油藏工程基础

1、油藏工程基础一、油藏的驱动方式及开采特征：1、弹性驱动-油藏无边水或底水，又无气顶，且原始油层压力高于饱和压力时，随着油层压力的下降，依靠油层岩石和流体弹性膨胀能驱油的方式。一般为封闭油藏和断块油藏。2、溶解气驱-在弹性驱阶段，当油层压力下降到低于饱和压力时，随着油层压力的进一步降低，原处于溶解状态的气体将分离出来，气泡的膨胀能将原油驱向井底。其弹性能主要来自气泡的膨胀，而不是来自液体和岩石的膨胀。在开采过程中，随着井底流压的急剧下降，井底附近严重脱气，油层孔隙中很快形成混合流动，随着压力的进一步降低，逸出的气体增加。由于气体的流度大于原油的流度，气体抢先流入井底，使驱油的动力很快丧失。同时，

2、原油中的溶解气逸出后原油的粘度增加，使流度进一步恶化。表现为生产气油比急剧上升，当能量极大的消耗后生产气油比很快下降，同时产量下降。3、水压驱动-当油藏与外部的水体相连通时，油藏开采后由于压力下降，使其周围水体中的水流入油藏进行补给。分刚性水驱和弹性水驱。刚性水驱是以油藏压力基本保持不变为其特征，驱动能量主要是边水的重力作用，水侵量完全补偿了采液量，总压降越大采液量越大。形成条件是：油层与边水或底水连通性较好，有良好的供水水源，油水层有良好的渗透性。通常也将注水开发看成刚性水驱（当注采比等于1时）。油藏进入稳产期，由于有充足的边水、底水或注入水，能量消耗得到及时补充，压力基本保持不变。当边水、

3、底水或注入水推至油井后，油井开始见水，含水不断增加，产油量开始下降，但产液量可保持不变。弹性水驱主要依靠含油区和含水区压力降低而释放的弹性能量进行开采。当压降范围扩大到水体边界后，没有充足的能量供给，整个水动力学系统将呈现拟稳态流动，整个系统的压力降落与采液量的增加成正比关系，直到油层压力低于饱和压力而转为溶解气驱为主。形成条件是：有边水或底水，但活跃程度不能弥补采液量，人工注水的注水速度小于采液速度开发看成刚性水驱。即使在刚性水驱的油藏，在开发初期不可避免地出现一个弹性驱动阶段。4、气压驱动-当油藏存在一个较大的气顶，从油藏中采出的油量由气顶中气体的膨胀而得到补充。气压驱动时或多或少地伴随着

4、一定程度的溶解气驱，但主要的驱动力是气顶的膨胀能。分刚性气驱和弹性气驱。刚性气驱是在人工向地层（或气顶）注气，注入量足以使开采过程中油层压力保持稳定时才出现，但如果气顶体积比含油区大得多，使开采过程中油层压力基本保持不变或下降很小是可视为刚性气驱。开采特征与刚性水驱相似。弹性气驱是气压驱没有外来补给，随着采液量的不断增加，气顶压力不断下降，油井无法保持稳产，产量缓慢递减。同时随着油层压力的下降，从原油中分离出一部分溶解气，使开采过程中气油比逐步上升。弹性气驱油藏开采到一定阶段将会转化到溶解气驱。5、重力驱动-靠原油自身的重力将油驱向井底。重力是一种比较弱的力，只有当油藏开采到末期，其它驱动力都

5、比较微弱时重力才显示其主要作用，并且在油层倾角大、厚度大及渗透率好的前提下才可能发挥作用。6、驱动方式的转换每一个油藏，都存在着一定的天然驱动能量，这种驱动能量可以通过地质勘探成果及原油高压物性试验来加以认识。油田投入开发并生产了一段时间，可以依据生产特征来区别和判断是哪一种驱动能量起主要作用。在整个开采过程中随着开发的进行和开发措施的改变，使油田开采方式和油藏驱动方式保持好的驱动方式，朝着有利于提高采收率的驱动方式转化。二、开发层系划分与组合（一）多油层油田非均质特点1、储油层性质间差异：同一油田在纵向上可以有多个储油层，在这些储油层之间，油层性质可能差异很大。主要表现在岩性之间差异、储油空

