当油田的天然能量消耗殆尽时，石油的生产就失去了动力。为了继续采集地下的石油资源，人们常用向储层注水的方式为石油储层补充能量。在人们的想象中，最理想的情况是打一口注水井，把水注入地下，使地层压力增加，驱替地下石油向采油井运移，从而油田所有的生产井都能借此恢复能量并重新成为富有活力的优质井。现实情况往往不理想，一口注水井影响的范围相当有限，与波及整个油田的愿望相距甚远。究其原因，主要是注水开发油田存在三大矛盾：平面非均质性、层间非均质性、层内非均质性。对非均质多油层油田进行注水开发，由于各个油层的性质差异，每个油层本身在平面上和层内各段的性质也存在差异，必然导致注入水在层间、平面和层内的不均匀推进。
平面矛盾是指一个油层在平面上由于渗透率高、低不均匀，连通性不佳，井网对油层控制较差，造成注水后同一方向上水线推进快慢不同，发生指进现象，使油层内各区域的压力、含水、产量出现明显差异。
为了描述石油储层的平面非均质性特征，人们关注石油储集体的形状、大小与连续性、连通性等关键性质。石油储集体的几何形态对布井方案的设计影响较大，是决定井网形状的重要因素。各种环境下沉积的石油储集体，其几何形态一般以长宽比分类命名，席状体：长宽比近于1∶1，宽厚比大于1000；土豆状体：长宽比小于3∶1，宽厚比大于100；条带状体：长宽比小于20∶1，宽厚比大于30；鞋带状体：长宽比大于20∶1，宽厚比大于30。不同石油储集体间的连通性对井网设计也有较大影响。连通性是指石油储集体在垂向上和平面上的相互接触连通，用配位数（指与某一个石油储集体连通接触的其他石油储集体数量）、连通程度（指连通部分的面积大小）、连通系数（连通的层数占总层数的百分数）来表示。连通后形成的连通体通常有3种形式，即多边式（侧向上相互连通为主）、多层式（或称叠加式，垂向上相互连通为主）、孤立式（未连通）。连通性对井网设计的影响主要在于井网间的干扰。
层间矛盾是指非均质多油层油田在笼统注水开发过程中，高、中、低渗透层之间，在吸入能力、水线推进速度、地层压力、采油速度、水质状况等方面产生的差异。层间非均质性是造成层间矛盾的内因，是多油层注水开发油田中最为突出的矛盾。层间非均质性是对一套砂、泥岩间互的含油层系的总体描述，包括各种环境的石油储集体在剖面上交互出现的规律性，以及作为隔层的泥质岩类的发育和分布规律等，是决定开发层系、分层开采工艺技术等重大开发战略的依据。一般用分层系数、砂岩厚度系数等数据描述层间非均质性。分层系数指一定层段内砂层的层数，以平均单井钻过砂层数表示。砂岩厚度系数，或称砂岩密度，指剖面上砂岩总厚度与地层总厚度之比，以百分数表示。有时也要考虑各砂层间渗透率非均质程度（指各砂层间渗透率变异系数、渗透率级差、渗透率突进系数等的层间差异）。如果层间差异很小，就可以考虑合并开发，如果层间差异较大，就需要分层分别开发。
层内矛盾是指在同一油层的内部、上下部之间存在差异，其渗透率大小不同，高渗透层中有低渗透条带，低渗透层中存在高渗透条带，注入水在阻力小的高渗透带突进。同时，地下油水黏度、表面张力、岩石表面性质等方面的差异也是形成层内矛盾的因素。层内非均质性是造成层内矛盾的内因，它直接控制和影响一个油层内注入剂波及体积的关键地质因素。层内非均质性通常包括层内垂向上渗透率的差异程度、最高渗透率段所处的位置，层内粒度韵律、渗透率韵律、渗透率的非均质程度以及层内不连续的泥质薄夹层的分布。可分为两大方面：一是层内最高渗透率段所处位置，以及层内各段间渗透率的差异程度；二是储层规模宏观的垂向渗透率和水平渗透率的比值，它们是决定流体垂向串流的重要因素。这两方面所表现的层内非均质性又受控于许多地质特征。如储层内粒度（或渗透率）韵律，即层内碎屑颗粒粒度大小在垂向上的变化，它受沉积环境和沉积方式的控制。粒度韵律有正韵律（底部粗，向上变细）、反韵律（底部细，向上变粗）、复合韵律（即正反韵律的组合）和均质韵律（粒度在垂向上变化无韵律性）四类。而最高渗透率段所处位置通常与粒度韵律密切相关，在设计井网部署方案时一定要明确层内最高渗透率段处于储层的底部、顶部或中部。
储层层内非均质性在油田注水开发过程中影响注入水的波及体积和驱油效率，从而影响水驱采收率的大小。层间及层内非均质性导致注入水在垂向上的推进速度，从而影响注水波及厚度的大小；平面非均质性导致注入水在平面上推进的不均衡性，从而影响注水波及面积的大小。层间、平面及层内非均质性总体上影响注入水波及体积的大小。而孔隙级别的微观非均质性影响注入水对石油的驱扫效率（即驱油效率）的大小。
在油藏注水开发过程中，合理地划分开发层系，优化合理的井网密度，采取分层开采的注采工艺技术，根据注水开发过程中开发动态监测不断进行开发调整，可以最大限度地增加注水波及厚度和波及面积，再配合各种提高驱油效率的强化采油技术，就可以提高油藏水驱采收率。