油藏工程課件-23底水錐進(jìn)

第三節(jié)底水錐進(jìn)在許多油田的開(kāi)發(fā)實(shí)踐中，氣水錐進(jìn)是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)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(kāi)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(kāi)層段下面將形成半球狀的勢(shì)分布，如下圖所示。第三節(jié)底水錐進(jìn)在許多油田的開(kāi)發(fā)實(shí)踐中，氣水錐進(jìn)是一個(gè)嚴(yán)重1由于垂向勢(shì)梯度的影響，油水接觸面就會(huì)發(fā)生變形，在沿井軸方向勢(shì)梯度達(dá)到最大，其接觸面變形也最大。因而，此時(shí)的接觸面形成喇叭狀，這種現(xiàn)象即為底水錐進(jìn)。由于垂向勢(shì)梯度的影響，油水接觸面就會(huì)發(fā)生2機(jī)理勢(shì)梯度不同，流體向井流動(dòng)快慢不同，形成水錐形狀不同。錐體的上升速度取決于該點(diǎn)處勢(shì)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密度差引起的重力與垂向壓力梯度的平衡機(jī)理3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(guò)臨界產(chǎn)量qocrit時(shí)，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(kāi)始產(chǎn)水，含水不斷上升。因此，臨界產(chǎn)量可定義為無(wú)底水產(chǎn)出時(shí)的最高產(chǎn)量。穩(wěn)定水錐不穩(wěn)定水錐油井的產(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4開(kāi)采底水油藏，必須考慮：無(wú)水采油期的臨界產(chǎn)量qocritQo>qocrit時(shí)見(jiàn)水時(shí)間及fw隨時(shí)間的變化開(kāi)采底水油藏，必須考慮：5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(kāi)發(fā)底水油層；開(kāi)發(fā)中后期加密井調(diào)整技術(shù)。通過(guò)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(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)；采用水平井開(kāi)發(fā)方案在初期取得較好的開(kāi)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；6

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(qiáng)度不同的堵劑段塞和多輪次注入方式來(lái)達(dá)到擴(kuò)大隔板范圍的目的。常用的堵劑：水泥+粉煤灰或水泥+粘土堵劑

凝膠類堵劑：木質(zhì)素磺酸鹽系列堵劑是一種較為理想的隔板封堵劑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7油井凝膠隔板實(shí)例

油井打隔板形狀油井凝膠隔板實(shí)例油井打隔板形狀8控制底水工藝的發(fā)展趨勢(shì)：研究開(kāi)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。控制底水工藝的發(fā)展趨勢(shì)：研究開(kāi)發(fā)既能保證油井產(chǎn)量，又能9一、臨界產(chǎn)量的計(jì)算h0rebhv水油t=0r形成穩(wěn)定水錐時(shí)，水錐體中的水是不流動(dòng)的，則錐體表面以下當(dāng)So=Sor時(shí)，Pc=0，故水錐體內(nèi)部Po=Pw=P一、臨界產(chǎn)量的計(jì)算h0rebhv水油t=0r形成穩(wěn)定水錐時(shí)，10根據(jù)勢(shì)的定義流體不可壓縮根據(jù)勢(shì)的定義流體不可壓縮11油水界面處的勢(shì)與r=re處油相中的勢(shì)相同——水錐體頂部油相中的勢(shì)記與生產(chǎn)井處油相中的勢(shì)之差，且為常數(shù)(恒壓差)定義無(wú)因次勢(shì)無(wú)因次高度令h0rebhv水油t=0r油水界面處的勢(shì)與r=re處油相中的勢(shì)相同——水錐體頂部油相中12作圖法確定水錐體的臨界高度，繪制曲線，過(guò)(1,0)點(diǎn)作切線切點(diǎn)處為作圖法確定水錐體的臨界高度，繪制13若已知泄油區(qū)外邊緣的勢(shì)梯度及巖石徑向滲透率Kr，則臨界產(chǎn)量：令徑向無(wú)因次長(zhǎng)度，kv垂向滲透率無(wú)因次化若已知泄油區(qū)外邊緣的勢(shì)梯度及巖石徑向滲透率Kr，則臨界產(chǎn)量：14函數(shù)Ω(rDe,bD)值由Chierici等人繪成圖版,該圖版的使用范圍為函數(shù)Ω(rDe,bD)值由Chierici等人繪成圖版,該圖15函數(shù)Ω(rDe,bD)可用回歸公式表示：函數(shù)Ω(rDe,bD)可用回歸公式表示：16用SI制單位表示為：qocrit—臨界產(chǎn)油量，m3/dho—地層中含油部分的高度，m；kr——油藏巖石在徑向上的滲透率，10-3μm2；kz——油藏巖石在垂向上的滲透率，10-3μm2；Bo——原油體積系數(shù)，m3/m3；re——油井泄油半徑，m用SI制單位表示為：qocrit—臨界產(chǎn)油量，m3/d17二、預(yù)測(cè)底水錐進(jìn)時(shí)間在底水油田開(kāi)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(huì)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(lái)的時(shí)水錐體不斷上升，最終竄入油井。此時(shí)，須估計(jì)水錐突破時(shí)間突破后含水率的變化

