边底水油藏开发对策

1边底水油藏开发对策前言一、底水锥进机理二、采水消锥机理三、底水锥进的影响因素四、控制底水锥进的方法（一）油井控制底水锥进的方法1、排水采油法2、双管同采抑制水锥技术3、双层完井采水消锥技术4、锥进控制与井下油水分离技术5、人工夹层抑制底水锥进6、水平井控制底水锥进7、注气抑制水锥8、化学堵水控制底水锥进（二）注水井控制底水锥进的方法1、注水控制底水锥进2、采用注聚合物、油水乳状液、泡沫和空气改善注水效果（三）综合治理技术五、控制底水工艺发展趋势2边底水油藏开发对策前言目前我国大部分油田已进入中高含水期，进入高含水期开采之后，产油量递减加快。在这些高含水油田中，底水油藏所占数目巨大，储量丰富。底水油藏储层厚度大水体大，天然能量充足，开发中面临的最突出的问题是如何防止和抑制底水锥进。国内外油田实践经验表明：底水油藏开发的关键技术是抑制水锥或控制底水锥进，最大程度地延长油井无水采油期和控制底水均匀驱替，以达到提高底水油藏开发效果的目的。目前技术措施主要体现在：优化射孔、临界产量与临界压差的控制；采用水平井方案开发底水油藏；在油水界面附近打人工隔板以阻挡底水；开发后期加密井调整技术；完井技术（如双层完井）以及采油技术（如油水分采）等等。一、底水锥进机理在有底水的油藏中，油藏开采以前，水位于油层的下部，油位于油层的上部打开层段下面将形成半球状的势分布（图1），由于垂向势梯度的影响，油水接触面就会发生变形，在沿井轴方向势梯度达到最大。因而，此时的接触面形成喇叭状，这种现象即为底水锥进。从机理上讲，垂向平面上油水接触面的变形和水平面上水驱替前缘的变形是类似的，两者都是由于汇聚于井底的势引起的。随着油井的投产，界面的锥状体将逐渐形成。锥体的上升速度取决于该点处势梯度值的大小以及该处岩石的垂向渗透率，锥体的上升高度取决于因水油密度差（ρw-ρo）引起的重力与垂向压力梯度的平衡。如果油井3的产量小于临界产量，将形成某一稳定的锥状体（图2），其顶部不再向上扩展。因此，只要油井的产量qo小于临界产量qocrit生产，底水的锥状体就是稳定的。当油井产量qo超过临界产量qocrit时，水锥体变得不稳定，并一直上升窜入井底（图3），之后油井开始产水，且含水不断上升。因此，临界产量可定义为无水产出时的最高产量。二、采水消锥机理油井采油时，油藏周围产生压力降，油水接触面将出现变形，当产量增加时，底水层的水越过油水界面向油层侵入，锥体升高，超过一定采油量时，锥体逐渐上升到井底，在此之后，水就大量涌入井筒。油水界面发生变形，水锥高度成为生产量和油藏参数等外部可控参数的复杂函数。4水锥稳定的条件可写为：式中ho———井底到锥顶的距离，m；Pwoc———水界面处压力，MPa；Pwf———井底压力，MPa；hw———油水界面到锥顶的距离，m。在开采过程中，由于Pwf逐渐降低，而要保持平衡，就不可避免地造成hw升高。若要防止水锥，需保持一个很小的开采压差，这显然与实际不相符，也不符合工程要求，同时经济效益也不高。从hw的表达式可知，要保持hw不增加，就必须在油水界面之下作用一个相当于hw高度的压力差来阻止底水上升。换句话说，也就是产生一个压力降，使其等于采油生产时井底产生的hw高度的压头。在油水界面附近施加一个可控流量，形成一定压差来平衡采油过程中造成的油水界面处的压降。根据这一压降条件，可设计出消除底水突破油井的工艺方法，即油层和水层两汇同时生产。该方法可使油水界面上的压力处于相对平衡，油水界面不发生变形。三、底水锥进的影响因素研究文献和生产实践表明，影响底水锥进产生和水锥上升速度的因素很多，主要有：生产压差、射孔打开程度、隔夹层发育及其位置、垂向水平渗透率比、油水粘度比、储层沉积韵律和边底水能量。其中生产压差、隔夹层发育及其位置、射孔打开程度、垂向水平渗透率比是影响底水锥进的关键因素。53.1生产压差在油井产量较低、生产压差较小的情况下，由于油水重力差异，油水界面在油层中均匀、缓慢、大范围地向上托进，当托进到一定程度或生产压差达到一定程度时，水体只在井底附近以很小的范围向上锥进。