注水在特低/超低渗透油藏开发中的研究现状与展望

刘雪芬，辜文治

（1.陇东学院能源工程学院，甘肃庆阳745000；2.中国石油长庆油田分公司第十采油厂，甘肃庆阳745100）

注水在特低/超低渗透油藏开发中的研究现状与展望

刘雪芬1，辜文治2

（1.陇东学院能源工程学院，甘肃庆阳745000；2.中国石油长庆油田分公司第十采油厂，甘肃庆阳745100）

特低渗/超低渗透油气资源在能源供应方面越来越重要，是极具开发意义的非常规油气领域。注水是这类油藏重要的开发手段。论文调研了我国特低渗/超低渗透油田注水开发研究现状，分析了特低/超低渗透油藏注水开发存在的主要问题，结合现有技术水平，提出了改善特低/超低渗透油藏开发效果的思路。

特低/超低渗透；开发；注水；提高采收率

注水是低渗透油藏重要的开发手段，而特低/超低渗透砂岩油藏的开发也是在常规低渗透油藏的基础上进行的，延续了低渗透油藏许多开发手段和技术，并发展了针对性技术。但特低/超低渗透砂岩油藏有显著不同于常规低渗透油藏的地质特征，如储层更加致密、孔喉微细、物性更差，局部微裂缝发育、储层非均质性更严重等，导致流动压力梯度较高[1]、界面效应显著[2]、启动压力高、吸水能力差[3]。

正因如此，注水在特低/超低渗透砂岩油藏开发中略受限制，且目前有关特低/超低渗透砂岩油藏的渗流机理等方面的研究尚未明确，在有关概念、研究手段与方法、适用范围等方面尚不清晰，工程技术存在许多不适应的方面，亟待明确注水技术在特低/超低渗透油藏开发中的研究现状，加大技术创新和实验的投入，解决制约注水开发进程的关键问题。

1 低渗透油藏的类型及其在国民经济中的地位

低渗透油藏是依据储层物性划分出的一种油藏类型，其中特低、超低渗透油藏是低渗透油藏的重要类型。但目前世界油田对储层分类标准的认识并不完全一致。我国多按照油层平均渗透率将低渗透分为三类[4]：一般低渗透储层（平均渗透率50 mD～10 mD）；特低渗透储层（平均渗透率10 mD～1 mD）；超低渗透储层（平均渗透率1 mD～0.1 mD），但这种分类仍不能较准确描述某些典型的低渗透油气层。如有关学者又将鄂尔多斯盆地低渗透油层界限标准按照油层平均渗透率分为：（1）一般低渗透（平均渗透率10 mD～1.0 mD），接近正常油层，油井能够达到工业油流标准，但产量太低，需采取压裂措施提供生产能力，才能取得较好的开发效果和经济效益；（2）特低渗透（平均渗透率1.0 mD～0.5 mD），这类油层与正常油层差别较明显，一般束缚水饱和度较高，测井电阻率低，无工业油流，必须借助于大型压裂改造等措施，才能有效开发[5]，如安塞油田；（3）超低渗透（平均渗透率＜0.5 mD），油层非常致密，束缚水饱和度高，基本没有自然产能，单井产量较低（2 t左右），但若油层较厚、埋藏较浅、原油性质较好[5]，适宜超前注水开发，如华庆超低渗透油田[6]。由此可见，单纯地根据某些数字理解油藏类型是不全面的，油藏类型的划分不仅与油藏地质特征有关，还需结合当时当地的经济状况和开采技术水平等。但不论以哪种标准划分，油层渗透率1 mD以下的资源比例越来越大。

近年来，低渗透油气资源在油气勘探开发中的地位越来越明显。低渗透探明石油储量占新增石油探明储量的87%、剩余资源量占剩余总量的76%以上[7]，其中特低/超低渗透油藏资源潜力巨大，主要分布在鄂尔多斯、准噶尔、松辽、四川、渤海湾和柴达木等盆地[8]。如鄂尔多斯盆地，超低渗储量所占比例最大，其次为特低渗透储量[9]。随着勘探程度不断提高、油气需求日益增加，特低渗-超低渗透油气资源开发已经被提上日程，在能源供应方面的作用越来越重要，是极具开发意义的非常规油气领域。