二、預(yù)測(cè)底水錐進(jìn)時(shí)間在底水油田開(kāi)發(fā)初期，如果以臨界產(chǎn)量生產(chǎn)，18定義無(wú)因次水錐高度HDv:無(wú)因次時(shí)間tD:由數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)資料，可得無(wú)因次突破時(shí)間和無(wú)因次水錐高度之間存在如下關(guān)系：時(shí)，水錐突破井底，可計(jì)算(tD)BT，由定義計(jì)算突破時(shí)間tBT1.水錐突破時(shí)間定義無(wú)因次水錐高度HDv:無(wú)因次時(shí)間tD:由數(shù)值計(jì)算和實(shí)192.突破后油井含水以數(shù)值模擬為基礎(chǔ)，某一時(shí)刻含油部分厚度ho，含水部分hw，油井在整個(gè)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.突破后油井含水以數(shù)值模擬為基礎(chǔ)，某一時(shí)刻含油部分厚度ho202.4面積注水開(kāi)發(fā)指標(biāo)計(jì)算1精確解2近似解2.4面積注水開(kāi)發(fā)指標(biāo)計(jì)算1精確解2近似解211)精確解油水粘度相同，剛性驅(qū)替。直線排狀注水系統(tǒng)ad利用上式可以計(jì)算當(dāng)初始注水和含水100%時(shí)的注水量，即產(chǎn)量。1)精確解油水粘度相同，剛性驅(qū)替。直線排狀注水系統(tǒng)ad利用22交錯(cuò)排狀注水系統(tǒng)五點(diǎn)井網(wǎng)反七點(diǎn)井網(wǎng)反九點(diǎn)井網(wǎng)角井邊井交錯(cuò)排狀注水系統(tǒng)五點(diǎn)井網(wǎng)反七點(diǎn)井網(wǎng)反九點(diǎn)井網(wǎng)角井邊井232.4面積注水開(kāi)發(fā)指標(biāo)計(jì)算1精確解2近似解考慮油水粘度比的影響和活塞性2.4面積注水開(kāi)發(fā)指標(biāo)計(jì)算1精確解2近似解考慮油水粘24第五節(jié)剩余油飽和度及其可流動(dòng)性背景：

實(shí)踐表明，當(dāng)油井完全水淹，仍有相當(dāng)量的原油剩余在儲(chǔ)層中，孤東二、三區(qū)含水94%時(shí)，采出程度僅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(jī)理，便于采用EOR或水動(dòng)力學(xué)方法改善油田開(kāi)發(fā)效果。

第五節(jié)剩余油飽和度及其可流動(dòng)性背景：25一、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(chǔ)量之比。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26當(dāng)油的體積系數(shù)不變，即Boi=Bo時(shí)

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(shí)即為最大驅(qū)油效率

此時(shí)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)當(dāng)油的體積系數(shù)不變，即Boi=Bo時(shí)當(dāng)被水波及的孔隙體積中27二、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(duì)非均質(zhì)地層則不盡相同)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(wú)量綱數(shù)組的函數(shù)。見(jiàn)水時(shí)飽和度與毛管數(shù)的關(guān)系v一隙間速度，即u/Φ，m/s;μw－水的粘度，mPa.s；σo-w一油與驅(qū)替流體的界面張力，10-3N/m；θ—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(guò)；F大，則驅(qū)替速度高，So小二、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28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(shí)（如小于10-6），剩余油飽和度變化不大，這是一個(gè)以毛管力為主的驅(qū)替區(qū)域。拐點(diǎn)表示了以毛管力為主過(guò)渡到以粘滯力為主。過(guò)渡帶出現(xiàn)在Ncam值10-4~10-5范圍內(nèi)。建立剩余油飽和度同粘滯力與毛管力之比的相關(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(wú)關(guān)，以及確定水驅(qū)后剩余油飽和度的最終采收率。修正的毛管數(shù)，以代替v，并增加粘度比29三、剩余油的可流動(dòng)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(guò)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*=ΦNca；u—達(dá)西滲流速度。

