油田开发设计基础课件

第三章油田开发设计基础,第一节油田开发设计概论第二节油藏驱动方式及其开采特征第三节开发层系与注水开发方式第四节水驱开发指标概算第五节油田开发综合调整,第一节油田开发设计概论,对于具有工业开采价值的油田，依据详探成果和必要的生产性开发试验，在综合研究的基础上，按照国民经济发展对原油生产的要求，从油田的实际情况和生产规律出发，制订出合理的开发方案并对油田进行建设和投产，使油田按预定的生产能力和经济效果长期生产，直至开发结束的全过程。,油田开发,第一节油田开发设计概论,开发方案的调整和完善,一个油田的正规开发一般要经历三个阶段：,开发前的准备阶段,开发设计和投产,详探,开发试验,油层研究和评价,全面布置开发井,制订和实施完井方案、注采方案,(开发方案的制订和实施),工艺技术措施调整,井网层系调整,开发方式调整,一、油田开发准备,油田开发准备阶段的主要目的：,第一节油田开发设计概论,（一）、油田详探,含油层系岩石和流体物性研究、工艺技术实施的模拟实验等。,地质研究工作,以含油层系为基础的地质研究、储油层的构造特征研究、油水分布关系分析、分区分层组的储量计算等,开发工程技术研究,包括油井生产能力和动态研究、油层边界的性质研究以及油层天然能量、驱动类型和压力系统确定、合理工艺技术和油层改造措施研究等。,室内实验研究,详探阶段的主要任务,详探主要是通过地震细测等有关手段来认识油藏,第一节油田开发设计概论,（二）、油田生产试验区和开发试验,验证正式开发过程中所采取措施和决策的正确性与完善性。,目的：,选择应具有代表性的试验区，通过生产实践和综合研究，充分认识油藏地质情况，掌握其生产的动态规律。,试验区的选取原则：,代表性,独立性,第一节油田开发设计概论,第一节油田开发设计概论,二、油田开发方案设计,根据油田地质、地理等客观条件以及国民经济发展的需要和技术及经济可行性而编制的一整套开发油田的原则、办法和要求。它是对一个要进行开发的油田制订出使油田投入长期和正式生产的一个总体部署和设计，是决定原油从油层流到生产井井底并采出地面的各种条件的综合。,油田开发方案,第一节油田开发设计概论,开发方案的主要内容,油田概况,位置、交通、水文、经济,油藏描述,构造、地层、流体、储量,开发层系、方式、井网、速度、指标预测、方案优选,钻井、采油、地面设计,实施要求,油藏工程设计,第一节油田开发设计概论,开发基本原则,(1)在油田客观条件允许的条件下，满足国民经济对原油生产的要求；,(2)充分利用油田天然能量资源，保证获得较高的采收率；,(3)油田要长期稳产、高产；,(4)经济效益好；,开发油田的出发点,第一节油田开发设计概论,二、油田开发程序,油田开发程序是指把从油田勘探到投入开发的过程分成几个阶段，合理安排钻井程序、尽可能用较少的井，取得对油田较好的认识。,（一）大型油气田合理开发程序,1、开辟生产试验区，认识油田的基本特点2、加密钻探，重点掌握主力油层的地质规律3、部署基础井网，开发主力油层，认识其他油层4、先钻井后定注采井别，合理有效地开发稳定油层,第一节油田开发设计概论,（二）断块油气田合理开发程序,1.断块油气田特点,主要受断层控制、断层多，含油层系多、单套层系在全油田不能连片含油、主力含油层系突出、不同区块含油层系不同、油藏特征差异大（岩石、流体物性、驱动类型）,2.断块油气田合理开发程序,（1）精细地震详查（2）评价性详探（3）详探与开发结合，开发主力含油层系（4）持续滚动勘探开发,晋93断块,第一节油田开发设计概论,特点：勘探开发交叉并举，滚动进行开发。1）设计原则:先富后贫、先高产后低产、先简单后复杂2）滚动开发工作要求：与勘探结合3）滚动开发基本工作程序整体部署、分步实施、及时调整、逐步完善；4）层系与井网：A1km2划分层系，正规井网。APb开采特征,1、弹性驱动(elasticdrive),适用于：封闭油藏、断块油藏，一般油藏在地饱压差比较大的开发前期（应该注意油藏岩石物性的改变）。在海上油田和复杂地貌及注水条件差的地方采用。