中国石油大学油藏工程

第二篇油田开发 实际油田千差万别 没有统一的开发模式 在地质 物理模型基础上 通过综合研究评价对比 目的 寻求油藏最佳开发开采方式 第一章编制油田开发方案的原则 是在详探和生产试验 试采 的基础上 经过充分研究以后 使油田投入长期和正式生产的一个总体部署和设计 一 油田开发方针 总方针应考虑如下几方面的关系 采油速度 油田地下能量的利用和补充 采收率的大小 稳产年限 经济效果 工艺技术 环境保护 二 油田开发原则 应对以下几方面的问题作出具体规定 规定采油速度和稳产期限 规定开采方式和注水方式 确定开发层系 确定开发步骤 部署 确定合理的布井原则 确定合理的采油工艺技术和增注措施 基础井网生产井网及射孔方案注采方案 可采储量 t 稳产年限 年 1 108 10 5000 1048 10 1000 1046 8 500 104 5 3 采油速度和稳产年限要求 V年 1 2 地质储量or 3 4 可采储量 一 开发方式选择开发方式选择与油藏类型有关 但应当考虑到油田的自然环境和当地的经济发展现状 十类油藏或十类开发模式 第二章油田开发方式确定 1 中 高渗透多层砂岩油藏 2 低渗透砂岩油藏 3 气顶油藏 4 底水油藏 5 裂缝性层状砂岩油藏 6 砾岩油藏 7 高凝油 高含蜡及析蜡温度高的油藏 8 凝析气藏 带油环的凝析气藏及带凝析气顶的油藏 9 碳酸盐岩及变质岩 岩浆岩油藏 10 重油油藏 二 油田驱动方式的选择 是指油层在开采过程中主要依靠那一种 驱动方式选择与油藏类型 油藏能量及其补充方式 各种驱动方式下的生产特征有关 既要考虑到油田的自然环境和当地的经济发展现状 又要考虑到合理利用与保持地层能量 压力 和地下资源 能量来驱油 5种天然能量 2种人工补充能量 各种驱动类型 方式 实现条件 刚性水 气压驱动 P地 Constant弹性驱动 P地 Pb 无水源 P地降至Pb 刚 弹性水压驱动 P地 Pb 有水源 P地降至Pb 气压驱动 P地 Pb P地下降 伴随有溶解气驱 溶解气驱动 P地 Pb 无水源 水压混气驱动 P地 Pb 有水源 但P地下降 重力驱动 PZS1 PZS2 原油重力是驱油动力 选择驱动方式的意义可以确定 1 合理的开发方式和布井方案2 合理的采油速度及单井工作制度 以便充分发挥有效的驱动能量 3 控制油藏的动态 使之始终向着高效的驱动方式转化 提高采收率 论证某一具体油田驱动方式的方法 1 研究天然能量及地质条件 例如边水能量研究 边水水体大小 几何形态连通性 有无断层遮挡 岩性变化 kh k 状况油层压力下降 边水侵入量大小 2 分析论证天然能量能否满足采油速度的要求3 如何转化为高效的驱动方式 驱动方式的选择原则 既要合理地利用天然能量 又要有效地保持油藏能量 以满足国家对开采速度和稳产时间的要求 各种驱动类型及其开采特征 1 水压驱动2 气压驱动3 溶解气驱4 重力驱动 复合驱动 1 复杂油藏动态 2 复合驱动油藏 结论 高效的驱动方式为水压驱动气顶气驱或人工注气 三 开发层系的划分与组合 由一些独立的 上下有良好隔层 油层性质相近 驱动方式相近 具有一定储量和生产能力的油层组合而成 用独立的一套井网开发 是一个最基本的开发单元 合理的划分开发层系的目的意义 4条 1 有利于充分发挥各类油层的作用 这是因为 1 高K层与低K层合采时 则低K层的油流阻力过大 生产能力受限制 导致采液不均衡 2 高K层与低K层合注时 则低K层的水流阻力过大 吸水能力受限制 导致吸水不均衡 K高 K低 3 5垂向波及系数低 最终采收率低 3 低压层和高压层合采 则低压层往往不出油 甚至高压层的油有可能窜入低压层 4 各层K P不均衡 高K层多为水驱见效层 P高 在采油井内水会窜入较低P层段 造成地层永久性伤害 加剧层间矛盾 2 提高油田的采油速度 缩短开发时间3 适应采油工艺技术的发展水平要求4 是部署井网和规划生产设施的基础 划分原则 6条 1 同一层系内各油层的性质相近 目的 保证各油层对注水方式和井网具有共同的适应性 减小开采过程中的层间矛盾 