當(dāng)Nca*＜10-5時(shí)，剩余油不可流動(dòng)；當(dāng)Nca*＞10-5時(shí)，剩余油可流動(dòng)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(shí)，連續(xù)油和不連續(xù)油的可流動(dòng)性與毛細(xì)管數(shù)的相關(guān)關(guān)系是不同的。

三、剩余油的可流動(dòng)性剩余油被油水之間的界面張力限制在多孔介30第六節(jié)改善注水開(kāi)發(fā)效果的水動(dòng)力學(xué)方法簡(jiǎn)介以改變油層中的流場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)油田調(diào)整的方法稱為水動(dòng)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。第六節(jié)改善注水開(kāi)發(fā)效果的水動(dòng)力學(xué)方法簡(jiǎn)介以改變油層中的流31不穩(wěn)定注水(transientwaterflooding)在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，提高油井產(chǎn)量和整個(gè)油田的采收率始終是我們最關(guān)心的問(wèn)題。在注水開(kāi)采的情況下，它取決于兩個(gè)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(gè)方面入手：一個(gè)是改進(jìn)注水開(kāi)發(fā)方式；另一個(gè)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(jià)格昂貴，最大的缺點(diǎn)是對(duì)地下的油層造成污染；與后者相比，前者，簡(jiǎn)便易行、投資少、風(fēng)險(xiǎn)小、經(jīng)濟(jì)效益顯著、易于大規(guī)模推廣。不穩(wěn)定注水(transientwaterflooding32典型的水動(dòng)力學(xué)調(diào)整方法包括：不穩(wěn)定注水，改變液流方向，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(diǎn)：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(kāi)發(fā)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改變注水方式就可以實(shí)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(chǔ)層的非均質(zhì)性，對(duì)不穩(wěn)定注水在某種程度上來(lái)說(shuō)正是其增產(chǎn)的一個(gè)有利因素。實(shí)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(duì)所有注水開(kāi)發(fā)的油田都有或大或小的效果。缺點(diǎn)：即延長(zhǎng)了油田的開(kāi)采時(shí)間。針對(duì)我國(guó)油田的實(shí)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(shí)意義。典型的水動(dòng)力學(xué)調(diào)整方法包括：不穩(wěn)定注水，改變液流方向，調(diào)剖堵33不穩(wěn)定注水驅(qū)油機(jī)理：不穩(wěn)定注水是通過(guò)不同頻率和幅度改變注水壓力(或注水量)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(dòng)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(lái)未被水波及到的低滲儲(chǔ)層投入開(kāi)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。不穩(wěn)定注水驅(qū)油機(jī)理：不穩(wěn)定注水是通過(guò)不同頻率和幅度改變注水34周期注水的實(shí)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(chǎng)。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(shí)機(jī)把握好，不穩(wěn)定的壓力擾動(dòng)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(guò)改變注入水在油層中原來(lái)穩(wěn)定注水時(shí)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(lái)提高可動(dòng)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(duì)一個(gè)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(shí)施不穩(wěn)定注水，滯流區(qū)內(nèi)剩余油將得到動(dòng)用，改善了水驅(qū)效果。周期注水的實(shí)質(zhì)是有規(guī)律地注水（增注）、停注（減注），在油井與35在油藏水驅(qū)過(guò)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(shí)又增加了彈性力。目前對(duì)不穩(wěn)定注水的機(jī)理解釋為強(qiáng)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(shí)的竄流作用。在油藏水驅(qū)過(guò)程中存在的基本作用力有：驅(qū)替力、毛管力和重力，不36不穩(wěn)定注水影響因素分析Ⅰ.地層參數(shù)對(duì)不穩(wěn)定注水的影響ⅰ.儲(chǔ)層非均質(zhì)性對(duì)不穩(wěn)定注水的影響儲(chǔ)層非均質(zhì)性具有實(shí)際意義。因?yàn)橐后w選擇滲透性好的小層滲流，常規(guī)注水時(shí)，當(dāng)開(kāi)發(fā)層系的非均質(zhì)程度增加時(shí)，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(chǔ)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(jì)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(chǔ)層的非均質(zhì)程度越高，驅(qū)替前緣就越不均衡，水驅(qū)油的效果就越差。而不穩(wěn)定注水的主要特點(diǎn)就是利用儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，通過(guò)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(kāi)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(kāi)發(fā)效果。不穩(wěn)定注水影響因素分析Ⅰ.地層參數(shù)對(duì)不穩(wěn)定注水的影響ⅰ.儲(chǔ)37ⅱ.連通程度對(duì)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(gè)接觸面存在理想的水動(dòng)力連通性的條件下進(jìn)行的。然而，實(shí)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(chǔ)油層。顯然，當(dāng)在油層