2 注水在特低/超低渗透油藏开发中的研究现状

根据世界上有切实开采方法数据油田的统计[10]，低渗透油田的开采方法以注水为主，其次是注空气；特低渗透油田也仍然以注水为主，其次是注空气、注天然气与氮气、注干气和水驱、气举等（见图1）。可见，今后相当长的时期内，注水仍将是特低渗/超低渗透砂岩油藏主要的开发方式。近年来，水平井、大型压裂、超前注水等技术成功开发了特低渗透油藏，使得特低渗透油藏探明储量大幅度增加[11]，同时已有实践表明，注水在超低渗透油藏开发中也有一定应用前景，但超低渗透油藏单井产量更低、采出程度更差，水驱采收率不高[11]。

图1 低渗透、特低渗透砂岩油田采油方法统计[10]

2.1 驱替实验研究

目前研究注水效果常用的方法和手段包括常规岩心驱替、岩心驱替微观分析、CT扫描、核磁共振等[12，13]。研究表明，物性与驱油效率并不直接相关，相对均质、孔喉匹配关系好的超低渗甚至致密岩心也能达到较高的驱油效率，孔隙结构特征、非均质性、黏土矿物赋存形态等对驱油效果影响较大[14，15]。陈付星等（1997）开展了驱替微观模拟，在细小孔隙及喉道中水驱油大多活塞式推进，驱油较彻底；大孔隙中多为非活塞式驱替，易在孔隙中央形成残余油，水驱油效率为41%～57%[14]。有关学者针对一般低渗透（50 mD～10 mD）、特低渗透（10 mD～1 mD）和超低渗透（1 mD～0.1 mD）岩心开展了水驱油动态分析[13]，认为相对高渗的岩心采收率也相对较高，特低/超低渗透岩心产油主要来自中、小孔，提高驱替压力可以提高孔隙动用程度。高辉等（2013）利用核磁共振、环境电镜扫描和CT扫描等对延长组岩心进行水驱油特征分析[16]，实验包括3块渗透率＜0.1 mD的致密岩心、8块渗透率为0.3 mD～0.1 mD的岩心、7块渗透率为0.5 mD～0.3 mD的岩心、6块渗透率为1 mD～0.5 mD的岩心和14块渗透率为5 mD～1 mD的岩心，样品平均可动油百分数达到了57.62%，平均驱油效率为37.33%。

2.2 矿场注水实验及存在的问题

现场注水开发效果既受控于油藏本身的特殊性，如储层非均质性、渗透性、油层厚度等；也受注水开发过程的影响[17]，如开发制度、储层损害、流-固耦合效应等，近年来发展了水平井技术[18]、分段压裂及酸化技术、表面活性剂降压增注技术[19-21]、同步注水、超前注水等技术[22]，研发了降压增注材料[23]等，在镇泾油田红河105井区[24]、F油田长6超低渗透油藏[25]、长庆华庆油田[26，27]等均有应用。实践表明，对特低/超低渗透油藏而言，注水开发效果优于天然能量开发，且超前注水效果较同步注水效果更好。但特低/超低渗透砂岩油藏现场注水中的一个突出问题是，局部裂缝发育区注入水沿裂缝突进、引起水窜和水淹，而裂缝不发育区物性差，导致注入压力高、水井欠注，如安塞油田、扶余油层等，储量动用程度低。需要建立有效的压力驱替系统，优化井网、调整开发方案[28]。