表现在 沉积条件相近 渗透率相近 油层的分布面积接近 层内非均质程度相近 渗透率级差 突进系数 渗透率变异系数 毛管压力曲线 2 一个独立的开发层系应具有一定的储量 应具有一定的厚度 岩性致密 分布稳定连续 3 各开发层系间必须具有良好的隔层 目的 保证达到较好的技术经济指标 目的 保证在注水开发的条件下 层系间能严格地分开 确保层系间不发生串通和干扰 4 同一开发层系内油层构造形态 油水边界 压力系统和原油物性应比较接近 5 应考虑当前的采油工艺技术水平及适应性 在分层开采工艺所能解决的范围内 应避免划分过细的开发层系 6 同一油田相邻油层尽可能组合在一起 应避免将下列层组合在同一开发层系内岩性和特性差异很大油气的物理化学性质不同油层的压力系统和驱动方式不同油层的层数太多 含油井段过长 四 油田的注水方式选择 1 目的意义 6条 1 天然能量难以满足油田高产 稳产和较高采收率开发的需要 表现在 天然能量作用的时间和范围有限发挥不均衡 初期大 但很快递减不能适应油田较高采油速度及长期稳产的要求 2 水源和水的处理在一般油田不成问题 3 注水施工容易 且水柱可产生较大的静水柱压力 4 水在油层具有较好的流动性和扩散性 5 用水驱油效率较高 6 注水能满足油田高产 稳产和较高采收率的需要 使油层保持较高的压力 使油田能较长时间自喷 注水效果较差的三类油藏 1 油层渗透率低于20mD的油藏 即使原油的粘度较低 2 水敏性矿物含量较高的油藏 3 稠油油田油藏 2 注水时机选择 3种 应考虑三方面的影响 1 原油物性 主要是原油粘度 与压力相互影响程度 2 地层的天然能量大小 3 注水时的压力降程度 1 早期注水 2 晚期注水 3 中期注水 1 早期注水适用条件 地饱压差小的高饱和油藏 优点 P地 Pb 生产压差调整余地大 高产 稳产时间长 自喷开采期较长 原油性质好 缺点 初期注水工程投资大 投资回收期较长 注水时机 0 P地 Pb Pb 0 1 2 晚期注水一次采油达到经济极限时注水 优点 初期投资少 原油成本低 投资回收期短 缺点 原油性质变差 油气水三相流动 油相流动阻力增大 稳产和自喷开采期短 3 中期注水介于早 晚期注水时间之间 地层压力可能低于饱和压力 适用条件 地饱压差大和异常高压的油藏 优点 采收率较高 缺点 同 2 注水时机 0 8 0 85P静 P静 静水柱压力 3 注水方式 4种 注水井在油藏中所处的部位及注水井与生产井之间的排列关系 1 边缘注水 2 切割注水 3 面积注水 4 点状注水 1 边缘注水 注水井排位于构造上油水边缘附近的等高线上 优点 注水井排与油水边缘平行 易控制水线且水线向油区均匀推进 驱油动态较好 采收率较高 缺点 受效井排少 注入水容易外溢 适用条件 油田面积不大 构造比较完整 油层稳定 边部和内部连通性好 油层的流动系数较高 钻注水井的边缘地区要有较好的吸水能力 以保证压力的有效传播 使油田内部受到良好的注水效果 三种方式 1 缘外注水 注水井分布在外含油边界以外 适用条件 含水区的渗透率较高 含水区与含油区之间 不存在低渗透带或断层 2 缘上注水 注水井排布在含油外缘上 3 缘内注水 注水井布置在内含油边界以内 边缘注水 三种方式 外内外内外内 缘外注水 缘上注水 缘内注水 开发实例 前苏联的巴夫雷油田 油田面积80km2平均有效渗透率600mD油层比较均匀 稳定 边水活跃采用边外注水方式后 油层压力稳定在14至15MPa 注水后的五年内原油日产量基本上没有波动 年采油速度达到6 2 切割注水 概念 注水井排将油藏分割成若干个相对独立的较小单元 每一块面积 切割区 可以看作是一个独立的开发单元 可以进行独立的开发和调整 优点 可根据油田具体的地质情况 构造形态 选择切割井排形式 方向和距离 井网具有可调性 可先开采物性好的高产地带 切割区内生产井排受效较好 缺点 不能很好适应油层在平面上的非均质性 注水井排两侧的地质条件不一致 会出现区与区之间的不平衡 注水井间干扰大 吸水能力降低 内排与外排生产井受效不均衡 1 