6、间和渗流通道（孔隙、裂缝和孔道）存在差异，而渗透率的差异是储油层物性非均质中最重要的一种。2、各层油水关系的差异：在油田油气水的关系以油气水层的关系很不相同，如底水油藏和边水油藏、带气顶油藏和纯油藏、边水活跃和不活跃油藏等，特别是水夹层、气夹层是油田开发中认真研究的问题。3、各层间天然能量驱动方式的差别：一个油田在不同油层，或不同区域，可能有不同的天然能量，或起主导作用的天然能量不同，且能量大小也可能差异较大，在这种情况下，开发这类油田就要采用不同的开采方式，充分利用天然能量。4、各油层油气水的性质、压力的差异：各油层原油粘度、压力系统可以存在较大差异，对待这类油田采取不同的措施开采。所以，开

7、发多油层油田必须重视对开发层系的划分与组合。在注水开发条件下，多油层的储量动用程度和水驱采收率与开发层系的划分有极大的关系。（二）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：划分开发层系就是把特征相近的油层组合在一起，用单独一套开发生产井网进行开发，并以此为基础进行生产规划、动态研究和调整。在同一油田，由于诸多油层在纵向上的沉积环境及其条件不可能完全一致，油层特征自然会有差异，开发过程中不可避免的出现层间矛盾。如高渗层与低渗层合采，由于低渗层的油流阻力大，生产能力受到限制，高渗层过早水淹或水窜，形成强水洗带，最终降低注水利用率和注水开发效果；高压层与低压层合采，低压层

8、往往不出油，甚至高压层的流体有可能窜入低压层。在注水油田，主要油层出水后，流动压力不断上升，全井生产压差越来越小，注水效果差的油层压力可能与全井的流压相近，出油不多，或根本不出油。在某些情况下高压含水层的水和油向低压层中倒流，称为见水层与含油层间的倒灌现象。2、划分开发层系是部署井网和规划生产设施的基础：确定了开发层系，一般就确定了井网套数，使研究和部署井网、注采方式以及地面生产设施的规划和建设成为可能。开发层系划分主要解决层间矛盾，通过层系的合理组合，使同一开发层系内各个层之间的矛盾较小，干扰较小；井网部署主要调整平面矛盾，通过井网的部署，减少平面矛盾和井间干扰。（三）划分开发层系的原则1、

9、把特征相近的油层组合在同一开发层系，以保证各油层对注水开发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。油层特征相近表现在：沉积条件相近，属于相近的沉积环境；渗透率相近，组成层系的基本单元的平均渗透率及渗透率在平面上的分布差异不大；组成层系的基本单元内油层的分布面积接近；层内非均质程度相近；各主要油砂体的几何形态相差不大。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

10、统和原油物性、驱动方式应比较接近。5、在分层开采工艺所能解决的范围内，开发层系的划分不宜划分过细，以利减少建设工作量，提高经济效益。划分开发层系时，要考虑目前的工艺技术水平，充分发挥工艺措施的作用，少钻井，便于管理。三、井网与注水方式（一）注水时间1、早期注水-在油田投产的同时进行注水，或是在油层压力下降到饱和压力之前就及时进行注水，使油层压力始终保持在饱和压力以上，或是保持在饱和压力附近。由于油层压力高于饱和压力，油层内不脱气，原油性质较好，油井有较高的产能；由于生产压差的调整余地大，有利于保持较高的采油速度和实现较长的稳产期；但投资较大，回收期较长，对地饱压差较大的油田不是经济合理的。2、

