油藏工程課件_2.3底水錐進(jìn)

1、第三節(jié) 底水錐進(jìn),在許多油田的開發(fā)實踐中，氣水錐進(jìn)是一個嚴(yán)重的問題，它的出現(xiàn)將使產(chǎn)油量顯著下降。所以，控制或至少延緩氣水錐進(jìn)是十分重要的。 在有底水的油藏中，油藏開采以前，水位于油層的下部，油位于油層的上部。如果在含油部分鉆一口生產(chǎn)井進(jìn)行采油以后，打開層段下面將形成半球狀的勢分布，如下圖所示,由于垂向勢梯度 的影響，油水接觸面就會發(fā)生變形，在沿井軸方向勢梯度達(dá)到最大，其接觸面變形也最大。因而，此時的接觸面形成喇叭狀，這種現(xiàn)象即為底水錐進(jìn),機理 勢梯度不同，流體向井流動快慢不同，形成水錐形狀不同。 錐體的上升速度取決于該點處勢梯度 值的大小以及該處巖石的垂向滲透率Kz 錐體的上升高度取決于由水油

2、密度差 引起的重力與垂向壓力梯度的平衡,油井的產(chǎn)量小于臨界產(chǎn)量，將形成某一穩(wěn)定的錐狀體，其頂部不再向上擴(kuò)展。因此只要油井的產(chǎn)量qo小于臨界產(chǎn)量qocrit生產(chǎn)，底水的錐狀體就是穩(wěn)定的,油井產(chǎn)量qo超過臨界產(chǎn)量qocrit時，油水的接觸面將不斷上升，水錐體變得不穩(wěn)定，并一直上升竄入井底，隨之油井開始產(chǎn)水，含水不斷上升。因此，臨界產(chǎn)量可定義為無底水產(chǎn)出時的最高產(chǎn)量,穩(wěn)定水錐,不穩(wěn)定水錐,開采底水油藏，必須考慮： 無水采油期的臨界產(chǎn)量qocrit Qo qocrit時見水時間及fw隨時間的變化,油藏工程上常用的方法有：優(yōu)化射孔、臨界產(chǎn)量與臨界壓差的控制；采用水平井方案開發(fā)底水油層；開發(fā)中后期加密井調(diào)

3、整技術(shù),通過控制油井產(chǎn)量，但從經(jīng)濟(jì)角度考慮一般不合適； 優(yōu)化射孔方案一般在新井投產(chǎn)時進(jìn)行設(shè)計； 采用水平井開發(fā)方案在初期取得較好的開發(fā)效果，但隨著水脊的形成，含水也要上升； 井網(wǎng)層系調(diào)整,目前控制底水錐進(jìn)主要技術(shù)措施,采油工藝上主要技術(shù)措施：打人工隔板以阻擋底水技術(shù),為提高注入水的水驅(qū)效率而建立水井隔板，根據(jù)堵劑在地層中不同位置所承受的壓差不同，采用強度不同的堵劑段塞和多輪次注入方式來達(dá)到擴(kuò)大隔板范圍的目的,控制底水工藝的發(fā)展趨勢：研究開發(fā)既能保證油井產(chǎn)量，又能控制或減緩底水錐進(jìn)的有效方法。使用采水消錐與凝膠隔板相結(jié)合的工藝，可積極地控制底水錐進(jìn)，又能保證油井產(chǎn)量，是底水錐進(jìn)控制措施的發(fā)展方向

4、,一、臨界產(chǎn)量的計算,形成穩(wěn)定水錐時，水錐體中的水是不流動的，則錐體表面 以下,當(dāng)So=Sor時，Pc=0，故水錐體內(nèi)部Po=Pw=P,根據(jù)勢的定義,油水界面處的勢與r=re處油相中的勢相同,水錐體頂部油相中的勢,定義無因次勢,無因次高度,令,作圖法確定水錐體的臨界高度，繪制 曲線，過(1,0)點作切線 切點處為,若已知泄油區(qū)外邊緣的勢梯度及巖石徑向滲透率Kr，則臨界產(chǎn)量,函數(shù)(rDe,bD)值由Chierici等人繪成圖版,該圖版的使用范圍為,函數(shù)(rDe,bD)可用回歸公式表示,用SI制單位表示為,qocrit臨界產(chǎn)油量，m3/d ho地層中含油部分的高度，m； kr油藏巖石在徑向上的滲透

