油藏自流注水开发机理及影响因素分析
苏海洋1，穆龙新1，韩海英1，刘永革2，李波1
【摘 要】摘要：针对自流注水开发现有理论还不够成熟的问题，研究了自流注水需要满足的油藏条件，定义了“自流注水门限压力”的概念，并根据流体力学和油藏工程的基本原理建立了其表达式，提出了自流注水过程中注水量、产油量、水层压力、油层压力、累计注水量和累计产油量等参数的计算方法。根据提出的计算方法编制了相应的计算程序，并运用程序进行了自流注水实例计算和影响因素分析，结果表明，提出的自流注水计算方法原理简单，计算结果合理，能够用于自流注水参数计算；在水油储量比小于60时，自流注水稳产期随水油储量比的增大而延长，采收率随水油储量比的增大而增大，但在水油储量比超过60后，水油储量比的影响不明显；自流注水时机对油田开发稳产期和采收率有重要影响，自流注水时机越晚，地层能量的利用越充分，稳产期越长，采收率也越高。图8参16 【期刊名称】石油勘探与开发 【年(卷),期】2015(042)005 【总页数】6
【关键词】自流注水；开发机理；门限压力；稳产期；采收率；注水时机
0 引言
自流注水是指高压水层的水在压差作用下通过套管自然流入低压油层以保持油藏压力并驱替原油的过程[1]。目前自流注水多用于人工注水前地层能量的适当补充，对于地面水源缺乏的地区如沙漠等也比较适用[2-3]。自流注水技术在国内应用较少，仅在海上平湖油田有过应用先例[4]。国外从20世纪70年代起即
开始这方面的研究，其应用多见于中东地区[5-8]。
关于自流注水的研究多见于应用实践方面的报道，而对自流注水的开发机理缺乏系统的研究。Davies C A等[1]对自流注水注水量的计算方法进行了探讨，但未考虑油井见水后的情况。本文对自流注水机理进行研究，运用油藏工程方法，建立一种描述自流注水过程中油层注水量、产量、油层压力以及水层压力等参数的方法，并对该方法的应用效果进行分析。
1 自流注水开发机理
1.1 自流注水门限压力
自流注水需要在水层和油层之间有足够的压差克服自流注水过程中水层到井筒的产水压差、井筒内的摩擦损失、井筒内的水柱压力以及井筒到油层的注水 压差[9-10]。为了量化这一过程，参考文献[11]的研究成果，笔者定义了“自流注水门限压力”，即通过自流注水能够使油层在设计产量下达到注采平衡所需的水层压力。而油层在设计产量下达到注采平衡所需的注水量称为自流注水门限注水量。根据压力关系，有如下关系式： 水层到井筒的产水压差为： 井筒到油层的注水压差为：
由达西-威斯巴哈公式[12]，井筒内的摩擦损失为： 其中，水力摩擦系数为： 井筒水柱压力为：
将（2）—（6）式带入（1）式可得：
由（7）式即可计算自流注水门限压力。只有水层压力大于自流注水门限压力，油层才可以在满足产液量要求的条件下采用自流注水技术开发。
1.2 自流注水参数计算
油层进行自流注水开发时，自流注水的注水量受水层压力和油层压力的变化所控制，反过来注水量的变化又影响水层压力和油层压力的变化，进而影响油藏的稳产期和采收率，因而注水量的求取很重要。假设在自流注水某一时刻t，油层注水量为qiw，产油量为qo，产水量为qw，水层压力为pw，油层压力为po，由压力关系可得：
同（2）—（7）式的推导过程，可得：
t时刻油层累计注水量、累计产油量、累计产水量分别为： 对于油层，由物质平衡方程可得[13]： 对于水层，由物质平衡方程可得： 油层在定液量条件下生产：
随着自流注水的进行，水层压力不断下降，水层与油层之间的压差随之不断下降，由（9）式可知自流注水的注水量不断下降。当油层注水量低于产液量时，油层开始亏空，油层压力由上升转为下降，当油层压力下降到低于维持油层定液产量的临界压力时，油层转为定井底流压生产，此时油层产液量可以表示为： 临界压力的计算方法为：
油井见水前，有qw=0，Wp=0，qL=qo，油层产液指数为常数。由（9）—（13）、（15）或（16）6个方程可依次求解得到qiw、Wiw、qo、Np、po、pw6个未知量，具体计算程序见图1。
见水时，由Buckley-Leverett水驱油理论可得[14]： 则见水时刻有
由油水相渗曲线数据可求得fw-Sw关系与fw′-Sw关系，进而可求出fw′（Swf）
油藏自流注水开发机理及影响因素分析
