分层注水方法进展及展望

陶德硕

（中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院，山东东营 257061）

强非均质储层水井笼统注水时各油层会产生层间干扰现象，表现为高渗层吸水量多，低渗层吸水量少，甚至不吸水，特高含水期层间吸水极不均衡，注水利用率低，开发效果差。分层注水是减缓层间干扰、控制含水上升速度、改善开发效果的技术，利用封隔器将储层物性和开发状况相近油层组合在同一个层段内注水，把差异较大的油层分隔开，再用配水器进行分层按需配水，控制高渗高采出程度油层注水量，加强低渗低采出程度油层注水量，充分挖潜各类油层潜力，实施分层注入的一种注水方式。目前已成为解决特高含水油田开发过程中层间矛盾、提高注水利用率的有效手段。分层注水技术要想实现较好的开发效果，需考虑分层级段数划分及组合方式、分层配注量等参数合理优化。中低含水期分层注水优化主要考虑静态因素，特高含水动态非均质严重，需进一步考虑油藏动态因素。本文系统分析了分层注水层段划分级段数及组合方式、分层配注量等优化方法研究进展，并进一步展望了分层注水优化方法发展趋势。

1 分层注水层段划分及组合优化方法研究进展

分层注水通过优化分层的划分级段数、小层数、渗透率级差、厚度等参数，使纵向动静态性质相近油层组合在同一个层段内注水，实现精细高效注水。

1.1 油藏数值模拟法

针对整装砂岩油藏，早期通过建立具有渗透率差异概念模型，利用油藏数值模拟技术，研究分层注水最优分段数；后来发展到将油藏数值模拟技术和灰色关联法相结合，分析分层注水影响因素与采出程度关系，利用优化系数定量优化分层注水层段划分及组合方式；有学者针对储层非均质特征及开发状况，将油藏数值模拟技术与油藏工程方法结合，深入系统动静结合研究最佳层段组合方式。针对断块油藏，建立水驱油全过程单位体积注入水沿竖直、地层两个方向运移的渗流速度公式。研究表明，断块油藏分层注水效果与绝对渗透率、水相相对渗透率、注入水黏度、压力梯度、注水井启动压力梯度、含水饱和度、地层倾角、油水密度差等相关。针对断块中低渗油藏，研究认为除了考虑渗透率级差、小层数等外，还要考虑油井射开有效厚度，且要避免较厚的低渗层与较薄中高渗层合采。也有学者在油藏数值模拟技术中引入水嘴前后流压和井底流压、地层网格压力互相耦合的分层注水数学模型，为精确模拟分层注水提供依据。

1.2 吸水剖面预法

该类方法利用吸水剖面、分层测试等监测资料，考虑吸水剖面变化的影响因素，量化不同因素影响程度，并选择关键主控因素作为输入参数，以注水井小层相对吸水量作为输出参数，运用支持向量机法、神经网络法、ANFIS模型法、粒子群智能算法等，建立不同井不同时间点吸水剖面演化预测模型，预测不同分层条件下注水井吸水剖面变化，优化评价分层注水措施。如果吸水剖面预测模型计算结果表明吸水剖面分布较为均匀，则确定该分层注水划分方式合理，如果计算结果表明吸水剖面仍然不均匀，则重新划分注水层段，最终达到各油层相对均衡吸水。

1.3 洛伦兹曲线法

考虑分段结构、配水方案和地层物性，确定影响分层注水效果动静态因素，与吸水剖面资料相结合，建立描述单井累计射开砂岩厚度与累计吸水量相关关系的洛仑兹曲线模型，并提出无因次注水强度、油层动用程度和吸水非均衡程度评价等指标，定量评价注水强度、有效动用油层厚度所占比例以及吸水均衡状况，评价不同时间点精细分层注水效果。

2 分层注水层段配注方法研究进展

2.1 支持向量机和神经网络法

将分层注水的分层段数、渗透率变异系数、原油黏度、含水率等作为样本输入参数，无因次增油量为样本输出参数，利用支持向量机法，建立分层注水效果预测模型；进一步有学者考虑储层参数时变影响，分析渗透率、孔隙度、射孔厚度及井间连通系数等对分层注水效果影响，利用BP神经网络方法，建立分层注水层段配注优化调配方法。研究及应用表明，该类方法通过选用合适的学习样本进行回归训练，具有较高的预测精度，考虑影响因素更加全面，可在实际油田中预测分层注水取得较好效果。

2.2 剩余油分布优化法

综合运用油藏工程、油藏数值模拟和最优化理论方法，基于纵向剩余油分布状况，建立分层注水井各油层合理配注量模型。研究表明，剩余油法按需分层配注在特高含水期明显优于厚度法和地层系数法，可实现动态优化分层注水调配，对特高含水油田精细注水、智能注采具有重要指导意义。

2.3 油藏工程分析法

早期通过统计层段孔隙体积、含水率和累计注水量与含水率相关关系，基于均衡驱替，将高含水与低含水层段含水率同时达到98%，以此来确定各层段配注量；进而发展到通过先利用动用程度和孔隙注入倍数之间的关系评价注水动用状况，再利用模糊综合评判方法选取动静态参数组成潜力评价因素集，对注水井分注层段进行模糊综合评价，结合层段评价结果、层段水驱控制程度和射开砂岩厚度确定各层段配注量。进一步发展通过分析措施改造系数、注采井距、射开砂岩厚度、和位置系数等因素对分层注水量劈分影响，采用灰色关联分析法确定它们在劈分系数中权重，确定注水井分层配注量。更进一步，从水驱油渗流理论出发，考虑储层静态因素和开发动态，以各小层出口端含水饱和度相等为目标，基于Buckley-Leverett非活塞式水驱油理论，建立注水井分层配注量计算模型。

3 分层注水优化方法研究展望

分层注水优化方法研究目前主要是从储层静态特征和开发动态特征两方面来考虑，优化分注层段级段数、层段组合方式、分层配注量等，从定性发展到定量，充分结合矿场动态监测资料，既有油藏工程方法，也有油藏数值模拟技术，也有统计理论技术方法，取得了较多成果，并得到了较好的应用。但目前的研究方法与分层注水管柱、测调等分层注水工艺结合比较少；同时只是从注水井分注减缓层间干扰，油井层间干扰并没有考虑，分层注水应用效果受到限制。因此，建议分层注水优方法应紧紧围绕高含水老油田效益开发需求，探索与分层注水工艺、地面配套相结合，结合不同类型油藏地质和开发特点，由分层注水优化向智能注采优化发展；充分利用油藏数据，运用大数据、深度学习等技术，分层注采向人工智能实时优化方向发展。