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低渗透油田超前注水时机的研究 王立军，魏林丽 东北石油大学石油工程学院，大庆 中国 邮箱：wlj196464@163.com 2011年1月6日收到，2011年3月17日修改，2011年4月22日接受 摘要：由于低渗透油藏在渗流过程中存在启动压力，所以必须使地层压力保持在一定水平。超前注水可以使地层处于较高的压力水平，保持较高的压力梯度，是一种较为有效的方法对于开发低渗透油藏。我们根据超前注水机理和低渗透油藏多孔介质渗流理论建立了一个考虑启动压力梯度的渗流模型；当以恒定速度注水时，该模型可以确定任意时刻地层的压力分布。当低渗透油藏采用超前注水技术时，可利用该模型确定超前注水时机。而且，模型计算结果与数值模拟结果相符合，这表明该渗流模型可以使用。 关键词：超前注水，注水时机，油藏压力，启动压力梯度 1.引言 超前注水技术是一种非常有效的方法对于开发低渗透油藏和特低渗透油藏，超前注水可以及时的补充地层能量、提高地层压力、维持一个较高的产油量、降低油井含水量【1-7】。此外，超前注水还可以阻止原油性能变差、有效地保证原油渗流通道的畅通、增大注入水的波及体积【8-10】。在采用超前注水技术开发低渗透油藏和特低渗透油藏过程中，合理注水时机和极限注水时机是一个普遍的技术难点。目前，超前注水技术参数，例如：地层压力保持水平、注氺压力、累计注水量、注水强度、注水时机等都是通过数值模拟技术【11-13】来确定的；但是，数值模拟需要大量的数据和工作量；而且早期油藏地质描述可能不完整，所以可能导致模拟结果出现错误。我们建立的数学模型考虑到了低渗透油藏的不稳定渗流和压力梯度，并且可以确定地层压力分布。采用该数学模型，可以确定地层压力与注水量之间的关系、优化注水量和注水时机，进而明确油井和水井之间的压力分布和油井产量。然而，通过该数学模型确立的两井之间的压力分布与数值模拟的结果也是相符的。 2.超前注水的机理 超前注水是一种非常有效的方法对于开发低渗透油藏，特别是对于水驱油田的发展具有重要的意义。超前注水具有以下几个优点【14-16】： 1）低渗透油藏和裂缝性油藏存在流固耦合效应，并且裂缝系统和孔隙吼道存在压敏效应，通常为非达西渗流。采用超前注水技术，可以将地层压力保持在一定水平，使地层压力梯度高于启动压力梯度【2】。总之，超前注水可以建立有效的压力驱替系统，使低渗透油藏和裂缝性油藏跟有效的开发。 2）超前注水是在油井投产之前通过注水井向地层中注水，因此没有打破地层原有的压力平衡系统；注入水可以从注氺井底均匀地向油井井底驱替原油，增大了注入水的波及体积和驱替效率。在油井投产时，地层压力高于原始地层压力，因此可以改善原油脱气、原油物理性质例如粘度、密度等变化，有利于原油在油藏中渗流。 3）一般来说，低渗透油藏存在压力敏感现象。在实施同步注水和滞后注水过程中，由于不能及时补充地层能量，都可能使地层压力下降，导致天然裂缝闭合、孔隙度减小、渗透率降低。一但对地层造成渗透率伤害，在通过补充地层能量来恢复，是很难见效的，即储层渗透率伤害是一个不可逆的过程。采用超前注水技术，提前补充地层能量，避免压力下降造成储层渗透率伤害，提高注入水的波及体积和驱替效率。 3.低渗透油藏不稳定渗流数学模型 考虑到启动压力梯度的渗流数学模型如下： （1） 原始条件： （2） 边界条件： （3） 式中：井底压力，；油层厚度，；半径，；井筒半径，；边界压力，；启动压力梯度，；流体粘度，；渗透率，。 根据上面的数学模型，可得如下压力分布公式： （4） 式中：流动规律中的驱替边界需要计算；为了求出，我们仅考虑一口水井连续注水情况。 当一口注水井连续注水时，是连续的。考虑启动压力的条件下，根据物质平衡方程： （5） （6） 通过计算可以得到运动方程： （7） 将内边界条件，，代入（4）中，可得井底压力公式： （8） 通过实验的方法，可以获得驱替外部边界，然后根据上述模型可以获得任意时刻油藏压力分布。 4.渗流模型在低渗透油田超前注水中的应用 某一个低渗透油藏，给出如下基本参数如表1。 表1 基本参数 基本参数 数值 单位