1  前言

陆相砂岩油藏是我国分布最为普遍的油藏类型，具有构造特征复杂、油藏物性和流体性质差异大、储层非均质性强等特点^[1,2]，水驱开发时表现为稳产期短，产量递减快，含水上升快等特征^[1]。目前大部分水驱开发油藏都已经进入中高含水开发期，部分油藏甚至进入了特高含水开发期，面临着严峻的生产形势。尽管油藏水驱开发具有一定的局限性，但它仍然是应用最为广泛和最为成熟的一种油藏开发方式，因此，如何提高砂岩油藏水驱开发效率一直也是研究的重点^[3,4]。

室内水驱油实验是研究油藏水驱规律的最常见手段，主要通过对天然岩心或人工岩心进行多种多样的驱替实验，研究水驱油机理^[5,6]、含水率与驱油效率等参数的变化规律^[7]、影响水驱油效率的主要因素^[8,9,10,11]及油水两相相对渗透率特征^[12]等，研究成果能为油田开发提供指导和依据，也为油水两相渗流的研究提供实验依据。

本次实验拟通过建立实验模型，研究同类实验模型在不同注入速度下，含水率及驱油效率的变化规律，并寻求找到合理的注水速度，以用来指导水驱开发油藏的开发实践。

2  实验方案设计

1.1 实验模型设计

    实验模型采用填砂管，填砂管内壁为磨砂型，防止发生窜流，内部直径3.8mm，长度30mm，充填介质为海滨筛选后的细沙，加入适量水泥和水充分搅拌后充入填砂管，放置一段时间，待水泥充分胶结后放入烘干箱烘干备用。

    本次实验设计了髙渗和低渗两个组合，都是在同一条件下进行充填，确保能够用于实验对比分析。其中髙渗填砂管模型8个，测得孔隙度为38.6%，气测渗透率为686.5×10^-3 μm²；低渗填砂管模型6个，测得孔隙度为21.4%，气测渗透率为42.8×10^-3 μm²。烘干的填砂管注入水后在通过油驱水建立含束缚水的实验模型。实验用油为模拟油，由煤油和脱气原油混合而成，测得其原油粘度为4.7 mPa·s。驱替液为蒸馏水，粘度为1 mPa·s。

1.2 实验方案设计

6个髙渗实验模型和6个低渗模型，分别以1ml/min、2 ml/min、3 ml/min、4 ml/min、6 ml/min、8 ml/min的注入速度进行水驱油实验，并记录在不同注入孔隙体积倍数时，实验模型出口端产出油水的体积，孔隙体积倍数设置值分别为0.25PV、0.5PV、0.75PV、1PV、1.25 PV、1.5 PV、2 PV、2.5 PV、3PV、4PV，共计10个记录点。

3、实验结果分析

3.1 含水率特征

    （1）含水率与注入孔隙体积倍数之间的关系

    根据对实验结果的分析，含水率随注入孔隙体积倍数的变化规律基本一致（图1，图2），即在注入孔隙体积倍数在1倍以前，含水率上升幅度最大，后期趋于平缓，与已有研究的水驱油实验规律一致。但髙渗和低渗样品的变化略有区别，髙渗的6个样品在不同注入速度下，在注入孔隙体积倍数达到2倍以前，注入速度在4ml/min（含）以下的四个实验模型早期含水上升慢，后期上升快，曲线形态呈S形；而注入速度为6ml/min和8ml/min的两个实验模型则呈凸形曲线特征，即早期含水上升速度快，后期上升速度慢。相对而言，低渗6个实验模型的含水上升规律则比较一致。

  图1 髙渗模型含水率与注入孔隙体积倍数之间关系      图2 低渗模型含水率与注入孔隙体积倍数之间关系  

    （2）含水率与注入速度之间的关系

    从含水率与注入速度之间的关系看（图3，图4），髙渗实验模型在0.5-1.5倍注入孔隙体积倍数之间的含水率的变化比较大，表现为两端高，中间低，即注入速度为3ml/min的含水率最低，其它注入速度对应的含水率都要高，并且向两端有逐渐增高的趋势。低渗实验模型则在0.25-1倍注入孔隙体积倍数之间的变化具有此特征。当含水率达到90%附近及以上时，含水率随注入速度的变化特征相差不大。因此早期采用合理的注入速度，控制含水的上升速度，是提高驱油效率的关键。

