低渗透储层水气交替注入方式室内试验研究

乔红军 （陕西延长石油 （集团）有限责任公司研究院，陕西 西安710075）

任晓娟 （西安石油大学石油工程学院，陕西 西安710065）

闫凤平，张建国 （延长油田股份有限公司，陕西 延安716005）

高志亮 （陕西延长石油 （集团）有限责任公司研究院，陕西 西安710075）

已有研究表明[1，2]，油藏水气交替驱油方法一般可提高原油采收率5%～10%左右，是油藏开发的一个有效方法。水气交替注入方式是指在水气交替注入过程中水和气交替注入的顺序，即是气水交替注入，还是水气交替注入。但是哪种注入方式对油藏开发具有较好的开发效果，目前还没有明确的认识。有研究认为[3，4]气水交替注入效果好于水气交替注入，但也有研究发现[5]，水、气注入顺序的变化对最终采收率影响不大。由于水气交替注入方式对储层流体的饱和度分布、流体的流度均有较大的影响，因此研究水气交替注入方式对提高原油采收率具有重要意义。笔者拟通过室内试验，探讨水气交替注入方式对某区块低渗储层岩心驱油效率和相对流度的影响。

1 试验方法

1）试验岩心 试验选用某区块长6储层天然岩心，储层岩性主要为细粒长石砂岩和中－细粒长石砂岩。孔隙类型主要为粒间孔、溶蚀孔和粒内溶孔，同时局部发育微裂缝。岩心孔隙度在9.10%～11.1%，渗透率在0.504～3.67mD。

2）试验流体 试验中使用的模拟油为模拟地层原油黏度用储层原油与煤油配制而成，模拟油的密度为0.81g/cm3，黏度为4.05mPa·s；使用的模拟地层水密度为1.02g/cm3，黏度为0.96mPa·s，水型为CaCl2型，呈弱酸性；注入气体为氮气；试验温度为25℃。

2 试验步骤

首先，将试验岩心清洗、干燥、气测渗透率和抽空 （加压）饱和模拟地层水，油驱水至束缚水状态。然后，进行水气 （或气水）交替注入试验，方法参考标准SY/T 5345—1999《油水相对渗透率测定方法非稳态法》、SY/T 6339—1998《油气相对渗透率测定非稳态法》及SY/T 5336—1997《岩心常规分析方法》。水、气交替注入为2个周期。试验中气油比大于30m3/m3时，含水率大于95%时转注气或注水。

3 室内试验结果及分析

3.1 注入方式对驱油效率的影响

3.1.1 氮气、水交替注入方式

氮气、水交替注入方式即先注氮气后注水的驱替方式。4块岩心 （编号为A－1，A－2，A－3，A－4）的气水交替试验结果见图1和表1。结果表明，第1周期中氮气很快突破，无气期驱油效率平均为4.95%，当气油比大于30m3/m3时，随着气体的注入驱油效率增加明显变缓，此时气体的注入体积倍数在0.57～0.96PV （标准状态）范围，平均驱油效率为10.7%，此时转注水；转注水后，驱油效率随注入体积倍数的增加急剧增加，注水量在0.56～1.22PV范围时，含水率为95%，驱油效率随注水体积倍数的变化增加缓慢，此时驱油效率平均达到43.7%，较注气阶段平均提高了33.0%，然后进入第2周期的气水交替；第2周期中，注气后驱油效率开始有一微小增加后，随注气体积倍数的增加驱油效率基本不变，此时岩心平均驱油效率为46.8%，比上一周期平均提高3.1%，此时，注气体积倍数在0.63～1.56PV范围；转注水后，除渗透率较高的A－1岩心驱油效率没有增加，其他岩心驱油效率开始有小幅增加后，随注水体积倍数的增加驱油效率基本不变，此时岩心平均驱油效率为48.3%，较注气阶段平均提高了2.5%。

可以看出，气水交替注入第1周期中驱油效率随注入流体体积倍数的增加，提高幅度最大，第1周期的驱油效率占最终驱油效率的90.5%，其中注气阶段对驱油效率的贡献平均占22.2%，注水阶段平均占68.3%；第2周期中气水交替注入的驱油效率增加幅度明显变小，第2周期的驱油效率占最终驱油效率的9.5%，其中注气阶段对驱油效率的贡献平均占6.4%，注水阶段平均占3.1%，说明水驱过程对驱油效率的贡献远大于气驱过程对驱油效率的贡献。3.1.2 水、氮气交替注入方式

