中级工基础知识

第五部分中级工基础知识第一章储集层与油气藏第一节储集层的性质石油、天然气聚集在油藏中，它（们）存在于油藏里的如同水豆腐（也有形象比喻成含水的海绵）似的岩层中。这就是本节重点要介绍的储集层及其特征。一、储集层的概念储集层在油田勘探开发中的地质概念：能够储存和渗滤流体的岩层，称为储集层。所以储集层具备了两个基本特征——孔隙性和渗透性。也就是说：孔隙性的好坏直接决定着储集层储存油气的数量（能力），渗透性的好坏则控制着储集层内所含油气的产能。虽然储集层的含义强调了具备储存油气和允许油气渗滤的能力，并不是意味着其中一定储存了油气。如果储集层中含有了油气，则该储集层就称为含油气层——油层（气层、油气层）。储集层的岩石基本类型，通常分为砂（砾）储集层、碳酸盐岩储集层、岩浆岩和变质岩及泥页岩储集层三大类。这几大储集层岩石的结构特点如颗粒性、分选型、胶结等，与采油工关系不大，这里不再详述。二、储集层的孔隙性储集层的孔隙性实质是储集岩中未被固体物质所填充的空间部分。它包括粒间孔隙、粒内孔隙、裂缝、溶洞等各种类型。（一）孔隙的大小根据孔隙直径和裂缝宽度以及对流体的作用将孔隙的大小划分3种类型。（1）超毛细管孔隙：孔隙直径大于0.5mm或裂缝宽度大于0.25mm。其中流体在重力作用下可以自由流动，服从水动力学一般规律。（2）毛细管孔隙：孔隙直径在0.5-0.0002mm之间或裂缝宽度在0.25-0.0001mm之间。孔隙中的流体内及流体和孔隙壁之间都处在分子引力的作用下，所以流体已不能在其中自由流动，只有当外力大于毛细管阻力时，流体才能在其中流动。（3）微毛细管孔隙：孔隙直径小于0.0002mm或裂缝宽度小于0.0001mm。孔隙中的流体内及流体和孔隙壁之间都处在相当大的分子引力作用下，所以在地层条件下，流体已不能在其中自由流动。所以，上述3种孔隙中只有前两者对油气的储集才有意义。（二）孔隙度孔隙度是为了衡量岩石中孔隙体积的大小以及孔隙的发育程度而提出的概念，分为绝对孔隙度、有效孔隙度、流动孔隙度。（1）绝对孔隙度：岩石（样）中所有孔隙空间体积之和与该岩石（样）总体积的比值，称为该岩石（样）的绝对孔隙度，用小数或百分数表示。（2）有效孔隙度：是指岩石（样）中那些参与渗流的、相互连通的孔隙空间体积之和与该岩石（样）总体积的比值，称为该岩石（样）的有效孔隙度，用小数或百分数表示，符号为。有效孔隙度是油层储油好坏的重要标志之一，它被用于计算地质储量。（3）流动孔隙度：流动孔隙度是各油田开发实际需要提出的概念，即在一定条件下，流体可以在岩石中流动的孔隙体积与该岩石（样）总体积的比值，称为该岩石（样）流动孔隙度。三、储集层的渗透性储集层的渗透性是指在一定压差下，储集层本身允许流体通过的能力。同孔隙性一样，渗透性也是储集层重要参数之一，它不仅控制着储能，还控制着产能。岩石渗透性的好坏用渗透率来表示。渗透率可分为绝对渗透率、有效渗透率和相对渗透率。（一）绝对渗透率当单相流体充满岩石孔隙，且流体不与岩石发生任何物理化学反应，流体的流动性符合达西直线渗透定律时，所测得的岩石对流体的渗透能力称为该岩石的绝对渗透率。计算公式（达西公式）为：QµLK=-----------(5-1-1)AΔp试中K——岩石的绝对渗透率，µm2；A——岩样截面积，cm2；L----岩样长度，cm；µ----流体粘度，mPa.s；Δp---岩样两端压差，Mpa；Q----压差为Δp下的流量，cm3/s。渗透率的旧单位是达西，它的物理意义是：当粘度为1mPa.s的液体在其两端的压差为0.1Mpa的压差作用下，经过长度为1cm、桔面积为1cm2的岩石（渗流），那么在1s内流过的液体体积为1cm3，则该岩石的渗透率为1D（1D=0.987µm2）。绝对渗透率理论上讲它反映的是岩石本身属性。如用空气测定的油层渗透率叫绝对渗透率，也叫空气渗透率。它反映岩石的物理性质，其单位为微米平方（µm2）。（二）有效渗透率在实际油层内，岩石孔隙并非只被单相流体所饱和，而是两相（油—水、气—水、油—气）或者是三相（油—气—水）流体共同存在。