        图3 髙渗模型含水率与注入速度之间关系            图4 低渗模型含水率与注入速度之间关系  

2.2 水驱油效率

    （1）驱油效率与注入孔隙体积倍数之间的关系

    从驱油效率与注入孔隙体积倍数之间的关系（图5，图6）可以看出，所有14个模型的驱油效率都是随着注入孔隙体积倍数增加而增加的，并且在注入1倍孔隙体积倍数之前，驱油效率上升幅度最大，效果最明显，后期驱油效率的上升幅度则趋于平缓。这些实验结果和规律与前人的研究结果完全一致，反映出水驱油效率变化的一个基本规律。但在不同注入速度下，驱油效率随注入孔隙体积倍数的变化规律并不相同。

  图5 髙渗模型驱油效率与注入孔隙体积倍数之间关系   图6 低渗模型驱油效率与注入孔隙体积倍数之间关系  

    （2）驱油效率与注入速度之间的关系

    图7和图8分别是髙渗和低渗模型的驱油效率与注入速度之间的关系，从图中可以看出，当注入量为同一注入孔隙体积倍数时，各模型的驱油效率并不相同，并且随着注入孔隙倍数的变化而变化。在注入速度为1ml/min的低速时，髙渗的6个实验模型之间驱油效率相差并不大，但当注入孔隙体积倍数达到0.5倍以上时，各模型对应的驱油效率出现了明显的差距，低渗的6个模型其实验结果也一致，说明注入速度的大小对驱油效率具有较大的影响。

    当最终注入孔隙体积倍数达到4倍时，所有实验模型的最终驱油效率差别很大。6个髙渗模型中的最低驱油效率为63.73%，其对应注入速度为1ml/min；最高驱油效率为77.85%，其对应注入速度为4ml/min，平均驱油效率为72.22%。6个低渗模型中的最低驱油效率为46.46%，其对应注入速度为1ml/min；最高驱油效率为54.40%，其对应注入速度为3ml/min，平均驱油效率为50.87%。从图中可以看出，最终驱油效率与注入速度之间的变化关系呈一抛物线特征，即存在一个最大值或最大驱油效率，这个最驱油效率所对应的注入速度就是最佳的注入速度；从髙渗和低渗两类模型看，最高驱油效率对应的注入速度也不一样，表现为渗透率越低，对应的最佳注入速度也越低。

    不同孔隙体积倍数下，最高驱油效率对应的注入速度并不相同。从髙渗模型看，注入量为0.25倍、0.5倍和0.75倍孔隙体积时，驱油效率最高的注入速度为2ml/min，当注入量为1倍、1.25倍，1.5倍和2倍孔隙体积时，驱油效率最高的注入速度为3ml/min，当注入量达到2.5倍、3倍和4倍孔隙体积时，驱油效率最高的注入速度为4ml/min。低渗模型也类似，当注入量为0.25-2.5倍孔隙体积时，驱油效率最高的注入速度为2ml/min，当注入量为3倍和4倍孔隙体积时，驱油效率最高的注入速度为3ml/min。这一现象说明随着注入倍数的增加，在一定的范围内提高注入速度能够增加驱油效率，同时也印证了水驱开发油藏在开发后期可以通过提液、强注强采来改善开发效果。

      图7 髙渗模型驱油效率与注入速度之间关系        图8 低渗模型驱油效率与注入速度之间关系  

4  讨论

通过本次实验及结果分析，在以下两个方面还需要进一步讨论和分析研究：

（1）根据实验结果及分析，同一类型的实验模型，采用不同注入速度，在不同阶段获得的最高驱油效率不一致，说明最佳注入速度并不是唯一的，而是变化的，即在不同注水阶段，最佳注入速度并不相同；另由于实验模型数量的限制，所获得的最佳注入速度也并非是实际的最佳注入速度。在油藏水驱开发实际条件下，储层非均质性、开发方式等条件对开发效果的影响更为直接和突出，因此，如何来确定水驱开发油藏的最佳注入速度并不容易，但通过综合考虑和详细论证，可以确定一个合理注入速度的范围。

