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所谓边底水能量,也称天然水驱能量,它指存在于油藏底部或外围的与油藏连通的水体所具有的能量。边底水能量有两种完全不同的存在形式:封闭型边底水和有外界水源供给的边底水。它们的情况如下。
(1)封闭型边底水能量
封闭型边底水是指与油藏连通的边底水体积有限,并且不与外界连通。整个油藏与边底水为一个统一的水动力系统,并具有良好的封闭性。因此,这时的边底水能量就只是边底水所具有的弹性能量,其大小只与边底水的体积有关。因而,也有人称封闭型边底水能量为“弹性水驱”能量。
(2)有外界水源供给的边底水能量
它指油藏边底水与外界(通常是地面或浅表水系的湖、河或海)水源有较好的连通时,在油藏投入降压开发后,外界水源会在压差作用下源源不断地流向油藏边底水区域,释放出强大的边底水压力能量。有外界水源供给的边底水能量本质上是一种水压势能,它的大小取决于外界水源的丰富程度和向油藏水体的补给速度。因此,它比封闭型边底水的弹性能量要强大得多,因此,也有人称其为“刚性水驱”能量(图1)。
(1)形成机理和释放条件
地层原油中一般都溶解有天然气。当油藏压力出现下降并低于饱和压力时,溶解在地层原油中的天然气会逐渐游离出来,呈气态出现在油藏流体中。由于溶解气变成游离气将出现很大的体积增加,也由于游离气的体积膨胀系数很大(一般比液体高出6~10倍),因此将出现很大的体积增加,释放出溶解气的膨胀能量,这种能量可以将大量油气驱向井底,从而使油藏进入溶解气驱阶段。
(2)溶解气能量的受控因素
溶解气能量的大小,与原始溶解气油比的高低,溶解气成分以及油层压力和温度都有一定关系。油藏原始溶解气油比高的油藏,其原始溶解气数量大,所蕴含的溶解气能量就大;反之则小。溶解气中重烃含量高者弹性能量相对较小。油层压力越高,其可能的降压幅度就越大,因而释放出的溶解气能量就越大。油层温度越高,其溶解气能量也越大。
与弹性驱相比,油藏的溶解气能量更为丰富,其溶解气驱采收率一般要高出弹性驱数倍。
(1)弹性能量形成机理和释放条件
弹性能量是一种压缩能,它是油藏岩石和其中的流体在地层高压条件下积蓄的一种能量。当油藏投入开发、油井进行采油生产、油藏压力出现下降时,油藏岩石和其中的流体就会出现弹性膨胀,释放出弹性能量,从而驱动岩石孔隙中的流体流向井底,形成弹性驱动。
(2)弹性能量的受控因素
油藏弹性能量的大小,主要受以下因素影响和控制:
1)油层岩石和其中流体的压缩系数大小压缩系数大,在压力作用下出现的体积变化也大,因而积蓄或释放的弹性能量也大。一般来说,油层岩石的压缩系数最小,而且不同岩性的油层岩石其压缩系数的差别一般也较小。
2)油藏原始压力系数的高低
油藏原始压力系数越高,它积蓄的弹性能量就越大;油藏原始压力系数越低,其积蓄的弹性能量也越少。因此,异常高压油藏的弹性能量比异常低压油藏要高很多。
3)开采中降压的幅度大小
油藏弹性能量的利用程度,取决于油藏在开发中能够降低压力的幅度。降压幅度越大,弹性能量释放就越多,获得的弹性采收率也就越高;反之则低。
(3)弹性采收率
油藏的弹性采收率包括两个方面:
①纯粹的弹性驱动阶段的采收率。如果油藏的原始地层压力大大高于油藏的原始饱和压力,则该油藏在降压开采初期,就只有弹性能量得到释放,从而形成单纯的弹性驱动,直到油藏压力下降到原始饱和压力为比。此阶段的原油采收率,就是纯粹的弹性驱阶段的采收率。通常所指的弹性驱阶段,就是指这一阶段。
②混合驱阶段中的弹性采收率。当油藏压力下降到原始饱和压力以下时,油藏进入以溶解气驱为主、弹性驱为辅的混合驱阶段(假定油藏无其它原始能量和人工能量)。由于溶解气释出后的体积增加远比弹性膨胀增加的体积为大,因而此阶段的溶解气能量己占据主导地位,因此一般都称为溶解气驱阶段。但实际上,此阶段由于有一定的压力下降,因而仍然存在弹性能量的释放,应有一定的弹性采收率,只是由于处于溶解气驱为主的混合驱阶段,其弹性采收率太小而且难于单独计算,因而也容易被忽略。
(4)油藏饱和压力与饱和程度
1)饱和压力的概念
所谓油藏饱和压力,就是当地层原油中溶解的天然气达到饱和状态时所测定的压力。