它们不仅与岩石发生各种物理化学作用，而且各相流体之间相互干扰，岩石对每种相的渗透作用与单相流体有很大的差别。为了表示岩石对每一种相流体的渗透性，提出了有效渗透率或相对渗透率的概念，其单位为微米平方（µm2）。所谓岩石有效渗透率是指当岩石孔隙为多相流体通过时，岩石对每一种流体的渗透率。它既反映了油层岩石本身的属性，而且还反映了流体性质及其在岩石中的分布。（三）相对渗透率在实际应用中，为了应用方便，也为了便于对比出各相流体阻力的比例大小，提出了相对渗透率的概念。某一相流体的相对渗透率是指该相流体的有效渗透率与绝对渗透率的比值，它是衡量某一流体通过岩石的能力大小的直接指标，为无因次量。大量的油田开发及实验证明：有效渗透率和相对渗透率不仅与岩石性质有关，而且与流体的性质和饱和度有关。这里先学习一个相关的重要概念：岩石中所含油或水的体积与岩石孔隙体积的比值就叫含油饱和度或含水饱和度，常用百分数表示：含油饱和度=岩石中含油的体积/岩石孔隙体积×100%含水饱和度=岩石中含水的体积/岩石孔隙体积×100%相对渗透率曲线：相对渗透率曲线就是把某相的相对渗透率与饱和度的关系用曲线表示出来，如图5-1-1所示：从曲线中可以看出：随着某相流体饱和度的增加，其有效渗透率和相对渗透率均增加，直到全部为该种单相流体的饱和度，此时其有效渗透率等于绝对渗透率，相对渗透率等于1。四、孔隙度与渗透率的关系孔隙度与渗透率是储集层岩石的两个基本属性，它们之间没有严格的函数关系，因为影响它们的因素很多，一般来说有效孔隙度大，则绝对渗透率也高，在有效孔隙度相同的条件下，孔隙直径小的岩石比直径大的岩石渗透率低，孔隙形状复杂的岩石比形状简单的岩石渗透率低。第二节油层及其分类前面介绍的储集层已是把油藏放大且拉近了一步，现在我们再把它拉近放大一次，即油层——这个油田开采过程中始终离不开的研究对象，详细地学习掌握有关油层的概念内涵。油层广义概念是指，储集层内凡是含有油气条件的岩层都叫油（气）层。在地质上又把它进一步划分为：单油层、隔层、夹层、油层组、油砂体等，如图5-1-2所示。单油层：是指上下泥岩分隔的具有含油条件的砂岩、粉砂岩等岩层，如图5-1-4所示，本图共有7个油层。油层组：是指油层分布状况、油层性质基本相同，在一套相似的沉积环境下形成的油层的组合，如图5-1-3所示，有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ个油层组。隔层：是油层剖面中渗透率相对很低或不渗透的岩层。在注水开发的油田中可以利用隔层来封隔开上下不同层系的油层而防止注入水时发生相互窜通，如图5-1-4所示，共有6个隔层。夹层：一是指油层以外的其他特低渗透或不渗透岩层；二是指在较厚的油层内部有一段很薄的不渗透泥岩，或是有一段在物性上与油层本身相比，渗透率较低的物性夹层，如图5-1-4所示，为物性夹层，它是油田开发中后期调整挖潜的对象。图5-1-2某油藏油层局部剖面图图5-1-3图5-1-2的局部放大图油层厚度：一般是指某井某层段的砂岩（岩层）的厚度或油层组整体厚度。有效厚度：是指某一油层（或油层组）在现有开采工艺技术条件下能够开采出具有工业价值的原油的油层厚度。它比油层厚度小，单位为米（m）。有效厚度与有效渗透率是油田开发过程中方案调整、挖潜等两个非常重要参数；两者之积叫地层系数，是油层（单井、区块等）产油能力的主要参数（标志）。图5-1-4图5-1-3的局部又一次放大图第二章油田开发方案第一节开发层系的划分一、开发层系划分的意义开发层系的划分是非常重要的，特别是我国大多数油田是非均质多油层油田，各油层的特性往往彼此差异很大，合采是不行的。其意义是：（1）合理划分开发层系，有利于充分发挥各类油层的作用；（2）划分开发层系是部署井网和规划生产设施的基础；（3）采油工艺技术的发展水平要求进行划分开发层系等。