（2）在不同注入速度下，驱油效率和含水率的变化并不相同，说明同一类型模型在不同注入速度下的含水上升规律并不相同，也说明油水两相相对渗透率的变化规律存在差异，因此需要进一步研究和讨论油水两相相对渗透率适用性和唯一性的问题。

5  结论

（1）渗透率相同的实验模型，采用不同注水速度进行驱替，最终驱油效率的大小不同。

（2）最终驱油效率与注水速度具有一定的变化关系，即存在一个合理的注水速度，可以达到最高的驱油效率；最高驱油效率对应的注入速度与样品渗透性也有关系，渗透率越低，合理注入速度也越低。

（3）不同注入阶段，对应最大驱油效率的注入速度也不同，并且表现为早期注入速度较小，后期逐渐增大；髙渗样品此特征更为明显。

（4）在合理注水速度范围内，注入速度逐渐增大，能够获得最佳的驱替效果，说明油藏在开发中后期采用强注强采方式能够提高油藏的水驱采收率。

参 考 文 献

[1] 韩大匡, 柏松章, 张亚娟, 等. 多层砂岩油藏开发模式[M]. 北京：石油工业出版社, 2003, 24(2): 76-80.

[2] 朱丽红, 杜庆龙, 姜雪岩, 等.陆相多层砂岩油藏特高含水期三大矛盾特征及对策[J].石油学报, 2015, 36(02):210-216.

[3] 闵田才. 老君庙油田L油藏注水开发效果评价与分析[J]. 石油学报, 1989(01):46-53.

[4] 胡永乐, 王燕灵, 杨思玉, 等. 注水油田高含水后期开发技术方针的调整[J]. 石油学报, 2004, 25(5): 65-69.

[5] 苟燕, 高树生, 彭永灿, 等. 新疆莫北油田水驱油机理与采出程度分析[J]. 大庆石油地质与开发, 2013,32(03):74-78.

[6] 马全华, 孙卫, 吴诗平, 何娟. 层状砂岩油藏提高水驱油效率的对策分析[J]. 西北大学学报(自然科学版), 1999(05):413-416.

[7] 张江, 程信芳, 周庆. 喇、萨、杏油田表外储层水驱油实验研究[J]. 大庆石油地质与开发, 1998(05):29-31+55.

[8] 严衡文, 吕耀明, 徐安新. 马岭低渗油藏孔隙结构对水驱油效率的影响[J]. 石油学报, 1986(02):45-54.

[9] 宗习武, 胡芝云, 张洪恩. 油层水驱油影响因素的室内实验研究[J]. 石油钻采工艺, 1987(01):81-86+88.

[10] 李明军, 马勇新, 杨志兴. 纵向渗透率级差对水驱油特征的影响实验研究[J]. 钻采工艺, 2014,37(05):47-49+9.

[11] 苏玉亮, 李涛. 平面非均质性对特低渗透油藏水驱油规律的影响[J]. 油气地质与采收率, 2009, 16(01):69-71+115-116.

[12] 崔悦, 石京平. 大庆油田表外储层渗流特征实验[J]. 大庆石油地质与开发, 2017, 36(02):69-72.

Experimental Study on Rational Water Injection Rate for Oil Reservoir

Yang Manping, Jiang Lu, Guo Shuxiang, Zheng liming

( Petroleum Engineering Department of Yanshan University, Qinhuangdao, Hebei 066004)

Abstract: An experimental model of water flooding is designed and manufactured, and the high permeability and low permeability models are tested and analyzed respectively. The analysis shows that the oil displacement efficiency is different with different water injection rate in the same permeability experimental model. The ultimate displacement efficiency and water injection rate have a certain relationship, that is, there is a reasonable water injection rate, can achieve the highest displacement efficiency. The injection rate to obtain the highest oil displacement efficiency is also related to the permeability of the sample. The lower the permeability , the lower the reasonable injection rate . In different injection stages, the injection rate corresponding to the highest oil displacement efficiency is different, and the injection rate is smaller in the early stage, and increases gradually in the later stage, and the characteristics of high permeability samples are more obvious. In the reasonable range of water injection rate, the injection rate increases gradually, and the best displacement effect can be obtained. It is indicated that the water flooding recovery of the reservoir can be improved by using the method of strong injection and strong production in the middle and late stage of development. 

Keywords：sandstone reservoir; water drive; injection rate; oil displacement efficiency; permeability