体积等于当量超前注水系数M′。最后，再由当量超前注水系数指导式(4)的应用。

5 结 论

1)提出了一种确定超前注水合理注入量和压力升高的新方法。平均地层压力的升高等于累计注水量乘以超前注水系数。

2)超前注水系数仅与油藏地质条件有关，为评价不同地质条件下超前注水的效果、确定超前注水量和地层压力升高提供了更快速的方法。

[1]李道品.低渗透油田开发[M].北京：石油工业出版社,1999.

[2]胡文瑞.中国低渗油气的现状和未来[J].中国工程科学,2009,11(8):29-36.

[3]刘仁静,刘慧卿,张红玲,等.低渗透储层应力敏感性及其对石油开发的影响[J].岩石力学与工程学报,2011,30(S1):2697-2702.

[4]冉新权.超前注水理论与实践[M].北京:石油工业出版,2011.

[5]王瑞飞,宋子齐,何涌,等.利用超前注水技术开发低渗透油田[J].断块油气田,2003,10(3):43-45.

[6]王建华.低渗透油田超前注水研究[J].断块油气田,2005,12(3):53-54,65.

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.08.027

TE357.6

A

1673-1409(2012)08-N083-03

2012-05-24

邸飞(1988-)，男，2010年大学毕业，硕士生，现主要从事石油工程方面的研究工作。

[编辑] 洪云飞