油藏原油中一般都溶解有天然气。如果原油中溶解的天然气达到饱和状态,则多余的天然气就会呈气态形成带气顶的油藏,这时的饱和压力就与油藏地层压力相等。但如果原油中溶解的天然气尚未达到饱和,其饱和压力就需要进行地层原油高压物性(又称PVT)取样在室内分析测定。
油藏饱和压力表不该油藏的地层原油在低于该压力时,就会有多余的溶解气从原油中分离逸出,从而出现油气两相共存的状态。但如果高于该压力,则原油不饱和,其中的溶解气不会逸出。
2)饱和压力的测取
油藏饱和压力一般都是在评价勘探阶段通过PVT取样测得的,它实际上是该油藏的原始饱和压力,一般简称饱和压力。油藏在开发过程中有时也录取PVT资料测取饱和压力,这应是该油藏在当时的开发状态下(当时的温度、压力和注采程度下)的饱和压力(有称二次饱和压力者,以与原始饱和压力相区别)。
3)油藏地饱压差与油藏饱和程度
油藏地层压力与饱和压力的差值,称该油藏的地饱压差。油藏地饱压差一般都是指油藏原始地层压力与原始饱和压力之差。
油藏地饱压差的大小说明两个方面的问题。一是油藏地饱压差大,说明油藏的弹性能量较大,只要通过降压开采,油藏的弹性能量就可以释放出来,驱使油气流向井底,因此,油藏具备一定的弹性驱开采条件。二是油藏地饱压差大,说明油藏具较大的降压开采空间原油不至于脱气;如果地饱压差小,说明油藏地层压力稍有降低,其中的原油就有脱气的危险。我们知道,原油脱气会使原油粘度增大,其流动性变差;而且由于出现油气两相流动将大大降低油相的渗透率,这都会使井的产量降低,开发难度增大。
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油藏深埋在地下,其中的岩石和孔隙流体受到上覆岩层的压缩而具备一定的弹性能量;与油藏主体相连的边、底水水体和气顶也都具有一定的压缩能量;此外,原油中都或多或少溶解有天然气,因而具备一定的溶解气能量。
若油藏能量较强,则油藏流体从地层流入井筒容易;若油藏能量较弱,则油藏流体从地层流入井筒困难。
它指油气藏气顶中的游离气由于地层高压所蓄积的能量。当油气藏投入降压开采时,气顶气由于降压产生膨胀,就释放出这种能量。气顶能量本质上仍然是弹性能,只是由于气体的压缩系数极大(在20℃,6.8MPa压力下甲烷的等温压缩系数达1645X10-4MPa-1),因而在降压膨胀时释放出的弹性能量就十分巨大。
重力能量是指原油可以依靠自身的重力流向井底时所具有的能量。从理论上说,任何油藏流体都具有重力能量。但主要由于以下3个方面的原因,使得这种重力能量在绝大多数实际油藏中毫无意义:
①与地层很高的压力(一般数十MPa)相比,正常井跄范围内的油层高差尤其油层与射孔井段顶界的高差太小,不足以形成像样的重力驱动。
②流体在油层中的流动远不能与管道流动相比,油层渗透率即使上千,单靠重力驱动所形成的流量与流速也是十分微弱的。
③油层射孔一般都要努力射开全部油层,以充分裸露油层从而形成较高的产能,这样,对于倾斜不大的水平油层来说,就难于利用其重力能量。
一般来说,要利用重力能量形成有意义的原油开采,只有以下情况才有可能:
①油藏缺乏其它天然能量,原始能量中只有重力能量,并且难于进行人工补充能量。这种情况只存在于某些重油(稠油)油藏:这类油藏原始溶解气油比极低((1至几m3/m3),注水一般无意义,限于各种条件也难于考虑热采时,可以考虑利用重力能量进行重力驱。
②如果上述油藏具高陡构造,或具有很厚的油层时,就更增强了应用重力驱的条件。因为这样就加大了地层原油流向井底的高差,加大了驱动压力。
③某些水驱效果不佳的稀油油藏,在油藏开发临近结束时,可以终比注水进行降压深抽开采(将深井泵下到油层射孔井段底部以下),这样就可以利用重力能量以提高采收率。例如,一些注水开发的裂缝性油藏(如多数火山岩变质岩油藏、部分碳酸盐岩油藏)常常水驱效果很差,在结束注水转入降压开采一段时间以后,部分或全部油井进入低能低产的间歇生产阶段(关井一定时间,再开井生产一定时间)。此时,原油的重力能量就可能逐渐发挥作用,配合溶解气驱与弹性驱以尽力采出更多的原油。
但尽管如此,与其它儿种天然能量比较,重力能量仍然少得可怜,它在开发中的作用极为有限。有人认为,重力驱采收率在10%~20%,这显然是错误的,估计重力驱所贡献的采收率,一般低于1%,极少能达到2%~3%。