11、晚期注水-油田利用天然能量开发时，天然能量枯竭以后进行的注水，这时的天然能量将由弹性驱动转化为溶解气驱，在溶解气驱以后的注水称为晚期注水，也称二次采油。原油严重脱气，粘度增加，注水后虽油层压力回升，但一般只是在低水平上保持，少量游离气重新溶解到原油中，但溶解气和原油性质不能恢复到原始值，采油指数不会有大的提高；对原油性质好、面积不大且天然能量比较充足的油田可以考虑。3、中期注水-投产初期依靠天然能量开采，当油层压力下降到饱和压力以后，在生产油气比上升到最大值之前进行注水。一般有两种情况（1）使油层压力保持在饱和压力或略低于饱和压力，在油层压力稳定条件下，形成水驱混气油驱；（2）通过注水逐步将油

12、层压力恢复到饱和压力以上，此时脱出的游离气可以重新溶解到原油中，但原油性质却不能恢复到原始值，由于生产压差可以大幅度提高，使油井获得较高的产量，从而获得较长的稳产期。中期注水经济效益较好，保持较长稳产期，不影响最终采收率，对地饱压差较大、天然能量较大的油田是经济合理的。（二）注水方式1、边缘注水-把注水井按一定的形式部署在油水过度带附近进行的注水。适用于油田面积不大、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。局限性在于注入水利用率不高，一部分注入水向外部扩散，能受注水井排有效影响的生产井排数一般不多于三排。2、切割注水-利用注水井排将油藏切割成若干区块，每个区块可以

13、看成一个独立的开发单元，分区进行开发和调整。两排注水井之间可部署3-5排生产井。适用于油层大面积稳定分布，连通性好，渗透率较高，流动系数较高；局限性在于不能很好地适应油层的非均质性，注水井间干扰较大，油层压力不总是一致。3、面积注水-将注水井和油井按一定的几何形状和密度均匀地分布在整个开发区上进行注水和采油的系统。一口注水井和几口生产井构成注采井组，又称注采单元。适用于油层分布不规则，连通性差，渗透率差，流动系数低，油田面积大，构造复杂。根据油井和注水井相互位置的不同，布井系统以正方形井网为基础的分为：（1）直线排状系统，一排注水井和一排生产井相互间隔，注水井与生产井相互对应，井排中井距与排距

14、可以不等，在此系统下m=1：1；（2）五点系统，油、水井均匀分布，相邻井点构成正方形，油井在注水井正方形的中心，构成一个注水单元，m=1：1，是常用的强注强采方式；（3）反九点系统，每个注水单元为一个正方形，其中有一口注水井和八口生产井，注水井位于注水单元中央，四口生产井布在四个角上（称为角井），另外四口生产井布在正方形四个边上（称为边井），m=3：1；（4）九点系统，每个注水单元为一个正方形，其中有八口注水井和一口生产井，生产井位于注水单元中央，八口注水井布在四角和四边，m=1：3；（5）反方七点系统，注水井的井点构成三角形，生产井布于三角形中心，生产井构成歪六边形，m=2：1；（5）方七点

15、系统，生产井在中心，注水井构成歪六边形，m=1：2。布井系统以三角形井网为基础的分为：（1）反方七点系统，注水井的井点构成正三角形，生产井布于三角形中心，生产井构成正六边形，m=2：1；（2）七点系统，每个注水单元为一个正六边形，生产井在中心，注水井布在正六边形的六个顶点，m=1：2；（3）交错排状系统，一排注水井和一排生产井相互间隔，注水井与生产井呈交错排状布井m=1：1；（4）蜂窝状注采系统，井距是不等边三角形，每个注水单元生产井不等。四、油田开发调整1、层系调整：在油田开发过程中，一个层系中的各个单层之间，由于注采的不均衡而产生了新的不均衡，为了更合理的开发需进一步划分；在相邻的开发层系

16、之中，把开发效果较差的单层组合在一起，形成一个独立的开发层系。2、井网调整：在油田投产初期，往往采用较稀的井网来开发储量较集中、产能较好的一些层位，因而用加密井来进一步划分开发层系和更好地开发那些水驱较差的油层是必要的；一般油田投产初期应钻生产井的合理井数不应超过最终开采井数的80%，而余留的20%在开采中后期作为开发调整用；一个开发区，随着井数的增加，经济效益开始增加很快，当到达合理井数之后，再增加井数经济效益却增加很少。3、驱动方式调整：油田投入开发初期，证明边水活跃，油藏又由单一油层组成的，可以先不考虑注水，直到开发后期为了利用那些与边水连通较差的层位时才考虑内部注水；对于底水驱动的油藏