图1 氮气、水交替岩心注入体积倍数与驱油效率关系

表1 氮气、水交替注入方式驱油效率和相对流度变化

水、氮气交替注入方式即先注水后注氮气的驱替方式。4块岩心 （编号为A－5、A－6、A－7、A－8）的水气交替试验结果 （图2，表2）表明，第1周期中，注水时驱油效率随注入体积倍数增加急剧上升，至注入体积倍数在0.64～0.67PV范围时增幅趋缓，此时含水率为95%，该水驱阶段无水驱油效率平均为38.3%，水驱平均驱油效率为42.6%，转注气后，随注入体积倍数增加驱油效率仅有小幅增加，当注入体积倍数在1.44～1.56PV范围，岩心驱油效率平均为50.3%，驱油效率较注水增加幅度平均为7.7%，然后转注水进入第2水气交替周期；第2周期中，除A－7岩心驱油效率没有增加，其他岩心驱油效率均有小幅增加，平均增加4.9%，此时，注入体积倍数平均在2.04～2.85PV范围，转注气后，除A－6岩心驱油效率没有增加外，其他岩心驱油效率均较注水平均提高1.1%，此时，注入体积倍数在2.79～3.99PV。可以看出，与气水交替过程相比，水气交替注入第1周期驱油效率占最终驱油效率的绝大部分，平均为91.8%，其中注水阶段对驱油效率的贡献平均为77.7%，注气阶段平均为14.1%；而第2周期中水气交替注入驱油效率显著变小，第2周期平均驱油效率占最终驱油效率的8.2%，其中注水阶段平均占6.8%，注气阶段平均占1.4%，同样水驱过程对驱油效率的贡献明显大于气驱过程。两种注入方式的试验结果对比表明，水、氮气交替注入方式较氮气、水交替注入方式驱油效率高出6.5%，因此该储层水、氮气交替注入方式驱油效率优于氮气、水交替注入方式；同时可以看出，注水过程对水气或气水交替过程的驱油效率贡献最大，驱油效率在第1个周期后，增幅均明显下降，因此搞好低渗储层的先期注水工作对提高低渗储层的最终采收率具有重要作用。

图2 水、氮气交替岩心注入体积倍数与驱油效率关系

表2 水、氮气交替注入体积倍数与驱油效率和相对流度变化

3.2 不同注入方式下相对流度的变化

文献调研发现[6～8]，低渗储层水气交替注入过程中压力较高，存在水转气时的注入困难问题，因此对这一问题也进行了试验研究，用相对流度研究了岩心中流体流动阻力的变化。相对流度是相对渗透率与黏度的比值，它反映了岩心内某相介质单位渗透率下的流动能力。计算公式如下：

式中：λow、λog分别为油水、油气相对流度，（mPa·s）－1；Kro、Krw、Krg分别为油相、水相、气相相对渗透率，1；μo、μw、μg分别为油相、水相、气相黏度，mPa·s。

3.2.1 氮气、水交替注入方式

4块岩心 （编号为A－1、A－2、A－3、A－4）的气水交替注入试验结果 （表1）表明，第1周期中相对流度先随注入体积倍数的增加迅速上升，比开始注气时提高50.3%，此时平均注入体积倍数为0.7PV；转注水后相对流度急剧下降，初始转注时相对流动较注气时平均相对流动下降66.9%，注水结束时相对流度比转注水初期时下降了91.3%，此时，平均注入体积倍数为1.54PV。第2周期中，注气相对流度比第1周期注气时平均下降了85.8%，此时，平均注入体积倍数为2.61PV；转注水时相对流度再次下降，比第1周期注气平均下降了91.3%，此时，平均注入体积倍数为3.30PV；同时在第1周期转注水时，A－2和A－3岩心相对流度比A－1和A－4岩心相对流度下降快，平均快3.2%。但第2周期转注水时，A－2和A－3岩心相对流度比A－1和A－4岩心相对流度下降少，平均少1.6%。从整体分析，该注入方式，除第1周期注气以外，其他注入过程相对流度均很低。

3.2.2 水、氮气交替注入方式

4块岩心 （编号为A－5、A－6、A－7、A－8）的水气交替注入试验结果表明 （表2），第1周期注水时，相对流度随注入体积倍数有所降低，注水结束时相对流度降低为初始的58.71%，此时，平均注入体积倍数为0.66PV；转注气后相对流度急剧增加，注气结束时相对流度是初始注气时的1.51倍，比注水时平均增加40.1%，此时，平均注入体积倍数为1.48PV。第2周期注水时，相对流度较前期注气明显下降，平均降低了20.9%，此时，平均注入体积倍数为2.41PV；转注气后相对流度再次增加，比第1周期注水平均增加55.7%，比注气平均增加26.1%，此时，平均注入体积倍数为3.34PV。

总体分析表明，在该注入方式下岩心内流体相对流度呈上升趋势。除A－8岩心外，其他岩心内注入介质的相对流度均随着注入体积倍数的增加而增加。A－6和A－7岩心比A－5和A－8岩心相对流度提高得快一些，平均快22.6%，说明渗透率高的岩心比渗透率低的岩心相对流度提高的幅度大，岩心渗透率对其相对流度有一定的影响。

以上试验结果对比表明，水气交替注入方式不同，注入流体相对流度变化除第1周期以外，其他过程相对流度大小及变化基本相同，相对流度均较低，注气转注水时相对流度降低幅度在1～2倍之间，即气转水时注入压力提高幅度可达1～2倍，由于低渗储层注入压力较高，因此水气交替方式的确存在注入问题需要解决。然而，由于交替注入相对流度比单纯注水和注气流度低，因此利用该性质可以降低储层注水、注气过程中的水窜或气窜，提高注入介质的波及效率，从而提高剩余油采收率。

4 结论

1）在该试验条件下，水、氮气交替注入方式比氮气、水交替注入方式驱油效率平均高6.5%。

2）无论哪种注入方式，水驱过程对最终驱油效率的贡献最大，在该试验条件下，平均贡献大于68.3%，因此搞好低渗储层的先期注水工作对提高低渗储层的最终采收率具有重要作用。

3）水气交替或气水交替注入第1周期的驱油效率均占最终驱油效率的90%以上。

4）水气或气水交替注入时相对流度均明显小于纯注水和注气1～2倍，存在注水转注气困难问题，同时利用该性质可在一定程度上解决水窜和气窜问题。

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