视反七点法井网交替注水实施的上半周期, 关闭奇数列注水井, 提高偶数列注水井的注水量, 保证井网交替注水期间整个井组的注水量与井网交替注水之前一致; 降低偶数列生产井的产液量, 同时提升奇数列生产井的产液量, 从而保证井网交替注水期间整个井组的产液量与井网交替注水之前一致。通过调整, 上半周期大部分注入水向奇数列生产井流动, 改变了部分原有流线的方向（见图1a）。如图所示5列4排注采井组, 上半周期内关闭第1、第3、第5列注水井, 提高第2和第4列注水井注入量, 生产井保持全部开井, 并按照调整后的生产参数生产。在这种注水井网下, 注入水将通过第2排第2列和第4列的注水井向周围6口生产井驱替, 形成视反七点法井网。注水井与其正对的两口生产井之间的注采流线仍保持垂直于注水井水平段的方向, 而注水井与其两侧生产井之间则产生与注水井水平段有一定夹角的新注采流线, 从而改变了注采流线方向, 使得原注采井网中水平井跟端或趾端未能动用的剩余油受到了较好的波及。

图1

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	图1 视反七点法井网交替注采流线示意图

在视反七点法井网周期性交替注水实施的下半周期, 关闭偶数列注水井, 提高奇数列注水井的注水量, 降低奇数列生产井的产液量, 提升偶数列生产井的产液量, 保证井网交替注水期间整个井组的注水量和产液量与井网交替注水前一致。如图1b所示的5列4排注采井组, 关闭第2、第4列注水井, 重新开启之前停注的第1、第3、第5列注水井, 并调整注水井的注入量和生产井的产液量。在下半周期, 第2排第3列的注水井对应周围6口生产井, 仍形成视反七点法井网。开启的注水井与其正对的两口生产井之间的注采流线仍垂直于水平井水平段方向, 但注水井与两侧采油井的流线方向与上半周期的流线方向相比发生了明显改变。例如第1列井排与第2列井排之间, 在上半周期内注入水由右向左驱替; 而在下半周期内, 注入水由左向右驱替, 使得同一区域在同一个交替注采周期受到两个不同方向的注水流线驱替。这种注水策略在保证剩余油得到充分持续驱替的同时, 还能避免注入水沿同一个通道长期冲刷形成优势通道, 避免注入水在地层内无效循环, 从而进一步提高水驱效率。

井网交替注水按照上述步骤调整参数进行周期性循环, 同时跟踪评价井网交替注水效果, 如果连续3个周期开发效果比原先线性井网注采的开发预测效果差, 则停止井网周期交替注水, 改回之前的线性井网注水方式。具体实施时上下半周期可以调换顺序。

视五点法井网交替注水的上半周期, 关闭奇数列注水井和偶数列生产井; 下半周期关闭偶数列注水井和奇数列的生产井, 同时重新开启奇数列注水井和偶数列生产井, 以达到五点法注采井网的开发效果（见图2）。整个周期内, 提高单井的注水量和产液量, 同时保证整个井组的注采比仍保持与井网交替注水之前一致。通过调整, 改变了注入水流线方向, 由于与注水井正对的生产井均关闭, 注入水将流向两侧生产井, 注水井和生产井之间不再存在垂直于注水井水平段方向的注采流线, 而是产生了新的斜向流线, 此时流体的流动方向与各水平井水平段之间均有一定夹角, 原线性水平井井网注采井间剩余油滞留区也得到了较好的驱替。在这种注水井网下, 每1口注水井的注入水将向周围4口生产井驱替, 形成视五点法井网。视五点法交替注采井网将原来正对线性井网的注采井距拉大, 延缓了水平井含水率上升速度, 同一区域同一周期也受到两个不同方向的注水流线驱替。