油井投产初期生产压差过大则会导致水锥的形成；低含水期，过大的生产压差会加速底水的锥进；在中、高含水期，生产压差过小又不足以驱动启动压力较大的中、低渗透带油层，特别是当储层非均质性较强或存在低渗透带、薄夹层时，这种影响会更加明显。造成水锥形成和影响水锥上升速度的因素很多，如射孔井段、采油速度、油层厚度、夹层分布、油水密度差等，其中生产压差是最为敏感而又最难以把握的因素之一。一般来说，油井的打开程度是不容易改变的，但油井的工作制度是可以改变的。因而在实际生产过程中，可调整油井的工作制度，即改变油井的生产压差使油井的生产状态达到最佳。3.2射孔打开程度射孔打开程度是指在射孔完井条件下，射孔井段的含油层厚度与含油层总厚度之比。打开程度是底水油藏开采中的一个重要参数，打开程度高，可以提高油井的产能，但油井见水也快；打开程度低，见水慢，但油井产能低。调研文献表明关于底水油藏的射开程度，生产实践上已有1/3~2/3的大致原则，通常最佳的打开程度为30%。西南石油大学李传亮对底水油藏最佳打开程度进行了研究，发现对于无隔夹层的底水油藏，油井的生产压差、最佳打开程度以及最佳打开程度6下的油井产量，相互之间存在密切的相关性。实际工作中可以通过调整油井的工作制度，即改变油井的生产压差使油井生产达到最佳状态，对应于不同的生产压差，存在不同的最佳打开程度，对于隔夹层比较发育的底水油藏，油井应根据隔夹层分布情况进行射孔。由于油藏的非均质性及各向异性，油井的打开程度可以根据地下油水接触关系，在理论值的前提下区别对待。在确定底水油层的射开程度时，需主要考虑以下两个方面：其一，要满足油层产液能力的需要。由上可知，射开程度越低，其临界产量越高，但由此产生的附加阻力将大大增加，所以说底水油层射开程度不是越低越好。其二，要能最大限度的抑制水锥。射开程度越高，产液能力越强，但油井见水时间越早，所以也不能说射开程度越高越好。因此，应从油井或油田的产能需要、底水油藏的产状与类型来综合确定底水油藏的射开程度。73.3隔夹层的发育及其位置若油层段存在隔夹层，应尽量避免射开隔夹层以下部分油藏厚度段，尽管隔夹层遮挡的这部分油难以采出，却可以尽量延缓底水锥进速度，增加单井采油量。此外，隔夹层的渗透率性和延伸距离对油井生产有一定影响。当隔夹层具有渗透性即物性夹层，虽然有一定延缓水锥的作用，但底水一旦突破就失去了屏蔽水锥作用。由于隔夹层在底水油藏中具有消锥的作用，工艺上可以在距油水界面以上一定距离注入化学剂的方法形成人工隔板，延缓底水的锥进。国内西南石油大学的李传亮等推导了底水油藏中，油井正下方油水界面之上存在一非渗透隔夹层，在均质各向同性地层，稳定渗流等假设条件下的临界产量公式、见水时间公式以及半渗透性隔板底水油藏见水预测公式，对水锥形状做了理论上的探讨，并得出以下结论：(1)隔夹层越厚，临界产量越高；(2)隔夹层半径越大，临界产量越高，但由于隔夹层半径与临界产量是对数关系，对临界产量影响不大。3.4垂向水平渗透率比垂向水平渗透率比kv/kh对底水水锥的影响也是非常显著的。kv/kh的值越小，说明流体平面上的扩散能力远高于纵向上的扩散能力，因此底水在驱替过程中，必将优先向平面上扩散，导致底水向上托进比较缓慢，其结果就是水锥突破时间较晚，无水采出程度较高。随着kv/kh的值不断增大，油井见水时间将不断提前，无水采出程度也将逐渐减小。kv/kh大于1.0以后，油井已无明显的无水采油期。在kv/kh8值从0.05到2.0的变化过程中，油井含水特征曲线逐渐由凹型过渡到凸型。3.5油水粘度比油水粘度比μo/μw对底水影响也比较显著，μo/μw越大，油井无水采油期越短，无水采出程度越小。因此，在底水油藏进行注水开发的时候，若能在注入水中加入适当的增粘剂（如乳状液、泡沫、聚合物等），除能增加水淹体积外，还能抑制底水锥进。影响底水锥进的因素非常多，上面只是提到了一些主要因素，其中生产压差和射孔打开程度的影响尤为突出。