油藏原始能量可以用油藏能量指数来进行评价。所谓油藏能量的强弱,是指油藏流体流入井筒的难易程度。流动越容易,说明油藏能量越强;反之,则越弱。
油藏能量的强弱,首先取决于油藏压力的高低。油藏压力越高,流动则越容易,油藏的能量则越强;反之,则越弱。
油藏能量的强弱,还取决于油井的举升条件,即井底压力的高低。井底压力越高,流动则越困难,油藏的能量则越弱;反之,则越强。
因此,油藏能量的强弱不是绝对的,而是相对的,是油藏压力高于井底压力的程度。若油藏压力与井底压力相等,则油藏没有任何能量可言。由于井底压力随工作制度和举升方式而变化,为了便于研究,选取每种举升方式下油井停止生产时的井底极限压力作为对比的基础压力。例如自喷生产时取停喷流压,机抽生产时取停抽流压等。将地层压力与井底极限压力的比值定义为油藏的能量指数,即:
式中:Ie——为油藏能量指数,dless;
p——为地层压力,MPa;
pwfs——为井底极限压力,MPa。
由上式可以看出,油藏的能量指数随地层压力的变化而变化。油藏刚投入生产时,油藏的地层压力最高,能量指数也最高。随着开采过程的不断进行,油藏的地层压力不断下降,能量指数也不断减小。当地层压力接近井底极限压力时,油井停止生产,油藏的能量指数降为最小值1。能量指数的变化规律,客观地反映了油藏能量的本质特性,而传统指标则扭曲了油藏能量的本质特性。
为了便于对比和分析,能量指数可以分级为:
当Ie<1.1时,油藏能量较弱,油井勉强可以生产;
当Ie>1.3时,油藏能量较强,油井生产能力旺盛;
当Ie=1.1~1.3时,油藏能量中等,油井可以正常生产。
能量指数法不仅适合于油藏,也适合于气藏;不仅可以评价天然能量,也可以评价人工注入的能量。
砂岩稠油底水油藏隔板理论研究与应用
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水力深穿透射孔技术用于底水油藏开发
根据油田实际生产资料,从数学解析和数值模拟两方面研究了水力深穿透射孔技术对底水油藏的开发效果。研究表明:理想完井状态下,水力深穿透射孔井的开发效果好于直井,在射孔总长度一定时,射开一个长孔比射开多个短孔的开发效果要好;完井污染状态下,射孔深度大于污染表皮半径时,射开多个短孔比射开一个长孔的开发效果要好。储层的污染程度对水力深穿透射孔井的开发效果有较大的影响,确定水力深穿透射孔井完井方案,需要准确了解储层的污染程度。
美国石油学会(API)1967年将312个油藏按天然驱动方式分为如下五类:
①无辅助驱动的溶解气驱油藏;
②有辅助驱动的溶解气驱油藏;
③气顶驱油气藏;
④水驱油气藏;
⑤重力驱油藏。
美国石油学会的这一分类,突出了原始驱动能量这一制约油气藏开发的重要因素,所分类型简明扼要,有较强的实用性。不足之处在于:完全未涉及储集层条件,这在一定程度上降低了其应用价值。
(1)马克西莫夫分类
前苏联学者M.H.马克西莫夫以油藏的天然条件为依据,把油藏分成两个基本类型:
①封闭型油气藏。由于储集层岩性变异或存在断层遮挡、或其它原因没有活跃的地层水,油气藏的天然能量主要是石油中的溶解气和气顶气。
②具有活跃的地层水的油气藏。油藏具较大规模的边、底水或有外界水头供给,边外区的弹性能量或外界水头能量是主要的原始驱动能量。
上述马克西莫夫分类,突出了油气藏的天然能量特征,具有一定的应用价值。
(2)多尔仁科夫分类
前苏联靴粗石油科学研究设计院B. H.多尔仁科夫与P. X.穆斯利莫夫等人将油田划分为高效油田和低效油田两类:
①主要含易动用储量的低粘度或高渗透率、较高粘度的高产和中高产油藏,属于高效油田。
②低渗透和个别渗透率较好的中、高粘低产油藏属于低效油田。
多尔仁科夫的这一分类,强调的是油田开发的效果,展不油藏的天然条件似嫌不够,其对开发的指导意义与应用比较受限。
灰岩油藏也就是碳酸盐岩油藏,油藏岩石以碳酸盐岩(包括我们通常所说的石灰石和大理石等)为主,这类油藏由于在成藏过程中受地质构造和自然等因素作用后,油藏孔隙度和渗透率变化比较大,反映为单井产量变化比较大,采用水平井多级压裂技术可以极大改善开发效果。
碳酸盐岩油藏,在油藏成因、储层结构、开发特征、水驱机理等方面均与碎屑岩沉积的砂岩油藏存在着较大的差异。