不稳定注水技术在低渗透裂缝油藏的应用

叶杨青 党凯妍 李晓航 仵改

1. 延长油田股份有限公司志丹采油厂 陕西 延安 716000 2. 延长油田股份有限公司定边采油厂 陕西 定边 718600

石油是全球经济的重要支柱，但随着资源储量的减少，石油开发面临越来越大的挑战。低渗透裂缝油藏作为一种重要的非传统石油资源，具有广阔的开发潜力。然而，这类油藏的开采面临诸多难题，如裂缝网络的复杂性、低渗透率以及高压注水所带来的地层损伤等问题。传统的注水开发方法在低渗透裂缝油藏中效果有限，因此，需要寻求新的技术手段以提高油藏的开采效率。不稳定注水技术作为一种新型的水驱方法，已经在一些油田中得到了成功应用。这种技术通过不稳定流场来实现对油藏的有效开发，具有降低地层损伤、提高注水效率等优点，因此，分析此技术应用具有重要意义。

1 油藏分析

红星油田，位于我国东北地区的松花江盆地，距离哈尔滨市约150km。红星油田探明地质储量约为5亿t，可采储量约为1.5亿t。红星油田主要发育于侏罗系上统的砂岩地层中，地层厚度约500m，地层平均渗透率约为0.5毫达西（mD）。油藏裂缝系统发育，裂缝密度约为10条/m。储层主要为中细砂岩，孔隙度约为15%，平均粒度为0.1～0.3mm。原油密度约为0.85g/cm3，黏度约为100厘泊（cP），凝固点约为-20℃。原油成分主要为饱和烃，含有少量的芳香烃和沥青质。开发方法：红星油田采用不稳定注水技术进行开发。通过实验室和现场试验，研究人员已经确定了最佳的注水压力、流速和渗流速度等参数。不稳定注水技术在该油田的应用效果显著，提高了原油采收率，降低了开发成本。

2 不稳定注水技术概述

不稳定注水技术是一种针对低渗透裂缝油藏的新型注水方法。其原理是通过在注水过程中引入不稳定流场，以提高油藏的开发效率。不稳定流场是指流体在流动过程中，速度、压力等参数呈现出非稳定的变化，与常规稳定的流动方式相比，不稳定流场具有更多的能量传递和交换，从而更有效地驱动油藏中的原油向外采出。不稳定注水技术的原理主要是基于油藏地质条件和流体性质的差异性，通过高压注水方式来提高油藏的驱油效率，从而实现对地下原油的高效开采，主要包括波动的注水量、控制注水速度，调整注水压力等[1]，如图1所示。

图1 不稳定注水技术原理图

在油藏中，由于流体性质的差异性，存在着各种不同密度的油、水和气等成分，这些成分之间的相互作用和影响使得油藏内部的压力分布和渗流特性变得非常复杂。不稳定注水技术的实现需要满足一定的技术条件和要求。其中，注水压力是至关重要的因素之一，它直接决定了油藏内部的压力分布和渗流特性。根据油藏的地质条件和流体性质，需要确定合适的注水压力值，以确保注水效果和油藏开发效益的最大化[2]。

不稳定注水技术具有多种优势：（1）不稳定流场可以降低地层中的损伤，从而延长油藏的开发寿命；（2）不稳定流场有助于提高注水效率，从而提高原油采收率；（3）不稳定流场可以在一定程度上降低注水过程中的能耗，实现绿色环保开发。对于不稳定注水技术的应用，需要注意油藏的地质条件和流体性质的变化。由于油藏内部的地质条件和流体性质会随着开采时间的推移而发生变化，因此需要根据实际情况对注水参数进行调整，以确保注水效果的稳定性和持续性[3]。

3 不稳定注水技术在低渗透裂缝油藏的应用

3.1 注水方式

不稳定注水技术在低渗透裂缝油藏中的注水方式具有很高的注水效率。由于裂缝油藏具有高渗透性，普通的注水方式难以满足油藏的开发需求。不稳定注水技术通过注入具有一定粘度的高聚合物溶液，能够在裂缝中形成稳定的凝胶状物质，从而有效提高注水效率。其次，不稳定注水技术可以有效降低油藏的开发压力。在注水过程中，油藏内部的压力会逐渐降低，这会导致油藏的开发效果下降。不稳定注水技术能够有效降低油藏的开发压力，从而延长油藏的开发寿命。再次，不稳定注水技术可以减少油藏注水量[4]。

式中：Vw为注水量，m3，Q为注水强度，m3/d，δP为油藏内压力变化，Pa，t为注水时间，d。

式中：Xg为凝胶质量分数，%，mg为凝胶质量，kg，m0为油藏内油藏质量。

由于不稳定注水技术能够形成凝胶状物质，注水量可以大幅减少，从而减少注水过程中的能源消耗和环境污染。

此外，不稳定注水技术可以提高油藏的注水周期。

式中：T为注水周期，d，Vw为注水量，m3，Q为注水强度，m3，mg为凝胶质量，kg，m0为油藏内油藏质量，kg。

由于不稳定注水技术能够形成稳定的凝胶状物质，注水周期可以得到有效延长。这可以降低注水过程中的设备维护成本，从而提高油藏的开发效益。最后，不稳定注水技术可以减少油藏的渗漏。在注水过程中，油藏内部的渗漏问题一直是一个难以解决的问题。不稳定注水技术通过注入具有一定粘度的高聚合物溶液，可以有效减少油藏的渗漏问题，从而提高油藏的开发效益。