四、控制底水锥进的方法底水油藏开发所面临的一个最大问题就是底水锥进，从而导致生产井大量出水。对于底水锥进的抑制，油田工作者进行了许多理论研究，除了制定合理的油田开发方案、合理的油水井工作制度、控制开采速度和井底压力等措施之外，国内外学者还提出了各种各样抑制底水锥进、提高采收率的方法。其中排水采油、人工打隔板技术以及水平井技术是目前国内外关于底水油藏现场施工和理论研究的热点以及解决底水锥进问题的主要措施。（一）油井控制底水锥进的方法1、排水采油法若要防止水锥或水脊，可以在油水界面之下作用一可控流量，形成一定压差来平衡采油过程中在油水界面处形成的压降，来阻止底水上升，根据这一原理设计出控制底水窜入油井的方法，就是排水采油9或采水消锥法。一般排水采油主要分以下几种情况:(l)在直井中，采用双管封隔器在油水界面上部处，封住油水层，用副管采水，主管采油，双管同采来抑制水锥；(2)若用单管封隔器，油管采水，油套环空采油，双层完井抑制水锥技术;(3)若用水平井开采时，在同一直井段中在油水界面之上钻一水平段进行采油，而在油水界面之下钻另一水平段，用来采出一部分水，这样在油水界面附近也造成平衡采出原油所造成的压差，达到消锥的目的。2、双管同采抑制水锥技术双管同采抑制水锥技术的原理非常简单，就是主管和副管同时生产，如图4所示，主管在油层射孔，副管在水层射孔。随着副管将水采出，水锥回落。103、双层完井采水消锥技术底水油藏由于重力的作用自然形成油水界面，双层完井的目的就是在采油过程中保持油水界面稳定，防止水进入采油区，并且不使油进入采水区，如图5所示。该方法设计的关键在于油和水的开采速度以及油、水层射孔段相对于油水界面的位置。该方法的主要原理是：采油时因油井周围的压力降低导致水锥的产生，若在油水界面以下的水层产生一平衡降压，就可以防止水锥的发生。在油水界面以下采水，水从油管采出；在油水界面以上采油，油从油套环空采出。控制采油、采水速度，使油水界面上压力平衡，从而达到油水界面稳定。当变化采油、采水速度时，可能造成油水界面不稳定；当采水速度低于某值时，采出油中就出现水。最终还要变化采油、采水速度以提高产量。双层完井技术理论是成功可行的，能有效地防止底水锥进；这种技术比常规完井技术的偿还成本时间短，可将采油速度提高到超出特11性曲线的范围，这关键取决于经济效益；采出的油可直接输入到油罐中出售，采出的水可直接输入到污水处理系统。实验证明，双层完井技术在控制水锥和消除采出水污染方面取得了成功，为底水油藏的开发提供了广阔的前景，具有很好的经济效益。但该技术不但与油藏地质条件有关，还与采油工艺技术、井况、井深结构、油井深度、固井质量、射孔完井、油井生产动态、油井出水原因等诸多因素有关，对各种技术都有较高的要求，采水和采油的液量比及水层的射孔位置也很难确定，且该技术的投资大、风险也大，这些因素势必限制该技术的运用和发展。因此，双层完井技术里矿场运用仍有很长的一段距离，有待于进一步的完善和发展。4、锥进控制与井下油水分离技术井下油水分离技术是加拿大工程研究中心率先提出的设想，并进行了可行性论证。该项技术通过将水力旋流器与经过改进的多流井下泵相结合，实现采油、井下油水分离和采出水同井回注，具有控水，稳油，节能，节支，增储，环保等多种优点。井下油水分离系统的优点，只有在一定的条件下通过应用才能体现出来。对于底水油藏，该项技术能减缓底水锥进，提高开采效果。底水“锥进”可造成大量的油丢弃在地下，从一个层的顶部很窄的射孔段中采出大量的水可以提高采出量，但往往降低了采油效率。水平井既可减缓水锥趋势，又可保持经济产率。井下油水分离系统能通过上部地层注水或者向水平井段下方地层注水，达到减少产至地面的水量。其方法是“锥进抑制”或“反锥进”。一组炮眼位于油藏含12油部分，另一组炮眼位于对水锥有抑制作用的含水部分。在水锥抑制情况下，液体产自油带和水带内部。此时，从原理上讲，并不要求使用井下油水分离