,第二节油藏驱动方式及其开采特征,定义：对于低于饱和压力油藏依靠分离出的溶解气的膨胀作用为主要驱油动力的驱油方式机理：溶解气分离膨胀驱油形成条件：无边底水无气顶PPb,Rp不变P稍低于Pb溶解气开始分离，但没有达到可流动状态，滞留在孔隙中，RpRsiP继续降低气相连续可流动，且阻力小，气量急剧上升；油粘度增加，产量下降迅速，RpP降至较低水平,维持油气生产的压差降低，产气量最终降低，故Rp达到峰值后降低,第二节油藏驱动方式及其开采特征,青海冷湖油田1958年投入开发，采用溶解气驱动，到1984年地层累积亏空1355万方。,大港油田西区两个断块油藏，边水不活跃，地饱压差比较小0.58Mpa，1970年8月投入开发，采用溶解气驱动，开发2月后生产气油比从21方/吨上升到134方/吨。三年半后80%的油井停喷。1974年4月开始注水，1975年底恢复到原始地层压力。,生产控制措施,及时关闭高生产气油比的生产井，降低采油速度，实现均衡开采，或者转入注水开发。但是注水以后，即使地层压力得到恢复，地层原油的粘度由于脱气的原因而逐渐增大，降低最终的开发效果。,第二节油藏驱动方式及其开采特征,3、水压驱动（waterdrive）,定义：驱动能量主要来自与油藏相连通的外部水体时的驱动方式分类：刚性水驱（边底水体积大、连通性好）和弹性水驱（边底水不够充足，注水速度采油速度）,1)刚性水驱形成条件：油层与边水或底水相连通；水层有露头，且存在着良好的供水水源，与油层的高差也较大；油水层都具有良好的渗透性；油水区之间连通性较好。或者注水开发当注采比为1时;无气顶生产特征：P、Ql、Rp不变，水侵到油井后Qo降低，fw,第二节油藏驱动方式及其开采特征,2)弹性水驱形成条件：有底水，但不活跃无气顶人工注水时注水速度小于采液速度开采特征：油藏压力不断降低速度慢日产油量见水前缓慢下降，见水后降低迅速，液量逐渐下降，生产气油比不变见水后，含水迅速上升,第二节油藏驱动方式及其开采特征,当水体比较大时，在油藏的开发初期都要采用天然能量进行开发，在开发的中后期由于注水不及时就会形成弹性水压驱动。例如孤岛油田中一区，在75年前后进行强采试验，注采比小于1，弹性能量发挥了很大的作用，甚至部分区域出现了溶解气驱动的特征。,第二节油藏驱动方式及其开采特征,定义：主要依靠气顶的膨胀能作为驱油动力的驱动方式分类：刚性气驱(大气顶、人工注气)和弹性气驱（气顶中等）,4、气压驱动（gascapdrive）,1）刚性气驱：形成条件：有良好的气源供给，气顶压力不变，或者注气保持压力。无边底水，无人工注水，地层压力等于饱和压力。生产特征：P、Q和Rp基本保持不变当油气边界移至油井，Qo上升(混合物密度下降，流压下降)，油井开始气侵，则气油比增加。,第二节油藏驱动方式及其开采特征,应当指出：由于气顶驱的油藏油层压力等于饱和压力，油井生产时的井底压力小于饱和压力，因此溶解气驱的作用是不可避免的。油藏真正处于气驱动条件是采油井形成的压力降传到油气边界之后。,第二节油藏驱动方式及其开采特征,定义：依靠自身重力将原油泄流到井底的驱油方式。形成条件：开发末期，油层倾角大、厚度大、渗透性好。说明：重力作用在整个开采过程中到处都存在，但与其他能量相比时，它所起的作用不大。作用较弱，只有到末期，其他驱动力都变得很微弱时，重力才显示出它的主要作用。,5、重力驱动(gravitydrive),油藏压力逐渐降低瞬时生产气油比基本不变，很小基本处于无水采油期日产油量在油气界面没有达到井底射孔部位时不变，以后逐渐降低,第二节油藏驱动方式及其开采特征,第三章油田开发设计基础,第一节油田开发设计概论第二节油藏驱动方式及其开采特征第三节开发层系与注水开发方式第四节水驱开发指标概算第五节油田开发综合调整,第三节开发层系与注水开发方式,油层的非均质性是影响多油层开发部署和开发效果的最重要的因素。合理地划分与组合开发层系是从开发部署上解决多油层油田层状非均质性的基本措施。