17、采用向底部注水效果比较好。4、工作制度调整：指水驱油的流动方向及注入方式的调整。例如间歇注水在停注期，注入井与生产井附近的油层压力降低，这样在低渗层与高渗层段间形成附加压差，使低渗层中的油被挤入高渗层段，在一个注水周期中被驱替到生产井中，扩大低渗层的注水波及体积，提高低渗层、非均质层的原油采收率；水气循环交替注入减少气或水的窜流，提高驱油效率。5、开采工艺调整：从自喷到人工举升，抽油泵的更换，增加注水井点和提高注入压力，改变垂向波及系数，调整吸水剖面，注聚合物改善驱油效率等。所以，我们称测井为连接油气勘探和开发的“桥梁”。 第一节 测井概述测井，也叫地球物理测井或石油测井，简称测井。石油钻井时

18、，在钻到设计井深深度后都必须进行测井，又称完井电测，以获得各种石油地质及工程技术资料，作为完井和开发油田的原始资料。这种测井习惯上称为裸眼测井。而在油井下完套管后所进行的二系列测井，习惯上称为生产测井或开发测井。在油田勘探与开发过程中，测井是确定和评价油、气层的重要手段之一，也是解决一系列地质问题的重要手段。它能直接为石油地质和工程技术人员提供各项资料和数据。测井技术起源于20世纪20年代，在油井第一次测量地层电阻率获得成功。其发展大体经历了模拟测井、数字测井、数控测井、成像测井四个阶段。一、测井方法分类及测井任务在油气田的勘探和开发阶段，现场地质工作的重要任务之一就是落实地质构造划分钻井地质

19、剖面。通过确定钻井所穿过的各地质时代地层的层序、埋藏深度、地层厚度和岩石性质了解油气生、储、盖层的构造位置、岩性特征及含油气情况等。完成这些任务除通过钻井取心、井壁取心、岩屑录井等地质方法外，再就是通过测井方法，对岩层各种地球物理性质进行研究，间接地确定岩层的地质特性。岩层有各种物理特性，如电化学特性、导电性、导热性、声学特性、弹性、放射性等。还有其他的物理特性，如孔隙度、渗透率、饱和度等。一定的地质性质必然反映出相应的地球物理性质，当岩层的地质性质变化时，其地球物理性质也随之而变化。因此，可以通过测量岩层的地球物理性质的变化，间接地认识岩层的地质性质。另外，还有一些施工中的工程技术问题，也可

20、以通过测井来提供所需要的数据和资料。(一)测井方法的一般分类测井工程采用专门的测井仪器和设备。根据需要，人们研制了各种测井仪器，以获取各种地层的岩石物理参数，如电阻率、电导率、声波时差等等，以及工程技术参数，如井眼特性、固井质量等。从而形成了相应的各种测井方法。从油田的勘探和开发生产两大阶段来讲，可将测井分为裸眼测井和生产测井(开发测井)。裸眼测井是指钻井过程中和钻到设计井深后所进行的一系列测井项目；生产测井是指下套管后所进行的一系列测井项目，以解决油田(油井)生产过程中的一些问题。按照测量的原理和测井方法，可概括分为以下几类：5其他测井方法。如介电测井、核磁测井、地层倾角测井、热测井、气测井

21、以及检查井内技术状况的测井项目，如地层测试、井壁取心、油井射孔、检查油井套管破裂或腐蚀状况的磁测井、多臂井经测井，检查地层压裂或酸化效果地各种测井等。(二)测井的基本任务测井技术的应用，给石油勘探工作增加了新的手段，它取得的资料有很好的连续性和完整性。和钻井取心相比，具有施工较简单、效率高、成本低等优点。同时也减轻了工人的劳动强度，提高了石油勘探与开发的效率。测井仪器由专用测井电缆送到井下，测井时绞车滚筒牵引电缆将仪器匀速上提，被测地层物理参数由仪器获取后，经缆芯传送到地面的记录仪器进行记录，将采集的相应物理参数，按一定的深度比例和横向比例记录在记录纸上，并将得到一条或几条连续变化的曲线，这就