图2

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	图2 视五点法井网交替注采流线示意图

井网周期性差异化交替注水是通过周期性地调整注水井注入量和生产井产液量来实现的。井网周期性差异化交替注水实施的上半周期, 提高偶数列注水井的注水量, 降低奇数列注水井的注水量, 同时提高奇数列采油井的产液量, 降低偶数列采油井的产液量; 在下半周期, 提高奇数列注水井的注水量, 降低偶数列注水井的注水量, 同时提高偶数列采油井的产液量, 降低奇数列采油井的产液量。参数调整后, 整个井组的注水量和产液量仍维持与井网交替前一致。调整后的注采井网流线形式具有视反七点井网和正对线性井网联合注采的流线效果（见图3）。同一区域同一周期受到两个不同方向的注水流线驱替, 达到了改变液流方向的效果。

图3

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	图3 井网周期性差异化交替注采流线示意图

井网交替注水通过周期性、差异化地调整注采井的开关、注水井的注水强度和采油井采液强度, 改变原线性正对井网固定的注采流线方向。3种不同型式交替注采井网的适应性和优缺点如下所述。

视反七点法井网交替注水在实施过程中生产井不关井, 且总产液量维持与交替前一致, 因此交替后产量有保障。但是由于需要关闭一半的注水井, 同时大幅度提高另一半开井注水井的注水量, 因此对注水井的注水能力要求较高。另外, 大幅度提高开井注水井的注水量后, 如果注水井与正对生产井存在优势通道, 生产井快速水淹的可能性大幅增加, 一定程度上限制了交替注水的效果。

视五点法井网交替注水在注采井之间形成了斜向流线, 解决了视反七点法井网中存在正对垂向流线可能导致的快速水淹问题, 因此视五点法井网交替注水实施后井组的含水率一般会明显降低, 理论上讲其含水率降低幅度要大于视反七点法井网交替注水的降低幅度。同时该井网对注采井注采参数的调整幅度小于视反七点法井网, 任何油藏都可以实施。但由于视五点法井网交替注水时要关掉一半的注水井和生产井, 当含水率降低所增加的产量无法弥补关井造成的产量损失时, 短期内将对整个井组的产量造成一定影响, 特别是生产井产液量无法按要求提升时, 这一问题将更为突出。

周期性差异化交替注水避免了视反七点法井网注水井正对的生产井快速水淹和视五点法井网短期内产量损失的可能性, 且该交替型式对注采井的参数调整幅度最低, 任何油藏都可以实施。但正由于仅对注采参数进行周期性的小幅度调整, 使得注采井间的流线变化相对弱于前两种井网型式。

平面波及系数是衡量不同型式注采井组平面水驱效果的重要指标。对于均匀单层油藏, 平面波及系数定义为该层内井组水淹面积与井组控制面积的比值。取不同交替井网的1/4注采单元为研究对象, 建立平面直角坐标系（见图4）, 第一象限内阴影部分为该注采单元整个注水周期的最大波及面积。根据积分学原理, 视五点法和视反七点法交替井网1/4注采单元的最大波及面积计算公式分别为：

${{S}_{5spot}}=\left( L+{{d}_{1}} \right){{d}_{2}}-2\left\{ \mathop{\int }_{{{x}_{1}}}^{{{x}_{a}}}{{\varphi }_{1}}\left( x \right)dx+\mathop{\int }_{{{x}_{a}}}^{{{x}_{2}}}{{\varphi }_{3}}\left( x \right)dx+\mathop{\int }_{{{x}_{b}}}^{{{x}_{3}}}\left[ {{\varphi }_{1}}\left( x \right)-{{\varphi }_{4}}\left( x \right) \right]dx \right\}$ （1）

${{S}_{7spot}}=\left( L+{{d}_{1}} \right){{d}_{2}}-\left| {{d}_{1}}{{d}_{2}}-2\left\{ \mathop{\int }_{{{x}_{1}}}^{{{x}_{a}}}\left[ {{\varphi }_{3}}\left( x \right)-{{\varphi }_{5}}\left( x \right) \right]dx+\mathop{\int }_{{{x}_{1}}}^{{{x}_{b}}}\left[ {{\varphi }_{5}}\left( x \right)-{{\varphi }_{1}}\left( x \right) \right]dx \right\} \right|$ （2）

图4

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	图4 不同交替井网四分之一注采单元整个注水周期内平面波及情况示意图