5、率，10-3m2； kz油藏巖石在垂向上的滲透率，10-3m2； Bo原油體積系數(shù)，m3/m3； re油井泄油半徑，m,二、預(yù)測底水錐進(jìn)時間,在底水油田開發(fā)初期，如果以臨界產(chǎn)量生產(chǎn)，產(chǎn)油量很低，以至于不會產(chǎn)生好的經(jīng)濟(jì)效益，因此往往采用高于臨界產(chǎn)量生產(chǎn)，那么隨之而來的時水錐體不斷上升，最終竄入油井。 此時，須估計 水錐突破時間 突破后含水率的變化,定義無因次水錐高度HDv,無因次時間tD,由數(shù)值計算和實驗資料，可得無因次突破時間和無因次水錐高度之間存在如下關(guān)系,時，水錐突破井底，可計算(tD)BT，由定義計算突破時間tBT,1.水錐突破時間,2.突破后油井含水,以數(shù)值模擬為基礎(chǔ)，某一時刻含油部分

6、厚度ho，含水部分hw，油井在整個厚度上(ho+hw)完井生產(chǎn),水油比,設(shè)地層均質(zhì)，隨油井生產(chǎn)ho、hw變化，qw/qo也變化，特征含水率,2.4 面積注水開發(fā)指標(biāo)計算,1 精確解,2 近似解,1) 精確解,油水粘度相同，剛性驅(qū)替,直線排狀注水系統(tǒng),a,d,利用上式可以計算當(dāng)初始注水和含水100%時的注水量，即產(chǎn)量,交錯排狀注水系統(tǒng),五點井網(wǎng),反七點井網(wǎng),反九點井網(wǎng),角井,邊井,2.4 面積注水開發(fā)指標(biāo)計算,1 精確解,2 近似解,考慮油水粘度比的影響和活塞性,第五節(jié) 剩余油飽和度及其可流動性,背景： 實踐表明，當(dāng)油井完全水淹，仍有相當(dāng)量的原油剩余在儲層中，孤東二、三區(qū)含水94%時，采出程度僅

7、20%左右。剩余在地層中的原油稱為剩余油。研究剩余油飽和度的影響因素，有利于揭示提高采收率的機理，便于采用EOR或水動力學(xué)方法改善油田開發(fā)效果,一、微觀驅(qū)替效率,注水微觀驅(qū)替效率ED：從注入水波及的孔隙體積中采出的油量與被注入水波及的地質(zhì)儲量之比,當(dāng)油的體積系數(shù)不變，即Boi=Bo時,當(dāng)被水波及的孔隙體積中含油飽和度降至殘余油飽和度Sor時,即為最大驅(qū)油效率,此時水驅(qū)采出油量,采出程度,Vpw:注入水波及范圍的孔隙體積,EV:波及系數(shù),二、影響剩余油飽和度大小的因素,研究表明，剩余油飽和度大小與油水粘滯力和毛管力大小有關(guān)，改變驅(qū)替速度、界面張力、水的粘度都可以影響剩余油飽和度大小。(對非均質(zhì)地

8、層則不盡相同)。 根據(jù)實驗結(jié)果和量綱分析，剩余油飽和度是粘滯力同毛管力之比的無量綱數(shù)組的函數(shù),見水時飽和度與毛管數(shù)的關(guān)系,v一隙間速度，即u/，m/s ; w水的粘度，mPa.s； o-w一油與驅(qū)替流體的界面張力，10-3N/m； 接觸角,Nca反映了粘滯力和毛管力,比值增加So變?。籔c小則毛管半徑大，油易通過；F大，則驅(qū)替速度高，So小,修正的毛管數(shù)，以 代替v，并增加粘度比修正,當(dāng)修正后的毛管數(shù)較小時（如小于10-6），剩余油飽和度變化不大，這是一個以毛管力為主的驅(qū)替區(qū)域。 拐點表示了以毛管力為主過渡到以粘滯力為主。過渡帶出現(xiàn)在Ncam值10-410-5范圍內(nèi),建立剩余油飽和度同粘滯力與

