第十三章-排驅(qū)和開(kāi)采-蔡

1、第十二章 流體（油氣）在油（氣）層中排驅(qū)與開(kāi)采,1 油氣在油（氣）層中排驅(qū)和排驅(qū)方式,一、排驅(qū)（驅(qū)動(dòng)）油氣的能量,在油（氣）藏來(lái)開(kāi)發(fā)前，油、氣、水和油（氣）層是處于一個(gè)均衡受壓的狀態(tài)，油（氣）層骨架承受了上覆地層的巨大壓力和含水區(qū)的側(cè)壓力（在有露頭時(shí)），流體則承受了水柱的壓力。在超壓時(shí)，流體還承受部分上覆地層的壓力。所有這些都構(gòu)成了油（氣）層中油氣的一種潛在能量。但當(dāng)油（氣）開(kāi)發(fā)時(shí)，改變了油（氣）層的平衡狀態(tài)，這些能量就會(huì)釋放出來(lái)，驅(qū)使油氣從油（氣）層排驅(qū)至井底，并被采到地面。,除上述天然存在的能量外，在油氣田開(kāi)采過(guò)程中，通過(guò)注水、注氣也可以人為地增加油（氣）藏中的能量。油（氣）層中驅(qū)使油氣驅(qū)

2、動(dòng)的天然能量主要有下列幾種：,1. 巖石和流體所具有的彈性能 由巖石、石油和油藏以外的水體彈性膨脹所形成的驅(qū)油能量就叫彈性能。,彈性能的大小取決于巖石和流體的彈性壓縮系數(shù)及油藏體積的大小。,倘若油（氣）層供水區(qū)有露頭，邊水和底水將依靠露頭與油（氣）層的水柱壓差，源源不斷地從露頭流向油（氣）藏。這時(shí)彈性能退居次要地位，油（氣）層轉(zhuǎn)入天然水壓驅(qū)動(dòng)，這種能量叫做邊水和底水的壓能。由于壓能一般較大，因此是驅(qū)動(dòng)油氣的重要能量。 邊水和底水的壓能與露頭和油（氣）層埋藏深度的水柱高差有關(guān)，也與露頭的距離及供水區(qū)地層的滲透率高低有關(guān)。,天然氣的彈性壓縮能，包括油層上部處于游離狀態(tài)的氣頂氣彈性能，和油層內(nèi)溶于石

3、油中的天然氣（溶解氣）的彈性能。,2.油（氣）藏邊水和底水的壓能,3.天然氣的彈性壓縮能量,4. 原油本身的重力能,在含流體的油藏中，總是有重力存在著，油藏內(nèi)高于井底位置的原油，由于高度差異面產(chǎn)生的位能即為原油本身的重力位能。原油依靠這種能量克服油流阻力，將原油排向井底。,重力能驅(qū)油與其它能量相比，是比較小的，當(dāng)它在地層內(nèi)流體壓力造成的能量已經(jīng)枯竭，而地層傾角又較大，油層厚度大，巖石滲透率較好的情況下才具有實(shí)際意義。這種重力驅(qū)油的方式比溶解氣驅(qū)動(dòng)能得到更多的采油量，能維持一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)期。,二、排驅(qū)油（氣）的方式,排驅(qū)油(氣)的方式，是指油(氣)層在開(kāi)采過(guò)程中依靠某種能量作用下將油氣驅(qū)向井底的驅(qū)