对于周期性差异化交替注水井网, 存在两种情形。当周期性调整注采量导致的流场扰动较大时, 该井网产生的斜向流线能够波及到邻近的生产井（见图4c）; 而当流场扰动较小时, 该井网产生的斜向流线波及范围有限, 难以波及邻近生产井（见图4d）。两种情形下周期性差异化交替井网1/4注采单元的最大波及面积计算公式分别为：

${{S}_{cyclic, 1}}=\left( L+{{d}_{1}} \right){{d}_{2}}-4\mathop{\int }_{{{x}_{1}}}^{{{x}_{a}}}{{\varphi }_{1}}\left( x \right)dx$ （3）

${{S}_{cyclic, 2}}=\left( L+{{d}_{1}} \right){{d}_{2}}-\left| \left( {{x}_{\text{b}}}-{{x}_{\text{a}}} \right){{d}_{2}}+2\left[ \mathop{\int }_{{{x}_{1}}}^{{{x}_{a}}}{{\varphi }_{1}}\left( x \right)dx+\mathop{\int }_{{{x}_{b}}}^{{{x}_{2}}}{{\varphi }_{3}}\left( x \right)dx \right] \right|$ （4）

由此可得各交替井网平面波及系数的计算公式分别为：

${{E}_{5spot}}=1-\frac{2\left\{ \mathop{\int }_{{{x}_{1}}}^{{{x}_{a}}}{{\varphi }_{1}}\left( x \right)dx+\mathop{\int }_{{{x}_{a}}}^{{{x}_{2}}}{{\varphi }_{3}}\left( x \right)dx+\mathop{\int }_{{{x}_{b}}}^{{{x}_{3}}}\left[ {{\varphi }_{1}}\left( x \right)-{{\varphi }_{4}}\left( x \right) \right]dx \right\}}{\left( L+{{d}_{1}} \right){{d}_{2}}}$ （5）

${{E}_{7spot}}=1-\frac{\left| {{d}_{1}}{{d}_{2}}-2\left\{ \mathop{\int }_{{{x}_{1}}}^{{{x}_{a}}}\left[ {{\varphi }_{3}}\left( x \right)-{{\varphi }_{5}}\left( x \right) \right]dx+\mathop{\int }_{{{x}_{1}}}^{{{x}_{b}}}\left[ {{\varphi }_{5}}\left( x \right)-{{\varphi }_{1}}\left( x \right) \right]dx \right\} \right|}{\left( L+{{d}_{1}} \right){{d}_{2}}}$ （6）

${{E}_{cyclic, 1}}=\frac{\left( L+{{d}_{1}} \right){{d}_{2}}-4\mathop{\int }_{{{x}_{1}}}^{{{x}_{a}}}{{\varphi }_{1}}\left( x \right)dx}{\left( L+{{d}_{1}} \right){{d}_{2}}}$ （7）

${{E}_{cyclic, 2}}=1-\frac{\left| \left( {{x}_{b}}-{{x}_{\mathrm{a}}} \right){{d}_{2}}+2\left[ \mathop{\int }_{{{x}_{1}}}^{{{x}_{\text{a}}}}{{\varphi }_{1}}\left( x \right)dx+\mathop{\int }_{{{x}_{b}}}^{{{x}_{2}}}{{\varphi }_{3}}\left( x \right)dx \right] \right|}{\left( L+{{d}_{1}} \right){{d}_{2}}}$ （8）

应用以上公式分别计算了中东M油田线性正对井网、视反七点法交替井网、视五点法交替井网、周期性差异化交替井网流场扰动小和流场扰动大的理论平面最大波及系数, 分别为85.31%, 90.25%, 90.38%, 86.03%和98.74%。相比线性正对注采井网, 3种型式的交替井网均有效扩大了波及系数, 其中视反七点法和视五点法交替注水井网平面波及系数均增加约5%, 周期性差异化交替注水井网理论平面波及系数与注采量调整大小幅度有关, 其平面波及系数增长达0.72~13.4个百分点。需要指出的是, 理论公式得到的计算值代表均质油藏的平面波及情况, 具有一定的普适性, 反映了不同井网交替型式的一般波及状况及改善效果。