适用条件油层大面积分布 油层要有一定的延伸长度 切割区内布置的生产井和注水井有较好的连通性 油层具有一定的流动系数 2 论证内容裂缝的主要方位 渗透率的方向性 切割距大小 生产井排数 井距 排距大小 切割距 切割区的宽度 即两排注水井之间的距离 切割注水的类型横切割 沿构造短轴方向切割纵切割 沿构造长轴方向切割 环状切割 如中心切割链状切割 其它切割 中心腰部边缘切割 链状切割 切割单元含3或5排生产井 切割注水的实施步骤排液 在注水井排 清除注水井井底周围油层的污染物 在井底周围附近造成低压带 拉水线 在注水井排上 一口井排液 一口井注水 使注水井排上首先形成水线 全面注水 将排液井改为注水井 开发实例 1 前苏联的罗马什金油田 边内切割注水 2 美国的克利 斯莱德油田 200km2 初期依靠弹性能量开采溶解气驱 切割注水 3 中国的大庆油田 油田面积大 一些好油层储量大 延伸长 油层物性好 占储量80 96 以上的油砂体可延伸3 2km 因此 采用较大的切割距和排距的边内切割早期注水 开发效果好 3 面积注水 概念 是将注水井按一定几何形状和一定的密度均匀地布置在整个开发区上 实质是把油层分割成许多更小的单元 适用条件 1 油层分布不规则 延伸性差 多呈透镜状分布 因为用切割注水不能控制多数油层 2 油层的渗透性差 流动系数低 3 油田面积大 构造不够完整 断层分布复杂 4 适用于油田开发后期的强化采油 以提高采收率 5 油层具有切割注水或其它注水方式 但要求达到更高的采油速度 开发特点 1 采油速度高 但生产见水时间早 原因是 所有生产井均可受到注水井的直接影响 一口生产井多方向受注水井的影响 注水井到生产井距离较近 吸水能力好 产液能力高 2 可调性差 井网的命名 1 以注水井为中心 包括周围的生产井而构成的注水单元来命名 该单元中有几口井就称为正几点井网 美国用此命名法 2 以生产井为中心 包括周围的注水井而构成的单元来命名 前苏联和中国油田采用 3 反井网 注水井和生产井位置调换而得的井网 面积注水 几种基本的 注采井网及性质 正对式排状注采井网 直线排状注采井网 交错排状注采井网四点井网五点井网七点井网九点井网 井网要求注采井数比 ni np 水动力场图 A 正对式排状注采井网 1 钻成井网要求 正 长 方形 2 注采井数比为1 11口注水井将影响2口生产井1口生产井将受到2口注水井的影响 3 水动力场图 几种基本的注采井网及性质 井网控制单元 最小流动单元 等压线 流线 正对式排状注采井网 注水井 生产井 B 交错排状注采井网 1 钻成井网要求 正 长 方形 2 注采井数比为1 11口注水井将影响4口生产井1口生产井将受到4口注水井的影响 3 水动力场图 井网控制单元 最小流动单元 等压线 流线 交错排状注采井网 C 四点井网 1 钻成井网要求 等边三角形 2 注采井数比为1 21口注水井将影响6口生产井1口生产井将受到3口注水井的影响 3 1 12单元水动力场图 井网控制单元 最小流动单元 等压线 流线 四点注采井网 D 五点井网 1 钻成井网要求 正方形 2 注采井数比为1 11口注水井将影响4口生产井1口生产井将受到4口注水井的影响 3 水动力场图 可简化为背对背的两个径向流 五点井网的水动力场图与交错排状注采井网相似 但井网属于正方形井网 排距 井距 1 2 为强注强采的注水开采方式 E 七点井网 反四点井网 1 钻成井网要求 等边三角形 2 注采井数比为2 11口注水井将影响3口生产井1口生产井将受到6口注水井的影响 3 1 6单元水动力场图 七点井网的水动力场图与四点井网相似 但注水井与生产井全部换位 排距 井距 1 2 F 九点与反九点井网 1 钻成井网要求 正方形 2 注采井数比为3 1或1 3不能用前面的思路推导 3 水动力场图 排液或注水坑道 井附近的平面径向流 4 点状注水 根据需要 局部强化注水 4 各注采井网的面积波及系数 1 当流度比为1时 不同注采井网在见水时的面积波及系数 五点七点四点正对式交错式九点72 37474557554 