9、毛管力之比的相關(guān)關(guān)系，有利于正確判斷在何種條件下剩余油飽和度（采收率）與注水速度無關(guān)，以及確定水驅(qū)后剩余油飽和度的最終采收率,三、剩余油的可流動性,剩余油被油水之間的界面張力限制在多孔介質(zhì)中，理論上可以通過增加粘滯力或降低油滴界面張力將油滴驅(qū)出。 研究改變毛細(xì)管數(shù)的大小能否降低Sor,Nca*以達(dá)西速度求得的毛細(xì)管數(shù)Nca*=Nca；u達(dá)西滲流速度,當(dāng)Nca*10-5時，剩余油不可流動；當(dāng)Nca*10-5時，剩余油可流動性隨著毛細(xì)管數(shù)的增加而迅速增加。當(dāng)l0-7 Nca* 10-5時，連續(xù)油和不連續(xù)油的可流動性與毛細(xì)管數(shù)的相關(guān)關(guān)系是不同的,第六節(jié) 改善注水開發(fā)效果的水動力學(xué)方法簡介,以改變油層

10、中的流場來實現(xiàn)油田調(diào)整的方法稱為水動力學(xué)方法。它的主要作用是提高注水的波及系數(shù)，提高驅(qū)油效率的作用較小,不穩(wěn)定注水(transient water flooding,在油田開發(fā)過程中，提高油井產(chǎn)量和整個油田的采收率始終是我們最關(guān)心的問題。 在注水開采的情況下，它取決于兩個因素：注入水的波及系數(shù)和驅(qū)替效率。 為了提高水驅(qū)效率，目前主要從兩個方面入手： 一個是改進(jìn)注水開發(fā)方式； 另一個是應(yīng)用物理化學(xué)的三次采油方法。后者應(yīng)用復(fù)雜、價格昂貴，最大的缺點是對地下的油層造成污染；與后者相比，前者，簡便易行、投資少、風(fēng)險小、 經(jīng)濟(jì)效益顯著、易于大規(guī)模推廣,典型的水動力學(xué)調(diào)整方法包括：不穩(wěn)定注水，改變液流方向

11、，調(diào)剖堵水，轉(zhuǎn)變注水方式，增大生產(chǎn)壓差選擇性注水等。其中，不穩(wěn)定注水是一種高效可行的方法,不穩(wěn)定注水的最大的優(yōu)點： 不管注普通的水還是注加有化學(xué)劑的水，在原有的注水開發(fā)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改變注水方式就可以實施，不用增加大量基本建設(shè)的投資。 常規(guī)注水最為不利的因素儲層的非均質(zhì)性，對不穩(wěn)定注水在某種程度上來說正是其增產(chǎn)的一個有利因素。 實踐表明，不穩(wěn)定注水是一種可以廣泛應(yīng)用的改善注水效果的方法，幾乎對所有注水開發(fā)的油田都有或大或小的效果。 缺點：即延長了油田的開采時間。針對我國油田的實際情況，在當(dāng)前深入全面的研究不穩(wěn)定注水很有現(xiàn)實意義,不穩(wěn)定注水驅(qū)油機理,不穩(wěn)定注水是通過不同頻率和幅度改變注水壓力(或注

12、水量)與改變注水井工作制度和液流方向相結(jié)合，在地層中造成不穩(wěn)定的壓力降，在高滲透層與低滲透層之間以及同一層的高滲透部位與低滲透部位之間的波動壓差作用下，使各小層中的液體重新分布，并使注入水在層間壓差的作用下發(fā)生層間滲流，促進(jìn)毛管滲吸作用，提高了注入水在地層中的波及系數(shù)，使原來未被水波及到的低滲儲層投入開發(fā)，從而改善了油藏的水驅(qū)油效果。不穩(wěn)定注水可以看成是周期注水與改向注水相結(jié)合的一種技術(shù)手段,周期注水的實質(zhì)是有規(guī)律地注水（增注）、停注（減注），在油井與注水井之間造成周期性變化的不穩(wěn)定壓力場。它與常規(guī)注水最大的區(qū)別在于周期注水采用的是不穩(wěn)定的注水方式，在地層中形成不穩(wěn)定的壓力分布，如果時機把握好