4、動(dòng)方式。油(氣)的驅(qū)動(dòng)方式，一方面決定于油層的自然條件，更重要的是決定于人為的開(kāi)采條件。現(xiàn)相據(jù)油藏中天然能量和入為控制驅(qū)動(dòng)能量的不同，把油藏驅(qū)動(dòng)方式分為以下幾種：,1.水壓驅(qū)動(dòng) 在天然邊水或底水壓能以及人工注水方式的作用下，將油氣排向井底的驅(qū)動(dòng)方式稱為水壓驅(qū)動(dòng)。,水壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是： 1、原油長(zhǎng)時(shí)間作單相流動(dòng)，產(chǎn)量和壓力比較穩(wěn)定，油氣比比較穩(wěn)定。 2、一般水壓驅(qū)動(dòng)的能量傳遞比較高，驅(qū)動(dòng)能量的消耗主要是克服油流阻力，水洗效率較高，因此采出的油量較高，采收率高于其他驅(qū)動(dòng)方式。,當(dāng)孔道親水時(shí)，一方面由于孔道壁存在水膜，可使水自發(fā)驅(qū)趕孔壁石油，另一方面由于油水粘度差異較大，可導(dǎo)致水沿著孔壁發(fā)生竄流，形成

5、超越作用， 當(dāng)為親油孔道時(shí)，由于水的流動(dòng)阻力較小，將沿著孔道中心竄流。,水驅(qū)油初期，水沿著孔道推擠石油，將大部分能量傳遞給石油，能量傳遞較高，此時(shí)流動(dòng)阻力主要是與粘度和流速有關(guān)的粘滯阻力,2.氣壓驅(qū)動(dòng) 在具有天然氣的油田中，地層驅(qū)油的主要能源是氣體，采出的石油為天然氣所置換。 （1）氣頂氣驅(qū)動(dòng) 原生氣頂或次生氣頂產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng) 當(dāng)壓降波及到氣頂時(shí)，引起氣頂氣膨脹，形成一個(gè)明顯的油氣接觸前緣，當(dāng)該前緣接近油井時(shí)，由于油氣粘度差異加大，發(fā)生氣體突進(jìn)現(xiàn)象并伴隨油氣比的急劇上升。 氣頂氣具有定容性特點(diǎn)，因此壓力逐漸降低。 氣頂氣的生產(chǎn)特點(diǎn)是，日產(chǎn)量較為穩(wěn)定，采出的油量一般要比溶解氣驅(qū)高,氣壓驅(qū)動(dòng)效果一般比

6、水壓驅(qū)動(dòng)效果差： 1、氣體粘度和油的粘度差異較大，氣體的超越性更強(qiáng)，因此氣竄更容易發(fā)生 2、氣體對(duì)孔壁無(wú)潤(rùn)濕作用，這樣油氣界面上的毛管力將成為主要阻力，氣體對(duì)孔壁的洗油效率較差，易于殘留油膜油滴等。,（2）溶解氣驅(qū)動(dòng),對(duì)飽和油藏，采油一開(kāi)始就是溶解氣驅(qū)，對(duì)于不飽和油藏，必須當(dāng)油層壓力下降到飽和壓力時(shí)才開(kāi)始出現(xiàn)溶解氣驅(qū)。 特點(diǎn)是： 一方面溶解氣逐漸脫出，形成連續(xù)相，易于形成賈敏現(xiàn)象，另一方面，超成氣竄。 上述二個(gè)原因可超成產(chǎn)量急劇下降。,當(dāng)?shù)貙訅毫Ω哂陲柡蛪毫r(shí)，液體和巖石發(fā)生體積膨脹，形成彈性驅(qū)動(dòng)； 當(dāng)?shù)貙訅毫π∮陲柡蛪毫r(shí)，彈性能逐漸被溶解氣驅(qū)替代。 特點(diǎn)是：彈性能不斷減小，油井初期產(chǎn)量下降