综上所述, 周期性差异化交替注水最容易实施, 调整幅度最小; 视反七点法井网交替注水周期性关闭注水井, 对开井注水井注入能力要求高, 调整幅度中等; 视五点法井网交替注水对注采井均进行周期性开关, 调整幅度大, 预期含水率降低幅度最大, 但由于需关闭一半采油井, 短期内井组产量可能会降低。

视反七点法井网交替注水试验井组共包括2排8口生产井和1排4口注水井, 各生产井含水率均高于60%。实施井网交替注水的交替周期为60 d, 由于注水井间歇开启, 单井注水配注量为原注水量的2倍左右。该井组自2018年5月开始实施交替注水, 注水后日产油量先增大后减小, 最大增幅约30%; 综合含水率初期下降明显, 最高降低15个百分点以上, 稳油控水效果明显（见图9）。实施半年后, 因注水井无法达到配注量要求, 导致地层压力下降, 井组产量开始下降, 2019年2月停止试验, 改为原线性正对井网后产液量明显恢复、含水率明显下降。由此可见, 当井网交替注水改为线性正对井网注采后, 由于流线再次发生改变, 也会改变液流方向, 起到稳油控水的作用。

图9

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	图9 视反七点法井网交替注水试验井组开发曲线

另外, 选择了3排15口生产井和2排10口注水井高含水井组先后进行了周期性差异化交替注水和视五点法交替注水试验。该井组由于生产井生产层位附近普遍发育高渗透条带, 前期注入水沿高渗透通道向生产井快速窜进, 导致井组采出程度仅15.3%, 含水率高达73.6%, 具有很大的调整潜力。设计该井组周期性差异化交替注水阶段交替循环周期为60 d, 上下两个半周期内不同列注水井的注入量分别调整为约原注入量的1.5倍和0.5倍, 不同列生产井的产液量分别调整为约原产液量的1.2倍和0.8倍。该井组于2020年1月开始实施交替注采2个周期, 与2020年1月相比, 平均单井日产油最高增加15.89 m³, 含水率降低最高达11个百分点, 控水稳油效果明显（见图10）。2020年5月该井组转为视五点法交替注水, 周期为30~40 d, 上下两个半周期内开井注水井注入量均调整为原注入量的1.5倍, 开井生产井产液量调整为原产液量的1.2倍。实施2个周期的视五点法交替注水试验, 与2020年5月相比, 平均单井日产油最高增加23.84 m³, 含水率最高降低18个百分点。从试验结果可以看出, 视五点法含水率降低幅度大、单井日增油幅度大, 同时相比视反七点法井网交替注水, 对注水井配注量要求较低, 从而保证油藏压力稳定, 试验效果最好。这与典型区块模拟结果的认识也一致, 即视五点法井网交替注水型式对强非均质性、尤其高— 特高含水期开发阶段的物性中等偏好的油藏适应性最好。

图10

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	图10 周期性差异化和视五点法交替注水试验井组开发曲线

对比试验井组所有单井交替注水前后开发效果发现, 交替注水效果受水平注采井AB点轨迹方向即注采井A点距离远近影响较大, 其中A点为水平井水平段靠近造斜段处, 即跟端, 注水强度相对较大; B点为水平井水平段远离造斜段处, 即趾端, 注水强度相对较弱（见图11）。M油田水平生产井AB点主要为自西往东方向, 水平注水井AB点方向正好相反, 主要为自东往西方向, 但也存在一部分井的AB点方向不同的情况。而油水井AB点轨迹方向的不同, 将造成井网周期性交替注水的上、下周期注采井水平段A点的距离不同。以两种极端情况为例, 距离最远时超过两口井的水平段长度（见图11a）, 距离最近时仅超过排距或井距（见图11b）。

图11

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	图11 不同油水井轨迹下交替后的注采井间A点距离示意图

试验井组含水率变化规律显示, 当交替后注采井水平段A点的距离较远时, 降水效果更明显（见图12）。主要由于水平井的趾端效应使得跟部更易吸水和产液, 交替后注采井A点距离较近时不利于扩大水驱波及体积。因此, 可以通过进一步优化交替井网的注采对应关系, 使得交替后注采井A点距离尽可能远, 从而提高降水增油效果。

图12

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	图12 交替后注采井间不同A点距离下含水率变化曲线