22、是测井曲线。如果测的是自然电位，这条曲线就叫做自然电位曲线，如果测的是电阻率，就叫做电阻率曲线等等。二、测井的影响因素地质条件决定了地层的物理参数，但是钻井和测井施工条件都会影响测井资料的可靠性，被记录的测井曲线不但代表了地层物理参数，而且还包括了各种影响因素。其影响因素主要有以下三个方面：(一)测井仪器的影响测井仪器是一种计量工具，因此，它必须是准确的，误差一定要在允许范围内，否则，测出来的资料就不会准确。测井所使用的地面记录仪器和下井测量仪器都有具体的要求，总的来说要做到“三性一化”，即：稳定性、直线性、一致性和标准化。(二)钻井施工造成的影响在钻井过程中，钻井液与层压力差，把井壁附近地层

23、中的液体的可动部分流动起来，井壁上就形成了一个被钻井液冲刷的环带，称冲洗带。一般情况下，井眼内液柱压力高于地层压力，钻井液滤液就浸入到具有渗透性的砂层或粉砂层里去。这时，一方面钻井液中的泥质颗粒在具有渗透性的地层部位井壁结成泥饼；另一方面，钻井液滤液挤走了渗透层中所含的部分原始流体，形成了一个称为侵入的环带。这些环带所具有的电阻率分别称为：泥饼电阻率、冲洗带电阻率、浸入带电阻率。地层未被钻井液滤液侵入部分的电阻率称地层电阻率，这几个环带具有的电阻率对地层电阻率的测量结果都有影响。另外，井径扩大和不规则、钻井液电阻率太高或太低都会影响测量结果。(三)地层厚度的影响地层厚度是不同的，有的地层厚度可

24、达几十米，有的则很薄，只有几十厘米。有的地层岩性很均匀，有的地层则不然。厚而均匀的地层容易求准地层的物理参数，层薄又不均匀的地层，求准各种物理参数就比较困难。例如，在进行普通电阻率测井时。常遇到所测的目的层附近上下还有高阻层，称为邻层，这种邻层的存在对电流的分布影响很大，使目的层的电阻率测不准。影响测量结果的因素是很多的，但它是有规律的，通过研究分析，采取相应措施，可以减少或消除这些影响。例如，要测准高阻薄层的电阻率，侧向测井的方法比普通电阻率测井要好一些，双发、双收声波测井能够消除井径不规则或仪器倾斜对测量结果的影响等。三、测井系列及测井内容(一)裸眼井测井1常规测井系列。对于裸眼井段的测井

25、，一般常规测井提供地层的三孔隙度和三电阻率，以及自然电位、自然伽玛、井径等基本测井资料。经过车装或撬装计算机系统或计算中心的数字处理，能够向用户提供以下几项数字处理解释成果；地层的岩性；油、气层的深度、厚度；地层的孔隙度、含油(水)饱和度、渗透率以及泥质含量等。2地层倾角测井。地层倾角测井能向用户提供井斜角度、井斜方位、地层倾角和地层倾角方向，以及井径和井眼容积等资料。通过多井的计算机处理解释，还能提供油藏构造形态和分析古沉积环境，从而帮助指导下一步的勘探工作。3地层测试器。地层测试器能测量各井段储集层地层的实际压力，能作出地层的压力梯度曲线，更重要的是能直接从地层中取出油、气或水样，从而给下一步的测井资料评价和试油工作提供可靠依据。(三)工程测井井下工程测井作业项目主要是为试油、完井、解卡、修井、采油等服务。常用的作业项目有：1射孔作业。它是用炸药爆炸形成高能射流，射穿套管、水泥环与地层沟通油气流通道的作业。主要有电