7、比后期產(chǎn)量快。,3.其它驅(qū)動(dòng)方式 （1）彈性驅(qū)動(dòng)： 地層壓力高于飽和壓力時(shí)，油層中液體和巖石本身所具有的彈性能，隨地層壓力下降，能量將釋放出來(lái)，液體和巖石將發(fā)生體積膨脹。,當(dāng)油層很厚，并具有自由液面，靜液面高差形成驅(qū)動(dòng)能量 特點(diǎn)： 采油量低，但采油周期長(zhǎng)。,（2）重力驅(qū)動(dòng)： 重力驅(qū)動(dòng)是石油靠本身重力作用流向井底的一種驅(qū)動(dòng)方式。,從上述統(tǒng)計(jì)的數(shù)字表明，水壓驅(qū)動(dòng)的采收率最高， 從世界開(kāi)發(fā)的油田統(tǒng)計(jì)， 一般油田采收率為2050， 稠油的采收率一般為1020。 目前石油開(kāi)采技術(shù)比較先進(jìn)的美國(guó)來(lái)講，原油的采收率也僅僅達(dá)到4550。 據(jù)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)已開(kāi)發(fā)的油藏平均采收率為33，其中水壓驅(qū)動(dòng)油藏為52，氣壓驅(qū)動(dòng)為

8、33，溶解氣驅(qū)動(dòng)為21。 由此可見(jiàn)，提高采收率問(wèn)題是世界各國(guó)追切需要研究的重要課題。一個(gè)大油田即使原油采收率提高1020，其原油的產(chǎn)量增加也是相當(dāng)可觀的，它甚至相當(dāng)于發(fā)現(xiàn)一個(gè)中型咸小型油田。,2 油氣開(kāi)采和提高采收率的途徑,一、基本概念 1.采收率 油藏的原油采收率是指地下石油的可采儲(chǔ)量與原始儲(chǔ)量之比值，以百分?jǐn)?shù)或小數(shù)表示。,可分成： 一次采油 二次采油 三次采油,一次采油、二次采油、三次采油,一次采油（primary oil recovery）,依靠天然能量開(kāi)采原油的方法 天然能量包括： 1、巖石和流體的彈性能（彈性驅(qū)動(dòng)） 2、含水區(qū)的彈性能和露頭水柱壓能（水壓驅(qū)動(dòng)） 3、含油氣區(qū)溶解氣的彈

9、性能（氣壓氣驅(qū)溶解氣驅(qū)） 4、氣頂區(qū)氣體的彈性膨脹能（氣壓驅(qū)動(dòng)氣頂氣驅(qū)） 5、原油自生的位能（重力驅(qū)動(dòng)）,二次采油（second oil recovery）,是指用注水（或注氣）的方法彌補(bǔ)采油的虧空體積，補(bǔ)充地層能量進(jìn)行采油的方法，或稱利用機(jī)械能量方式的采油。這種方法在20世紀(jì)40年代以后得到廣泛運(yùn)用。通常是在一次采油的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。 但目前，世界各國(guó)為了提高采油速度和采收率，從油田開(kāi)發(fā)開(kāi)始，就將保持地層壓力措施和采油同時(shí)實(shí)施。 二次采油采收率一般在3050之間，個(gè)別情況可達(dá)到7080。,三次采油（second oil recovery）,也稱“提高原油采收率”（Enhanced oil re

10、covery），它是針對(duì)二次采油未能采出的殘余油（或剩余油），采用向地層注入其他驅(qū)動(dòng)劑或引入其他能量（如化學(xué)能、生物能、熱力學(xué)能）的采油方法。通常緊跟在二次采油之后進(jìn)行。如注入化學(xué)劑的化學(xué)驅(qū)油、注蒸汽或注熱水等熱力采油及注入輕烴或二氧化碳等混相驅(qū)油等。 三次采油的驅(qū)油機(jī)理主要是通過(guò)改善油水流度比或降低界面張力等的物理化學(xué)采油方法。,不同驅(qū)動(dòng)方式和采收率,一次采油的采收率,含油區(qū)巖石及液體的彈性驅(qū)采收率為,天然水驅(qū)方式的采收率為,在能量枯竭條件下，氣驅(qū)和溶解氣驅(qū)條件下油藏的采收率,2. 波及程度：（即波及系數(shù)又稱波及效率） 指注入工作劑在油藏中的波及程度，即水、氣沖刷和滲潤(rùn)到油藏的體積和含油體積

