水平井注水技术

水平井注水技术

随着油田逐步进入高含水后期，如何通过注水使油藏获得更大面积的高注水量，实现更快的注水和采油速度，从而提高油田的开发效果，是研究人员所要解决的主要问题之一。1、水平井注水优势分析

众所周知，油田开发采用的常规水驱模式是直井注水，直井采油，每口井周围产生明显的压力降，迫使油水界面变形，水转向生产井后被采出。由于注水井和生产井存在径向流，使大量压力损耗，采收率受到影响。使径向流转为直线流的办法可以有垂直压裂和水平井。过去由于水平井技术尚未成熟，钻井成本十分昂贵，因此人们多采用压裂。随着水平井成本降低到直井的1.5到2倍左右，人们又逐渐将注意力集中在水平井水驱研究上。

水平井水驱采油具有的优势是：①和直井相比，水平井注水时的压力降不会集中在某一点，而是分散在比较长的泄油井段上，压力降较小，油水界面变形也小，井到达油水界面的距离大，所以可以推迟井的突破或使含水量增加缓慢；②水平井与井之间的泄油均匀性可使前缘均匀推进，因此当有多相同时流动时，流度比条件越不利，水平井的优势就越明显；③在低渗透油藏或低渗透层钻水平井，可以提高注水能力及产油能力，减少油藏注入水的补充时间，注水见效早；④在开发中后期老区油田时，钻加密井是改善直井水驱后波及效率的一项有效措施，但是水平井可以通过侧钻、分支钻井等取得比钻加密井更好的效果；⑤在薄层油藏中，水平井注入速度接近于线性注水速度。当地层10英尺厚，水平井流体流动速度是直井的8到10倍。这一优势随地层厚度逐渐削弱，当地层厚度超出300英尺后，水平井的波及效率将低于直井；⑥大井距的条件下，只需用较少井数就可以取得等量或更多的注水量和采油量，快速的注水速度产生显著的经济效益和作业效益。例如，对于一个10英尺厚，井距80英亩的油藏来说，水平井注水速度在和直井注水速度保持一致的条件下，所需压力只是直井的1/10，这就为作业商带来众多便利。但是在小井距的井网中，水平井优势并不十分明显。

2、水平井注水新进展

水平井在水驱开发时可以有四种采油结构：水平井注—直井采、水平井注—水平井采、直井注—直井采、直井注—水平井采。外国一些石油专家通过室内试验，提出了两种模式：直井注-水平井采和水平井注—水平井采，下面将简单介绍这两种模式。

2.1、直井注-水平井采——“水平段（Toe-to-Heel）注水开发新技术”（TTHW）AlexT.Turta 等专家提出了一种新的注水方法——“水平段（Toe-to-Heel）注水开发技术” （TTHW），这一方法的理论基础是“水平段注空气：THAI和CAPRI”，其采用了一口水平生产井和一口垂直注入井。水平生产井的水平井腿位于地层顶部，井趾靠近垂直注入井，垂直注入井在地层下方射孔。该方法使驱油时的重力变得稳定，水/油流动比的重要性降低，其对波及效率的不利影响也被削弱。注入水始终在井趾处突破，含水率逐渐上升。“水平段（Toe-to-Heel）注水开发技术”是一种短距离注水方法，开采轻、稠油油藏（最大粘度2000cp）的效果良好，开发较厚油层的驱替效率也很高。AlexT.Turta的室内模拟研究得出，控制直井比控制水平井更容易。这是因为，即使对于一个均匀的多孔介质来说，水平段压降使液体流过水平井十分困难，压降不仅受到粘滞力的控制，还受到局部、未知力量的影响；而一口较短的直井则可以忽略压降的影响，因此直井注水—水平井采油比水平井注水—直井采油更容易控制流速和直井井底压力，从而改善波及效率，提高采收率。

大庆油田采油八厂也曾做过多个方案，比较水平井注—直井采、水平井注—水平井采、直井注——直井采、直井注—水平井采的开发效果。从内部收益率、采油程度和综合含水曲线可以看出，直井注—水平井采和水平井注—水平井采可行，但是水平井注水的实际操作较难，所以建议采用直井注-水平井采.。

2.2、水平井注-水平井采（两种驱油结构）

上面阐述的“水平段（Toe-to-Heel）注水开发新技术”（TTHW）采用了直井注水——水平井采油。但是由于人们不仅希望注水速度得到改善，还希望对注水过程能有一定的控制，这就促使专家研究水平井注水-水平井采油的模式，以开发轻、重油油藏。数值模拟试验表明，对于一个水平均匀的多孔介质，应用一口水平注水井时，不必遵循传统方案提出的方法，即用多行直井与水平井垂直，而只需布置一行垂直于水平井方向、位于水平井段井趾处的垂直生产井。根据这一发现，AlexT.Turta等专家又提出了以一口水平井代替一行的垂直生产井，在适当条件下用水平井注-水平井采。可以有两种布井结构：长距离驱油结构（平行线性水驱结构：两口水平井平行，井踝成反方向，井趾在一条直线上）和短距离驱油结构（L 型结构：两口水平井垂直，井趾彼此接近）。鉴于水平井对井网十分敏感，专家们还分别研究了这两种驱油结构在不同井网的应用。

①长距离驱油结构（LDOD）：一是直线驱注水，二是交错行列注水，都采用了侧枝长300米的平行水平井。试验采用了度300m3/d的总注水/采油速度，1050天后注入水突破时，波及效率是64.80%，采收率是32.32%，注水井井踝的最大压力是110at，生产井井踝的最小压力是77at。交错行列注水的波及效率是97.84%，采收率是48.02%，注水井井踝的最大压力是107.6at，生产井井踝的最小压力是78at。可以看出，由于注入水趋于从注水井井踝流向生产井井踝，反井网的驱油效率要远远大于直线驱的驱油效率，注水井和生产井处于对角时的波及效率和采油率都比较高。

②短距离驱油结构（SDOD）：第一种结构采用了正方形井网，由两口700米长的注水井和生产井组成，从注水一年后的含水饱和度及压力分布可以看到，水驱前缘没有覆盖注水井水平段的全部长度，也就是说注水井没有发挥出全部能量，流向注水井井趾的水量为零。第二种结构中的水平注水井长200米，水平生产井长850米。从注水一年后的含水饱和度及压力分布可以看到，注水井使更多的水进入到多孔介质中，水首先在生产井的井趾处突破；突破后，含水没有突然增至100%，而只是单调上升。因此，从油田的角度看，短水平注水井-长水平生产井的井网非常实用，它使注入控制变得更加简单。

3、结束语

通过以上两种水平井注水模式的室内试验及现场方案对比，我们可以得出：①水平井注水开发可以取得比直井更好的驱油效果；②垂直井注—水平井采的驱油方法具有降低不利流度比，改善吸水能力等特点，其采收率至少是常规水驱的2倍，常规水驱驱油效果最差时，采用TTHW往往可以取得最好成绩，如开发厚油层、高渗透地层及地层下的高渗透薄层；③在水平井注-水平井采的长距离驱油结构中，由于注水前缘倾向于从注水井井踵流向生产井井踵，且水平段压力损耗使波及效率严重受到液体流动方向的影响，因此AlexT.Turta等专家建议采用反井网；④在水平井注-水平井采的短距离驱油结构中，由于水总是在井趾处突破，建议采用短半径水平井注-长半径水平井采的模式。