,涠洲121油田油藏剖面图,孤东油田63+4厚油层,多油层非均质性特点1储油层性质之间的差别2各层油水关系的差别3各层间天然能量驱动方式的差别4各油层油气水的性质、压力的差别,一、划分开发层系的意义,1合理地划分开发层系有利于充分发挥各类油层的作用,高低渗透率层在一起开采，高渗透层含水上升快，形成水窜，造成地层中过早的出现水流的大孔道，降低注水利用率，使开发效果变差，还可能形成层间倒灌。层间矛盾的出现，使各个层系的吸水能力、产液能力等都发生了变化，油藏开发层系的划分的目的就是将各个层系的能量充分的发挥，实现均衡开采，减少层间的干扰。,第三节开发层系与注水开发方式,2采油工艺技术的发展水平要求进行层系划分,3.高速高效开发油田的要求,地层的层系如果太多太长，采用一套井网不能完全控制，开采速度不能提高，采用多套层系能够提高开发的速度，缩短开发时间。,4.开发部署和生产规划的要求,5.提高注水波及范围，提高最终采收率的要求。,开发层系井网套数,部署井网,注采方式,地面规划,第三节开发层系与注水开发方式,二、划分开发层系的原则,划分开发层系，就是要把特征相近的油层合在一起，用一套生产井网单独开采。,（1）把特性相近的油层组合在同一开发层系内，以保证各油层对注水方式和井网具有共同的适应性，减少开采过程中的层间矛盾。（2）一个独立的开发层系应具有一定的储量，以保证油田满足一定的采油速度，并具有较长的稳产时间和达到较好的经济指标。（3）各开发层系间必须具有良好的隔层，以便在注水开发条件下，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，油层的构造形态、油水边界、压力系统和原油物性应比较接近。,第三节开发层系与注水开发方式,（5）在分层开采工艺所能解决的范围内，开发层系不宜划分得过细，充分发挥工艺措施的作用，少钻井，既便于管理，又减少建设工作，提高经济效果。（6）多油层油田当具有下列地质特征时，不能够用一套开发层系开发：a储层岩性和特性差别较大，因为渗透率的差异程度是影响多油层油田开发效果的根本原因。b油气的物理化学性质不同。如原油粘度的差别，将造成注水开发时油水流度比差别大、使得油井过早见水，无水采油期短；C油层的压力系统和驱动方式不同；d油层的层数太多，含油层段过大。,第三节开发层系与注水开发方式,三.划分开发层系的一般方法1.从研究油砂体入手，对油层性质进行全面的分析与评价(1)要研究油砂体的形态、延伸方向、厚度变化、面积大小、连通状况等，还要研究油砂体的渗透率、孔隙度、含油饱和度，以及其中所含流体的分布和物性。(2)对各油层组(或砂岩组)中的油砂体进行分类排队并作出评价，研究每一个油层组(或砂岩组)内不同渗透率的油砂体所占的储量百分数；不同分布面积的油砂体所占储量百分数；不同延伸长度的油砂体所占百分数。通过此分类研究，掌握不同的油层组、砂岩组或单油层的特点和差异程度，为层系划分提供静态地质依据。2.进行单层开发动态分析，为合理划分层系提供生产实践依据通过在油井中进行分层试油、测试，具体了解各小层的产液性质、产量大小、地层压力状况、各小层的采油指数等，也可模拟不同的组合，分采、合采，为划分和组合开发层系提供动态依据。,第三节开发层系与注水开发方式,3.确定划分开发层系的基本单元并对隔层进行研究划分开发层系的基本单元是指大体上符合一个开发层系基本条件的油层组、砂岩组或单油层。先确定基本单元，再根据每个单元的油层性质组合开发层系。划分开发层系时，必须同时考虑隔层条件，在碎屑岩含油层系内，除去泥岩外，具有一定厚度的砂泥质过渡岩类亦可作为隔层。4.综合对比选择层系划分与组合的最优方案对同一油田，可提出数个不尽相同的层系划分方案。通过计算各种组合下的开发指标，综合对比，选择最优方案。主要衡量技术指标是：(1)不同层系组合所能控制的储量；(2)不同层系组合所能达到的采油速度，井的生产能力和低产井所占的百分数；(3)不同层系组合的无水采收率；(4)不同层系组合的投资消耗、投资效果等经济指标。,第三节开发层系与注水开发方式,四、油田注水时间,驱动方式可以进行有目的的干预和控制，故选择注水时间或时机实际上是选择转换油藏驱动方式的时间影响因素：油藏天然能量大小(边底水和气顶)、地饱压差(反映弹性能量大小)分类：早期注水，晚期注水，中期注水。