3.2 泡沫驱技术

不稳定注水技术是一种通过在水驱过程中不断调整注水参数，以实现油藏中油水分布的最佳匹配。在低渗透裂缝油藏中，由于油藏裂缝特征、渗透率低和油水界面运动困难等问题，常规注水技术难以满足油藏的开发需求。泡沫驱技术是一种利用表面活性剂产生泡沫，提高油藏驱动效果的技术。泡沫驱技术在低渗透裂缝油藏中有较高的驱油效率，且具有较强的适应性。在低渗透裂缝油藏中，表面活性剂通过填充油藏裂缝，降低油水界面张力，从而提高油藏的驱油效率。而泡沫驱技术将进一步提高油藏的开发效果。在实际应用中，可以通过调整注水参数，使注水量、压力和泡沫浓度等参数与油藏裂缝特征、渗透率等参数相匹配，从而达到最佳的油藏开发效果。例如，使用数学模型或经验公式来优化泡沫驱液的泡沫质量、黏度和表面张力等参数[5]。

3.3 化学驱技术

低渗透裂缝油藏由于渗透率低、油藏非均质性强等特点，传统注水开发方式往往效果不佳，导致油藏开发效率低、采收率低等问题。而化学驱技术作为一种高效的提高采收率的方法，具有独特的优势和应用价值，其通过改变油藏中原有的物理和化学性质，提高油水相互作用的效果，从而达到增加采收率的目的。通过向油藏注入不稳定水溶液，这种不稳定剂在注入后会发生相变，使得油藏中的原油与注水之间产生一定的化学反应，形成微小的气泡，增加油水界面的面积，促进油水分离，从而提高原油的流动性，实现原油的高效开采。

与传统的注水技术相比，化学驱技术具有更高的采收率，尤其是在低渗透裂缝油藏中具有显著的优势。化学驱技术的应用，结合油藏的特点进行合理的参数设计。包括注水量、注入速度、注入压力、注入温度等方面的优化，根据油藏的地质条件、原油性质、水溶液性质等因素设计具体的参数，以达到最佳的化学驱效果。

3.4 压力脉冲技术

压力脉冲技术是一种监测油藏压力的有效手段，通过对油藏内压力的实时监测和分析，可以更好地了解油藏内部的开采状况。压力脉冲技术的应用主要通过改变注水压力和注水时间等参数，引起油藏中的压力变化。这种压力脉冲可以破坏油水界面的张力平衡，改变裂缝油藏中的渗透率分布，增加油水接触面积，促进油的流动，提高采收率，从而提高油水分离效果。在低渗透裂缝油藏中，压力脉冲技术可以通过测量油藏中裂缝的压力变化，实时获取油藏内部原油的流动性和驱替情况。利用压力脉冲技术，可以实现对低渗透裂缝油藏的高效开采。同时，压力脉冲技术可以对油藏内部的压力进行实时监测，为油藏的开发提供重要的参考数据。

此外，压力脉冲技术还可以为油藏的开采提供更精确的预测。通过对油藏内部压力的实时监测和数据分析，可以更准确地预测油藏的开采寿命和产量。这有助于优化油藏的开发方案，提高油藏的开采效率，同时降低开采成本。最后，应用压力脉冲技术在低渗透裂缝油藏中的开采，还可以实现环保、节能的目标。由于不稳定注水技术可以减少原油开采过程中的化学剂使用，从而降低对环境的影响。比如红星油田即采用不稳定注水技术的开采，提高油藏的开采效率10%～20%，降低原油开采成本20%～30%。同时，通过对油藏内部压力的实时监测，可以更好地控制油藏的开采强度，从而实现节能减排。

3.5 水力裂缝技术

水力裂缝技术通过将注水压力维持在临界点附近，使得地层中的水力裂缝得以扩展，从而增加注水通道，提高注水效率，采用水力裂缝技术的低渗透裂缝油藏注水压力比传统注水技术降低了15%～20%。其次，水力裂缝技术通过对注水压力的实时调整，可以实现对裂缝的动态控制，使裂缝得以扩展到最佳尺寸。由于注入液在整个开采过程中保持不稳定状态，裂缝可以自然地保持开放，从而降低了注水压力。这样，既保证了裂缝的稳定性，又避免了裂缝过度扩展导致的资源浪费。在注水过程中，随着裂缝的扩展，地层应力逐渐释放，水力裂缝的闭合速度也随之加快。水利裂缝技术通过对注水压力的实时调整，可以有效延缓裂缝的闭合速度，从而延长裂缝的寿命，提高原油的采收率。

4 结束语

综上所述，不稳定注水技术在低渗透裂缝油藏的开发中取得了显著的成果。通过对不稳定流场的研究和优化，注水效率得到了显著提高，同时也降低了地层损伤和能耗。其中泡沫驱、化学驱、压力脉冲和水力裂缝技术等在低渗透裂缝油藏中通过改变流体流动模式、提高驱油效率、降低地层损伤、降低能耗等方面的创新，为低渗透裂缝油藏的开发带来了显著的成果，实现不稳定流场，从而提高驱油效果，提高了原油采收率，延长了油藏的开发寿命皆为石油工业的可持续发展贡献力量。