11、的比值，以百分?jǐn)?shù)或小數(shù)表示。,其中：As、hs分別為波及面積和波及厚度。 A、h分別為含油面積和含油（有效）厚度。,3. 洗油效率： 即被水、氣沖刷和滲潤(rùn)到的油層采出的油量和這個(gè)油藏原始儲(chǔ)量的比值。,整個(gè)油藏石油的采收率為：,二、影響石油采收率的因素,1. 油層的非均質(zhì)性,微觀非均質(zhì)性礦物組成、巖石粒度組成和巖石孔隙結(jié)構(gòu)不同及由此產(chǎn)生的潤(rùn)濕性及毛管壓力的不同。主要影響驅(qū)油時(shí)的洗油效率。 宏觀非均質(zhì)性 1、層間非均質(zhì)性?shī)A層和油層，滲透率不同，注水過(guò)程中注入水沿高滲透性層突進(jìn)，降低注入水的利用率，滲透率變異系數(shù)越大，采收率越低。 2、層內(nèi)非均質(zhì)性 縱向上正韻律、反韻律，高滲透部位水洗程度高，水驅(qū)含

12、水上升快，水淹快。一般正韻律水洗厚度要小于反韻律。,平面上滲透率各向異性決定,注采系統(tǒng)水流方向與高滲透帶方向一致，易形成水竄，波及程度低,注采系統(tǒng)水流方向與高滲透帶方向垂直，波及程度高,2. 流度比,流度比定義為驅(qū)替液的流度和被驅(qū)替液的流度之比，對(duì)于水油系統(tǒng)，水油流度比為,水油流度比大于1，表明水的流動(dòng)能力大于油，小于1則油的流動(dòng)能力大于水,水油流度比是含水飽和度的函數(shù)，油層中含水飽和度越高，水油流度比越大，原油粘度越大，水油流度比越大,3. 潤(rùn)濕性,對(duì)親水巖石，水驅(qū)過(guò)程中，由于水能很好的潤(rùn)濕孔壁，水是沿著孔壁前進(jìn)的，在小孔隙中，由于毛管力的作用，水能自動(dòng)吸入驅(qū)油，在大孔道中，水沿著毛管壁前進(jìn)

13、，首先形成水膜，水膜逐漸增厚占據(jù)孔道主體，將油驅(qū)出。 對(duì)親油巖石，水驅(qū)洗孔隙表面的油需要克服油水界面上的粘附力，水進(jìn)入時(shí)很難與孔隙表面接觸而沿孔隙表面流動(dòng)，毛管力是驅(qū)動(dòng)阻力，另外水的粘度小于油的粘度，水將沿著孔隙中心竄流而在孔隙壁上殘留下厚度不等的油膜。,三、殘余油的存在形式與捕集機(jī)理,1. 殘油存在的形式 殘油存在的形式一般認(rèn)為有以下幾種： 留在單根孔隙的殘余油滴或油珠，油呈不連續(xù)和孤立狀態(tài)。 留在孔隙簇中殘余油，從宏觀上看油是連續(xù)的。 留在水繞流后的死油區(qū)或未被水波及到的殘余油，宏觀和微觀上都呈連續(xù)的。,2. 殘余油的分布狀態(tài) 在孔隙網(wǎng)絡(luò)中，殘余油狀態(tài)依儲(chǔ)層的潤(rùn)濕性和殘余油飽和度可以呈 1、滴狀（孤島狀） 2、串珠狀（繩索狀） 3、懸浮狀（懸環(huán)狀，亦叫輪胎狀） 4、塊狀（簇狀）,3. 殘余油的捕集機(jī)理,雙孔道模型,當(dāng)施加壓力足夠大，大孔道中界面移動(dòng)快，小孔道中形成殘余油 當(dāng)施加壓力較小時(shí)，毛管力占優(yōu)勢(shì)，小孔道中界面先到達(dá)匯流點(diǎn)，大孔道中形成殘余油。,實(shí)際多孔道體系,海恩斯躍進(jìn) 流體不是均勻流過(guò)多孔介質(zhì)，而是