13、，不穩(wěn)定的壓力擾動將促使注入水進(jìn)入常規(guī)注水難以進(jìn)入的小孔道和低滲帶 ，增大注入水的波及體積，從而提高水驅(qū)油效果,改向注水提高油藏采收率的工作原理是通過改變注入水在油層中原來穩(wěn)定注水時形成的固定的水流方向，把高含油飽和度區(qū)的原油驅(qū)出，或在微觀上改變滲流方向相滲透率的變化來提高可動油飽和度，最終達(dá)到改善水驅(qū)油效果的目的，其主要有兩種方法，即改變供油方向和改變水流方向。對一個穩(wěn)定的注采系統(tǒng)，在注水井與油井連線的主流線上嚴(yán)重水淹，油井之間形成滯流區(qū)。當(dāng)實施不穩(wěn)定注水，滯流區(qū)內(nèi)剩余油將得到動用，改善了水驅(qū)效果,在油藏水驅(qū)過程中存在的基本作用力有：驅(qū)替力、毛管力和重力，不穩(wěn)定注水時又增加了彈性力。目前對不

14、穩(wěn)定注水的機理解釋為強化了毛管力和彈性力的作用，它們表現(xiàn)為毛管滲吸作用和在彈性方式下壓力周期漲落時的竄流作用,不穩(wěn)定注水影響因素分析,地層參數(shù)對不穩(wěn)定注水的影響,儲層非均質(zhì)性對不穩(wěn)定注水的影響,儲層非均質(zhì)性具有實際意義。因為液體選擇滲透性好的小層滲流，常規(guī)注水時，當(dāng)開發(fā)層系的非均質(zhì)程度增加時，注入水波及油層的范圍和原油的采收率將急劇下降。 在嚴(yán)重非均質(zhì)的儲層中，注入水沿高滲小層和層帶快速突入油井，而在低滲透率小層和層帶留下未被驅(qū)替到的原油。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料顯示，這樣的小層、區(qū)段和層帶可能達(dá)到油層原始含油體積的50%以上。 各小層滲透率之間的差別越大，儲層的非均質(zhì)程度越高，驅(qū)替前緣就越不均衡，水

15、驅(qū)油的效果就越差。而不穩(wěn)定注水的主要特點就是利用儲層的非均質(zhì)性，通過周期性的提高和降低注入壓力，在油層內(nèi)部產(chǎn)生不穩(wěn)定的壓力降，使原先注入水未波及到的低滲透小層投入開發(fā)，從而創(chuàng)造了均衡驅(qū)替前緣，提高了注入水波及系數(shù)，改善開發(fā)效果,連通程度對不穩(wěn)定注水的影響,一般建立的不穩(wěn)定注水模型，都是在假設(shè)，各小層之間沿其整個接觸面存在理想的水動力連通性的條件下進(jìn)行的。然而，實際油層通常都是由中間夾有泥巖、粉砂巖和致密石灰?guī)r等不滲透性薄層的不同滲透率小層組成的儲油層。顯然，當(dāng)在油層中建立不穩(wěn)定壓力場時，水動力交滲流動只能通過巖性窗，即各小層的水動力連通地帶來實現(xiàn),小層的水動力連通程度用參數(shù)垂向連通系數(shù)來表示，它代表各小層滲透接觸面積與油層整個面積的比例關(guān)系。顯然，當(dāng)時，各小層在所研究的面積上是完全接觸的，產(chǎn)生交滲流動的條件最優(yōu)越。當(dāng)時，情況最差，在各小層之間不可能產(chǎn)生交滲流動。隨著油層垂向連通程度的增加，采收率提高幅度增加，不穩(wěn)定注水效果變好。層間連通程度越大不穩(wěn)定注水效果越好，在連通程度50%時效果好；不穩(wěn)定注水的效果隨儲層中不滲透隔層分布范圍的擴(kuò)大而減小,油水粘度比對不穩(wěn)定注水的影響,油水粘度的差異在一定程度上決定了注水開發(fā)過程的最終采收率和經(jīng)濟(jì)效益。 在常規(guī)的穩(wěn)定注水過程中，隨著油水粘度比的增加，油水流度比增大，水驅(qū)前緣就越不規(guī)則，非活塞性就越嚴(yán)重，從而增大了粘