二、开发层系划分的原则开发层系划分主要目的是把特征相近的油层合在一起，以注水开发油田为例，一般原则是（结合后面的开采方式理解）：（1）独立的开发层系，必须具有一定的经济上允许的可采储量，满足一定的采油速度和稳产时间；（2）独立的开发层系上下必须具有良好的隔层，确保层系间不发生窜通和干扰；（3）同一开发层系内的各油层物性应尽可能接近，减少层间矛盾；（4）同一开发层系的各油层，其构造形态、油水分布、压力系统和原油性质，应基本接近；（5）同一开发层系必须具有经济上合理的、较稳定的生产能力，不宜过细以及满足采油工艺技术的要求。第二节油藏驱动方式油藏驱动就是油层采用什么能量来驱油。一般油藏内油层中油、气、水构成一个统一的水运动系统，在油层未被打开时，油、气、水处于平衡状态，油层内部承受着较大压力而具有潜在的（天然）能源，这些潜在能量，在开采时就是油气在油层中流动的动力来源，而油层中这种天然能量有以下五种。（1）边水或底水压头：通常是油气流动的主要动力，在开采过程中，油水界面不断向油井方向移动，向油藏内部移动。（2）气顶压头：当地层压力下降时，依靠气顶气膨胀驱油，在开采过程中，油气界面下移，移向油井方向。（3）溶解气：当油层压力低于饱和压力时，气体从原油中逸出并不断膨胀，达到驱油目的。随着原油中气体消耗增多，油层能量就逐渐趋近枯竭。（4）流体和岩石的弹性：当油层压力降低时，油层中的流体和岩石产生弹性膨胀，达到驱油的目的。油层的含水区往往很大，它的膨胀总体积也就很大。（5）石油的重力：当地层倾角较大，渗透性较好时有驱油作用。根据上述驱油能量，油藏驱动分为五种类型：即水压驱动、弹性驱动、气压驱动、溶解气驱动和重力驱动。一、水压驱动水压驱动是靠油藏的边水、底水或注入水的压力作用把石油推向井底的，如图5-2-1所示。在水压驱动方式下，当采出量不超过注入量时，油层压力、气油比比较稳定，油井生产能力旺盛，如图5-2-2所示的生产特征曲线。图5-2-1油藏水压驱动示意图二、弹性驱动弹性驱动是钻开油层后，地层压力下降，引起地层及其中液体发生弹性膨胀，体积增大，从而把石油从油层推向井底，这种驱动方式称为弹性驱动，是油藏的主要驱油动力来源。如图5-2-3所示的生产特征曲线，其驱油特点是，开采过程中天然气处于溶解状态，日产油量不变，气油比稳定，油层压力逐渐下降。图5-2-2水压驱动生产特征曲线图5-2-3弹性驱动生产特征曲线三、溶解气驱动溶解气驱动依靠石油中溶解气分离时所产生的膨胀力推动石油流向井底，叫溶解气驱动。这种驱动方式驱油效果差，采收率低，一般不采用。气压驱动和重力驱动不是通常采用的，此处略。第三节油田的开发方式井网布置及油田注水方式已经在初级部分介绍，本节重点介绍井网与层系的关系，及配产配注。一、井网与层系的关系井网与层系的关系实际是平面与剖面的关系，是学习掌握的难点。在不同的油田、同一油田不同地质条件的各区块，井网与层系的关系都有差别，下面就以某油田EF区块的井网与层系为例详细介绍。如图5-2-4、图5-2-5所示，该区块共分为三套井开发，均采用反九点法面积注水；油层共有七组，其中最上一组有气顶没有射孔，最下面一组油层发育较差也没有射孔；第三油层组发育较好，单独作为一个层系开采，即第一套井网（11、12、13、…、19井）；第二、四油层组油层物性较接近合为一个层系开采，即第二套井网（21、22、23、…、29井）；第五、六油层组油层发育都较差，故也划分为一个层系开采，即第三套井网（31、32、33、…、39井）。图5-2-4某油田EF区块井网（共计三套反九点法）平面示意图图5-2-5某油田EF区块层系注采关系（A1向）剖面示意图二、配产配注配产配注是油田开发过程中一项非常重要的工作内容，是油田开发原则、层系划分、井网布置及开采方式确定后的首要任务，即配产配注方案的编制。配产配注就是对于注水开发的油田，为了保持地下流动处于合理状态，根据注采平衡、减缓含水率上升等开发原则，对全油田、层系、区块、井组、单井直至小层，确定其合理产量和合理注水量。从开采过程和时间上配产配注可分为某一个时期（3-5年）的配