油藏高压欠注的原因较复杂，有的是因储层物性太差而注水初期就欠注[29]，有的是长期注水过程造成损害而欠注[30]。对此，现场一般采用酸化、压裂、解堵、防垢、清洗井筒、优化地面管网等治理措施，如姬塬油田刘峁塬长8层[29]和姬塬油田黄3区长8储层[30]。或应用表面活性剂降低油水界面张力，不仅能降压增注[19-21，31]也能够提高采收率[20，21，32-36]，还可以解除地层损害，其机理多依据表面活性剂具有降低界面张力、乳化、分散、润湿、增溶等性能。表面活性剂驱大部分是在水驱结束后进行的，根据文献调研，统计了部分岩心在表面活性剂驱阶段的采收率与降压率，作出了表面活性剂作用下岩心渗透率与降压率和采收率提高幅度关系（见图2和图3），文献中岩心渗透率多大于0.5 mD，个别在0.3 mD～0.5 mD，多为特低渗透岩心，而超低渗透岩心实验较少。可见，表面活性剂作用下降压率和采收率提高幅度与岩心渗透率间关系并不明显，特低/超低渗岩心在水驱后表面活性剂驱阶段也能获得相对较高的采收率。

图2 渗透率与降压率关系

图3 渗透率与采收率提高幅度的关系

2.3 渗吸驱油

对于偏水湿的砂岩油藏，注水过程会产生水相渗吸现象，渗吸驱油也是这类油藏重要的驱油机理，毛管力是渗吸驱油的主要动力。理论上，对水湿油藏，毛管半径越小，毛管力越大、渗吸驱油的动力越大、驱油效率越好[37，38]。实际渗吸过程的驱油效果取决于：（1）能否克服毛管末端效应；（2）毛管半径大于束缚液膜厚度，否则液体束缚层的反常力会使毛管渗流空间无效[37]。水湿油藏使用表面活性剂，会改变岩石表面润湿性，降低渗吸动力，使驱油效率降低。天然岩心的极限渗吸采收率低于10%[39]。

3 结论与建议

随着勘探程度不断提高、油气需求日益增加，特低渗/超低渗透油气资源在能源供应方面的作用越来越重要，是极具开发意义的非常规油气领域。注水是这类油藏重要的开发手段，但效果受控于各种因素，包括物性差、储层损害等，各因素之间存在主控因素变化，若方法适当，特低/超低渗储层也有机会获得较高采收率，这些认识为探索注水开发特低/超低渗透油藏带来极大动力。

特低/超低渗透油藏开发不能单独依靠某一项技术，必须是多种手段、多种技术的合理配合，积极将水平井技术、多级压裂技术等用于特低/超低渗透油藏注水开发，打开特低/超低渗透油藏开发的新思路，才有望取得特低/超低渗透油藏开发新突破。

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Status and prospect of water injection in the development of oil reservoirs with extra/ultra-low permeability

LIU Xuefen1，GU Wenzhi2
（1.Energy Engineering College，Longdong University，Qingyang Gansu 745000，China；2.Oil Production Plant 10 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Qingyang Gansu 745100，China）

The oil resource with extra/ultra-low permeability,which is of great significance in the unconventional oil and gas,becomes more and more important in the energy supply.Water injection is an important means for the development of this kind of reservoir in China.The paper presented the current situation of water injection in the development of oil reservoirs with extra-low or ultra-low permeability,analyzed the main problems existed in the development of oil reservoirs with by water injection,combined with the existing technology,proposed thoughts and ideas to improve development of these oil reservoirs.

extra/ultra-low permeability；development；water injection；enhanced oil recovery

TE357.6

A

1673-5285（2017）06-0004-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.06.002

2017－04-22

甘肃省科技计划资助“陇东地区致密砂岩油藏渗流行为及注水特性研究”，项目编号：1606RJYM259；陇东学院2016年博士科研启动基金“超低渗透砂岩油藏能量补充方式研究”，项目编号：XYBE1601。

刘雪芬，女（1985-），副教授，从事非常规储层保护、油气井工作液等教学和科研工作，邮箱：xuefen580@126.com。