各注采井网的面积波及系数 EP 2 流度比对Ep的影响 活塞式驱动时 非活塞式驱动时 流度比对Epbt的影响情况分析五点井网七点井网九点井网 2 流度比对Ep的影响 不同井网波及系数与流度比关系曲线 分析 M增加 在稳定驱替条件下 Epbt趋于一极限值 五点法Epbt趋于0 508 七点法0 590 九点法0 371 M从1增加到10时 Epbt降低很快 当M进一步增加时 Epbt递减速度减慢 正方形的Epbt低于三角形井网的Epbt 另外 见水后继续注水 Ep可继续增大 但随着注入倍数的增加 其驱替效率也越来越低 例如对于5点系统 当M 1时 注入倍数从0 3 0 4时 Ep增加10 5 而当从0 9 1 0时 Ep仅增加1 注入孔隙体积倍数VD Vp 1 Swc Sor 结论 M增加 Ep下降 M1 不利的流度比 油田的注水方式选择 5 选择注水方式的原则 1 与油藏的地质特征相适应 渗透率 裂缝方向性 断层等构造形态 能获得较高的水驱控制程度 连通面积和储量 2 波及体积大 驱替效果好 不仅连通层数和厚度要大 而且多向连通的井层要多 3 满足一定的采油速度和稳产年限的要求 在所确定的注水方式下 注水量可以达到注采平衡 4 建立合理的压力系统 使油层压力维持在原始地层压力附近且高于饱和压力 5 便于后期调整 6 影响注水方式选择的因素 1 油层分布状况对于分布面积大 形态比较规则的油层 采用边内行列注水或面积注水 都能达到较高的控制程度 2 油田构造大小与断层 裂缝的发育状况例如 大庆油田北部的萨尔图构造 面积大 倾角小 边水不活跃 对其主力油层从萨北到杏北大都采用行列注水方式 在杏四至六区东部 由于断层影响 采用七点法面积注水方式 位于三肇凹陷的朝阳沟油田 由于断层裂缝发育 各段块采用九点法面积注水 3 油层及流体的物理性质对于物性差的低渗透油层 一般都选用井网较密的面积注水方式 同时还必须考虑流体的物理性质 因为它是影响注水能力的重要因素 大庆油田的喇 萨 杏纯油区 虽然注水方式和井网部署多种多样 但原油性质较差的油水过渡带的注水方式却比较单一 主要是七点法面积注水 4 油田的注水能力及强化开采情况注水方式是在开发初期确定的 适应于中低含水阶段 油田进入高含水阶段 采油方式的转变 生产压差增大了几倍 采液量大幅度增加 为维持地层压力 必须增加注水强度 改变或调整原来的注水方式 例如 对于行列注水方式 可以通过切割区的加密调整 转变为面积注水方式 7 影响注采井网选择的因素 注采井数比要适当 既具有一定的注水能力和生产能力 又具有较好的经济效益 面积波及系数要高 具有可调整性 可调整性要好 根据地层渗透率的方向性 裂缝的方向布井 8 研究合理注水方式的方法 1 钻基础井网 2 物理模拟和数值模拟相结合 3 开展不同的注水先导试验 五 油田开发井网部署 1 井网研究 2 基础井网及其研究 3 油田开发布井方案 油田开发井网部署 井网研究 1 井网研究 1 井网部署中研究的三个问题 布井方式 已有较成熟的意见 注水方式 井网密度 先期采用稀井网 后期加密 一次布井与多次布井 多倾向于多次布井 井网密度 口 km2 井网指数 驱油效率 最终采收率 苏联人提出 显然 井网越密 则井网对油层的控制程度越高 采收率愈高 对实现全油田的高产 稳产是愈有利 但井网越密 成本愈高 能受到天然水驱或人工注入水驱动的储量与地质储量的比值 三种储量概念 连通储量 在注水井和采油井互相连通的储层中的地质储量 形成完整注采系统 不连通地质储量 只存在采油井中 或注水井未射孔 的那部分地质储量 损失储量 只存在注水井中 或采油井未射孔 的那部分地质储量 形不成注采系统 2 井网密度 合理井网密度 极限井网密度A 井网密度 是油田开发的重要数据 涉及到油田开发指标的计算和经济效益的评价 对于一个固定的井网来说 井网密度的大小与井距大小和井网的形式 三角形或正方形 有关 表示方法 a 平均单井控制的开发面积 km2 井 b 平均每平方千米开发面积所占有的井数 井 km2 B 合理密度 