現代油藏工程理論與設計 緒論 油田開發 油藏工程 ReservoirEngineering 依據詳探成果和必要的生產性開發試驗 在綜合研究的基礎上對具有商業價值的油田 從油田的實際情況和生產規律出發 制定出合理的開發方案并對油田進行建設和投產 使油田按預定的生產能力和經濟效果長期生產 直至開發結束 緒論 油藏工程 油田開發 從總體上來認識和改造油氣藏的一門技術學科 總體 包括兩個方面的意思 一個完整的過程 一是認識和分析組成油藏的各個部分的物理化學性質 及其在油氣開采中的作用 二是在油氣開采過程中 認識油藏內部發生的物理化學變化 機制 及其對油氣開采的影響 緒論 特點 是一門高度綜合的技術學科綜合分析油藏地質 油藏物理 地球物理 測井 物探等 滲流力學 采油工程等方面成果 以及提供的信息資料 對油藏中發生物理化學變化進行評價 預測 提出相應的調整措施 具有整體性 連續性 長期性 緒論 業務領域 開發前期 投產期 開采期 緒論 油氣田開發的發展簡史近代石油工業的起點 1859年美國賓夕法尼亞州SenecaOilCo DRAKE sWell 21米深第一階段 開始 1930年前后 第二階段 20世紀30 s 40 s 第三階段 20世紀40 s 50 s 第四階段 20世紀50 s以后 緒論 科學技術進步推動著石油工業的發展 20世紀20 30年代 重力 地震折射波 沉積學 背斜理論 兩個高峰 1925 1930午 世界年平均發現原油約27億噸 1935 1940年 世界年平均發現原油41億噸 20世紀40 50年代 電測方法 蒸汽法開采稠油 深水鉆井 完井技術 注水開發技術 年平均原油發現率為33 55化噸 注水技術使油田采收率普遍提高了15 20 20世紀60 70年代 板塊理論 地震勘探的疊加技術 定向鉆井技術 大型水力壓裂技術 年平均增長量為37億 56億噸 緒論 進入80 s后期 世界油氣資源的新發現越來越少 油田開發的對象逐步向難開發的地下資源 油氣資源開采的技術難度 投資額度和分險程度日益增高 因此 油藏工程已發展為對多個油藏或整個油區如何制定及實施某種優化的 靈活的 適應全球化的油藏管理經營策略的進程 緒論 近40年全球發現的油氣田規模變化趨勢 緒論 60年代所發現的油藏規模平均為1 15億噸 80年代已降至0 12億噸 90年代進一步降至0 05億噸 單井日產量 1981年為19 5噸 到1995年降至6 7噸 緒論 科學技術進步推動著石油工業的發展為石油工業在動蕩的油價環境中生存和發展起到了保駕護航作用 世界大石油公司勘探開發成本變化趨勢單位 美元 桶 緒論 二十世紀后期石油公司經營戰略跨越了三個階段 20世紀70年代規模取勝時代 20世紀80年代以來成本取勝時代 20世紀90年代以來進入了高新技術取勝的時代 在新的技術革命沖擊下 對石油生產 經營管理以至工作方式 思想觀念產生了深刻影響 在廣泛采用新技術新方法的同時 油公司積極尋求一種新的靈活的具有商業觀點的管理模式 油藏管理 多學科工作組 的出現就是順應這種技術革命的要求而應運而生 緒論 油藏管理概念 1 正確地應用各種資源以求獲得最大經濟采收率 resources 人力 物力 財力 技術 措施 2 油藏管理從操作的角度是 從油藏的發現至枯竭和最終報廢這一全過程中 對油藏進行識別 測量 生產 開發 監督和評價的一整套操作和決策 3 油藏管理就是利用已有資源 人力 技術和財政 通過優化開采并降低資本投資和作業費用來最大限度地提高經濟效益 緒論 油田開發各個階段油氣田開發具有整體性 連續性 長期性的特點 一個油田從發現 投入開發到采出全部可采儲量 需要幾十年甚至上百年的時間 油藏管理始于油田的發現 終于油田報廢 