,第三节开发层系与注水开发方式,五、油田注水方式,油田注水方式就是指注水井在油藏中所处的部位和注水井与生产井之间的排列关系。注水方式主要有边缘注水、切割注水、面积注水三种。,1.边缘注水,定义：就是把注水井按一定的形式布署在油水过渡带附近进行注水。适用条件：油田面积不大，中小型油田，油藏构造比较完整；油层分布比较稳定。含油边界位置清楚；外部和内部连通性好，油层流动系数（kh/）高，特别是注水井的边缘地区要有好的吸水能力，保证压力有效地传播，水线均匀地推进。,第三节开发层系与注水开发方式,边内注水,边外注水,边上注水,第三节开发层系与注水开发方式,优点：油水界面比较完整，水线移动均匀，逐步由外向油藏内部推进，因此控制较容易，无水采收率和低含水采收率较高。局限性：注入水的利用率不高，一部分注入水向边外四周扩散；由于能够受到注水井排有效影响的生产井排数不多于三排，产量比一般为5:2:1因此对较大的油田，其构造顶部的井往往得不到注入水的能量补充，形成低压带，在顶部区域易出现弹性驱或溶解气驱。在这种情况下，仅仅依靠边缘注水就不够了，应该采用边缘注水并辅以顶部点状注水方式开采，或采用环状注水方式。,第三节开发层系与注水开发方式,2.边内切割注水,定义：利用注水井排将油藏切割成为若干区块，每个区块可以看成是一个独立的开发单元，分区进行开发和调整，这种布井形式称为切割注水或行列切割注水。,适用条件：油层大面积稳定分布且具有一定的延伸长度；在切割区内，注水井排与生产井排间要有好的连通性；油层渗透率较高，具有较高的流动系数。,奇数井排，一般为3-5排,第三节开发层系与注水开发方式,优点：可以根据油田的地质特征来选择切割井排的最佳切割方向和切割区的宽度；可以优先开采高产地带，使产量很快达到设计要求；根据对油藏地质特征新的认识，可以便于修改和调整原来的注水方式。切割区内的储量能一次全部动用，提高采油速度，这种注水方式能减少注入水的外逸。,第三节开发层系与注水开发方式,局限性：不能很好地适应油层的非均质性，对于平面非均质性强的油田，注水效率低；注水井间干扰大，使吸水能力大幅度降低；行列注水方式是多排开采，中间井排由于受到第一排井的遮挡作用，注水受效程度明显变差；在注水井排两侧的开发区内，油层压力不总是一致，其地质条件也不相同，因此有可能出现区间不平衡,增加平面矛盾。,大庆油田面积大，延伸性好，对渗透率较高的很大一部分层系采用了行列切割注水方式。,切割注水，选择切割方向时要注意地层中是否存在断层以及裂缝，如果存在切割方向如何匹配？,第三节开发层系与注水开发方式,3.面积注水,定义：是指将注水井和油井按一定的几何形状和密度均匀地布置在整个开发区上进行注水和采油的系统。,适用条件：油层分布不规则，延伸性差；油层渗透性差，流动系数低；油田面积大，但构造不完整，断层分布复杂；面积注水方式亦适用于油田后期强化开采。对于油层具备切割注水或其他注水方式，但要求达到更高的采油速度时，也可以考虑采用面积注水方式。,第三节开发层系与注水开发方式,分类：根据油井和注水井相互位置的不同，面积注水可分为四点法、五点法、七点法、九点法面积注水以及直线排状系统等。命名：注水井为中心的井组冠以“反”字，采油井为中心的冠以“正”字或省略,特征参数：生产井数与注水井数比m；每口注水井的控制面积单元F；在正方形和三角形井网条件下井网的钻井密度S（每口井的控制面积）。井距(wellspacing)a同一井排上,第三节开发层系与注水开发方式,1）正方形井网,I-直线排状系统：注、采井排相间，井距与排距可不等。-五点系统：油、水井均匀分布，油井在注水井正方形中心。适于强注强采。反九点系统：角井、边井。九点系统：,第三节开发层系与注水开发方式,直线排状系统：井排中井距与排距可以不等。切割注水与行列注水（排状注水）,直线排状：,m1：1；F2a2；S=a2,第三节开发层系与注水开发方式,反五点井网和正五点井网是相同的。,五点井网：,m=1：1；F=2a2；S=a2,适合于强注强采的井网,第三节开发层系与注水开发方式,反九点井网：,m=3：1；F=4a2；S=a2。