油田开发的总利润为最大时的井网密度 C 极限井网密度 油田开发的总利润为零时的井网密度 3 油藏井网密度计算采液吸水指数法在保持注采平衡的条件下 根据稳产期采液速 单井平均采液指数 准吸水指数及注采井底流压 按照合理油水井数比的原则 可确定出所需要的油井数及总井数 进而计算相应的井网密度 合理采液速度法根据地质和流体物性 计算在一定生产压差下 满足合理采油速度要求所需要的油水井总数 进而计算相应的井网密度 规定单井产能法根据采油速度和油井的单井产能 计算所需要的油井数 进而计算相应的井网密度 油井综合利用率 注采平衡法在一定的注采比的条件下 根据采油速度和含水率 计算所需要的注水井数 进而计算相应的井网密度 单井控制储量法该方法利用总地质储量除以常规试井计算出的单井控制储量 确定出所需要的油井数 从而获得合适的井网密度 4 井网评价方法实际井网评价方法研究不同井网密度和各种开发调整等措施对水驱控制程度的影响 在油田开发过程中 其井网密度通常改变几次 随一 二次井网的加密 井网对水驱控制程度不断提高 对其进行评价 分油砂体法是一中 种统计方法 所需参数易得 结果较准确 该方法主要分析不同井网密度 井距 对水驱控制程度的影响 5 实例分析前苏联的罗马什金油田一个区的井距与储量损失关系 井距为2000米时 储量损失10 井距为1000米时 储量损失5 6 井网密度与其它因素的关系地层物性及非均质性对于K高的油层 由于单井产能较高 泄油范围较大 井网密度可适当稀些 原油物性 原油粘度 通常高粘油藏 采用密井网 因为当原油粘度一定时 在同一采出程度下 井网越密 原油的含水率越低 原油粘度越大 影响越明显 油层埋藏深度浅层井网可适当密些 深层则要稀些 开采方式与注水方式强化注水开发方式的油田 井距可适当放大些 而靠天然能量开发的油田 井距可小些 合理布井方式和井网密度总原则 以提高采收率和经济效益为目标 并力争较高的采油速度和较长的稳产时间 衡量尺度 1 最大限度地适应油层分布状况 控制住较多的储量 2 充分受到注水影响 达到规定的采油速度和较长的稳产期 3 布井方式有较高的波及系数 合理的注采平衡 4 有利于后期的调整 5 因物性不同 合理布井要求不同 分区块确定井网密度 6 实施的布井方案要求采油工艺先进 切实可行 7 良好的经济效果 7 确定井网密度要考虑的几个关系A 井网密度与水驱控制程度的关系 水驱控制储量是制约最终采收率的重要因素 使最终采收率达到50 水驱控制储量至少达到70 加大井网密度 可提高水驱控制储量 B 井网密度与井间干扰的关系 不应使加密井造成的井间干扰与加密井提高的可采储量收益相抵消 C 井网密度与最终采收率的关系 经验公式 D 井网密度与采油速度的关系E 井网密度与经济效益的关系 考虑加密井所投入的资金与增加可采储量的资金之间的关系 2 基础井网及其研究 是指在全面布置各层系开发井网之初 先选定一个分布稳定 产能高 有一定储量 并具有独立开发条件的油层 以此作为主要开发对象 布置它的正规开发井网 控制层系80 以上的储量 基础井网的要求 基础井网的开发对象必须满足的条件 1 油层分布稳定 形态易于掌握 2 基础井网能控制该层系80 以上储量 3 上下有良好的隔层 确保开发层系能独立开发 4 有足够的储量 具备单独布井和开发的条件 5 油层渗透性好 油井有一定的生产能力 任务 利用基础井网对本开发区的地质情况作进一步深入研究 全面解剖 在此基础上全面布置各层系的开发井网 重点 对油砂体的研究 基础井网及其研究 重点 对油砂体的研究 分油砂体进行解剖 分类 排队 深刻认识油层的分布规律 油砂体分析的主要内容 1 油砂体的延伸长度 分布面积及它们与控制储量的关系 2 油砂体的平均渗透率及其与控制储量的关系 井网密度 口 km2 井网控制程度 80 3 油田开发布井方案 是油田开发设计中最主要的方案 综合运用详探 开发试验及基础井网等多方面资料的基础上 立足于本油田的实际地质情况 生产实践经验和室内试验等结果 确定出的适合于本油田的开发方式 层系划分 注水方式和井网布置