發現 投入開發 本課程討論 1 油藏非均質性2 油田開發模型3 彈性與彈塑性驅替4 二相驅波及效率5 油藏經營管理 第一章油層非均質性及其評價 非均質性 儲層內部的各種主要特性 參數 在空間分布都具有不均勻性 非均質性成因 取決于沉積條件 沉積環境 后生的各種 變遷 作用砂巖儲油層 沉積物性質 沉積環境 成巖過程中壓實 膠結作用 碳酸鹽巖儲層 除沉積環境 成巖作用外 溶解 取代 重結晶 研究意義 認識油水運動規律剩余油分布 開發決策 井網部署 化學驅決策開發指標計算與預測 采收率預測 本章主要討論 研究方法層次分類評價指標應用 第一節油層非均性的研究方法 一 地質方法 目的 搞清滲透率的差異程度和高滲透段區的位置 層內不連續薄層泥質隔層分布1 利用沉積相帶研究油層在平面上有利分布區及變化規律 曲流河沉積模式四種亞相 六種微相 1 河床亞相 谷底滯流沉積 邊灘 灘脊 凹槽 2 堤岸亞相 天然堤 決口扇 3 廢棄河道 4 河漫灘亞相 泛濫平原 泛濫盆地 辮狀河沉積模式三種亞相 六種微相 1 河床亞相 谷底滯流沉積 心灘 2 堤岸亞相 天然堤 決口扇 均不太發育 3 河漫灘亞相 泛濫平原 泛濫盆地 第一節油層非均性的研究方法 一 地質方法 目的 搞清滲透率的差異程度和高滲透段區的位置 層內不連續薄層泥質隔層分布1 利用沉積相帶研究油層在平面上有利分布區及變化規律2 沉積時間單元 或流動單元 的研究3 沉積韻律的研究 河床亞相 天然堤微相 決口扇微相 二 礦場地球物理方法及監測方法 研究宏觀非均質試井 地層測試測地層流體樣品Pi k 裂縫 各向異性 干擾試井 測井方法 宏觀及微觀 自然電位 聲速 密度 井下TV示蹤劑監測與解釋 三 室內方法 微觀 方法 巖心分析 直觀認識油層非均性的重要手段 孔隙注模 顯微觀測 切片分析 常規巖心 特殊巖心 電鏡掃描 核磁共振 孔隙 孔道 孔喉 表面作用 四 數學方法預測技術 井間參數反演 分形幾何等 示蹤劑在非均質油藏中的流動 可動油 巖心T2分布的典型圖 離心后 大孔隙中的可動流體被離出 小孔隙中的束縛流體未被離出 紅線為離心前曲線 蘭線為離心后曲線 離心后可動油峰消失 T2cutoff 第二節油藏非均質性分類 一 決定注水開發油田采收率高低的三要素注水開發油田的采收率 R Hk Sk Lk式中 R 油田采收率 Hk 油田的水淹厚度系數 Sk 油田的水淹面積系數 Lk 油田驅油效率 由上式可知 三個系數高了 注水開發的油田采收率就高 三個系數低 采收率也就低 這三個系數的高低主要取決于以下三個要素 油田的非均質情況 認識油田非均質的程度 解決油田非均質的能力 第二節油藏非均質性分類 二 油田非均質的基本類型油田的非均質從宏觀到微觀可以分為兩大類 介質 流場 非均質和流體非均質 一 介質 流場 非均質介質指的是在油田開發中 提供流體存儲 并讓流體在其中流動的場所或空間 這個場所是非均質的 極其復雜的 按其油氣水在其中運動時所受的控制程度及相互關系 將介質 流場 非均質從宏觀到微觀分6個層次 第一層次 層間非均質 層間非均質研究層與層之間油層性質 油層物性 原油性質等各方面的非均質 這種非均質在多油層籠統注水和采油的條件下 表現為嚴重的層間矛盾 層間非均質是油田中宏觀的 層次最低的非均質 也是當前研究得比較清楚 人們有不少措施可以進行調整的非均質層次 在油田中 層間非均質可能表現為下述幾方面的地質特點 1 儲油層性質之間的非均質同一油田在縱向上可以有多個儲油層 這些儲油層之間油層性質可以大不相同 對于復合油氣藏更是如此 孤島油田中一區5 6層系水淹狀況 1981年8月 1 儲油層巖性之間的差異 2 儲油空間和油氣運移通道不同 孔隙型 裂縫一孔隙型 