,开发初期采用，注采井数比少，便于调整,第三节开发层系与注水开发方式,正九点井网：,m1：3；F1.333a2；Sa2。,开发后期采用，可以提液,第三节开发层系与注水开发方式,反方七点（歪四点）,m2：1；F3a2；Sa2,注水井的井点构成三角形，生产井布于三角形中心，即生产井构成歪六边形。,第三节开发层系与注水开发方式,方七点（反歪四点）,m1：2；F1.298a2；S0.866a2。,注水井构成歪六边形，生产井在中心。,第三节开发层系与注水开发方式,九点法,m=1:3F=4/3a2S=a2,第三节开发层系与注水开发方式,2）三角形井网I-反七点（正四点）系统：-七点系统：-交错排状系统：、是各种蜂窝状注采系统，在某些情况下，可采用该注水方式。,第三节开发层系与注水开发方式,反七点（正四点）,m2：1；F2.598a2；S0.866a2,水井位置构成正三角形，中心为油井，而生产井构成正六边形，水井在中心。,第三节开发层系与注水开发方式,七点井网(反四点）,m1：2；F1.299a2；S0.866a2。,注水单元为正六边形，水井布于六个顶点，生产井布于中央。,第三节开发层系与注水开发方式,交错排状注水井网,m1：1；F1.732a2；S0.866a2,注采井排相间，注水井与生产井呈交错排列状布井。,第三节开发层系与注水开发方式,采注井数比及采油井数的计算,正n点井网：,其中：N基本单元的所有井数,反n点井网：,基本单元中涉及的采油井数：n=2(m+1),一个注采单元的面积：,对三角形井网：S0.866a2；对正方形井网：Sa2,第三节开发层系与注水开发方式,概念：单位面积上的总井数或者单井控制的面积。分油井井网密度和总密度。合理注采井网：有较高的水驱控制程度；适应差油层的渗流特点，有一定的采油速度(涉及国民经济发展)；有一定的单井控制储量；有较高的经济效益(井深、钻井成本)。,六、井网部署,井网部署包括井网排列形式和井网密度。井网形式按上面的做法进行，下面简单介绍有关井网密度的概念,第三节开发层系与注水开发方式,对于非均质油藏来说，井网密度越大，采出程度越高，但是经济效益不一定好。,随开发程度的加深，井网密度越来越密。,第三节开发层系与注水开发方式,第三章油田开发设计基础,第一节油田开发设计概论第二节油藏驱动方式及其开采特征第三节开发层系与注水开发方式第四节水驱开发指标概算第五节油田开发综合调整,第四节水驱开发指标概算,开发指标及相关概念,日产水平和日产能力日产水平是指油田实际产量的大小日产能力是指现有工艺条件下最大可能的采油量二者的差别在于日产水平是由于生产事故、操作不当、计划不周等原因或偶发事件而实际上没有发挥最大生产能力,开发指标：能够表征油田开发状况的数据,第四节水驱开发指标概算,采油速度年产油量占地质储量的百分数如大庆长垣N=40108t，年产油量Np=5500104t，则采油速度v=1.3%，目前在递减。采油速度与国民经济发展需要有关，宏观上，国家总体上平均v=1.5%，各油田可能不同剩余储量的采油速度注采比注入水的地下体积与采出流体的地下体积之比分为：瞬时和累积,第四节水驱开发指标概算,采出程度累积采油量占地质储量的百分比，油田停止开采时的采出程度(或最大采出程度)为采收率可采储量的采出程度含水率日产水量与日产液量之比含水上升率月(年)含水上升率=月(年)末含水率-月(年)初含水率每采出1%地质储量(单位采出程度)时的含水率上升值,第四节水驱开发指标概算,注水利用率注入水存留于地下的百分数,第三章油田开发设计基础,第一节油田开发设计概论第二节油藏驱动方式及其开采特征第三节开发层系与注水开发方式第四节水驱开发指标概算第五节油田开发综合调整,背景：在开发过程中为了改善开发效果，适应地下变化的情况，必须对油层施加人为作用，各种人为作用统称为油田开发调整。认识程度增加；适应不断变化的动态过程油藏参数的不确定性：由于人们对油藏参数的认识手段和认识程度上的局限性，使得模型中的参数与真实值相差较大，并非指参数是不可测的或虚拟的而可以随意