孔隙一裂縫型 裂縫型 洞隙型 3 層間滲透率的差別油田常用三個指標 滲透率突進系數滲透率級差滲透率變異系數 滲透率突進系數 滲透率級差滲透率變異系數 滲透率變異系數 4 油層厚度和沉積特征及后生作用的差別2 各層油氣水關系是否相同油田油氣水的關系及油氣水層的關系是很不相同的 有的簡單 有的就很復雜 即使是油氣和油水界面很整齊有規律的油田情況也不同 如底水油藏和邊水油藏的差別 邊水活躍和不活躍油藏的差別 具有很大氣頂和只有較小氣頂油藏的差別等 3 各層間天然能量驅動方式和大小不同油田天然能量有水驅 包括邊水和底水 彈性驅 氣項驅 溶氣驅和重力驅動 若一個油田不同層 不同區具有不同的天然能量 而且能量的大小差別很大 在這種情況下 對于不同的油層就要采取不同的開發方式 充分利用天然能量 4 各油層油氣水的性質 壓力 溫度 以至相態可能不同若這種狀況出現就要采取不同的措施 如凝析油氣田的開發就與一般油氣田有很大的不同 5 各個層的壓力系統可能不同 第二層次 平面非均質 平面非均質反映了同一油層不同位置的油層物理性質 如滲透率 厚度 不同 原油性質不同 地層傾角不同 以及由于油層的沉積特征 結構 構造 裂縫發育情況的不同所造成的非均質 這類非均質在同一井筒相同壓差注水或采油的條件下 表現出嚴重的平面矛盾 油層平面非均質是研究油水運動單元內的非均質情況 油層平面非均質主要表現在 1 平面上油層滲透率分布的非均質厚度 孔隙度 流體 2 地層傾角的影響地層傾角大 重力分異作用就明顯 在同一注水井點注水 沿傾向向構造高部位驅油和向構造低部位驅油的效果是不同的 重力所起的作用也是不同的 這樣就增加了平面矛盾的影響因素 3 油層裂縫發育情況不均勻4 油層厚度平面非均質5 不同方向的滲透率不同 1 大量的取心井資料表明 同一油層在縱向上滲透率的分布是很不均勻的 a 均勻層 油層在縱向上滲透率變化不大 b 正韻律油層 下部滲透率高 向上逐漸變低的油層 c 反韻律油層 下部滲透率低 向上逐步變高的油層 d 全韻律油層 指從下部到上部 油層滲透率由高變低 再逐漸變高的油層 或者由低變高后再逐漸變低的油層 第三層次 層內非均質 e 復合韻律油層 指滲透率從高到低或從低到高的變化 在一個油層中交錯迭合 多次出現的油層 f 無韻律油層 在油層縱向上 滲透率變化無規律可循 或是階梯形 2 一個單一的厚油層內由于有巖性和物性的夾層存在 可以細分為幾個段 3 當一個層的厚度很大 或者構造很平緩時 同一井內存在油氣界面或油水界面 甚至兩種界面同時存在 孔間非均質表示砂巖油層孔隙大小不同 有的油層孔隙半徑可相差幾十倍 孔隙與其他孔隙通道多少不同 裂縫寬窄不同也是非均質 油層孔間的非均質形成孔間矛盾 是降低油層孔隙利用系數的主要因素 第四層次 孔間非均質 影響孔隙非均質的幾個因素 孔隙是巖石顆粒間的間隙或巖內的洞孔 所以孔隙參數 包括孔隙度 孔隙半徑中值等 與巖石顆粒之間有很密切的關系 1 巖石顆粒大 孔隙也大2 巖石顆粒粒徑變小 孔隙數目以及孔隙 即顆粒表面積 明顯增加 2 巖石顆粒粒徑變小 孔隙數目以及孔隙 即顆粒表面積 明顯增加 由于孔道形狀 長短 連通關系 孔徑及彎曲程度都不同 會給孔隙驅油效率帶來影響 第五層次 孔道非均質 石油 天然氣和作為驅替劑的水之間存在著明顯的物理 化學和物理化學性質的差異 這些差異在水 氣 和其它驅油劑驅油 氣 的過程中 自始至終地影響著由介質不均質所造成的水驅油過程的不均勻特點的變化和發展 在多數情況下 這些差異使矛盾加劇 在水驅油過程中 這種原油 天然氣和水之間各方面性質的差異稱為流體非均質 二 流體非均質 采收率公式為 R Hk Sk Kk Zk式中Kk 孔隙利用系數 Zk