高含水期油田開發技術

高含水期油田開發技術是指隨著油區勘探程度的不斷提高, 可供開發的優質儲量越來越少, 油田儲采失衡非常突出, 油田產量持續遞減。重新認識油藏, 發展套用提高採收率的綜合配套技術, 探索新的開發方式, 夯實油田穩產基礎, 實現油田的持續穩定發展的技術。

基本介紹

• 中文名：高含水期油田開發技術
• 外文名：Oilfield development technology in high water cut stage
• 目的：提高採收率
• 必要性：油田產量遞減
• 方法：層系調整、結構最佳化、水動力學等
• 發展趨勢：多種技術綜合套用

發展概況

國外

高含水期油田開發是一個系統工程, 幾乎涉及到油田開發研究的各個方面。當前的科技發展有兩個顯著特點, 一是多學科的互相滲透、互相配合來解決開發問題。其中有代表性的是20 世紀80 年代開始形成的油藏經營管理的提出、套用和發展。油藏經營管理就是綜合技術、經濟等多種因素, 利用多學科互相協同, 實現油田開發目標的一種方法, 也是一種過程的最最佳化, 適應了現代油田開發的需要。二是大量的高新技術被引入並被套用於油田開發, 從而大大提高了油田開發。

1 . 加密鑽井方法

國外高含水期油田鑽加密井仍是一種主要調整方法。研究的重點是採用多學科結合方式, 最佳化新井布置方案。發展趨勢是採用更科學的綜合研究方式和先進的技術布置新井。

2 . 水動力學調整方法

水動力學方法是純粹依靠改變油層的流場實現油田的調整。俄羅斯對這種方法十分重視, 研究了改變單井工作制度和改變井網層系兩大類水動力學方法。對周期注水、改變液流方向的機理和效果進行了大量研究, 每年增產油量大大超過EOR 的增產油量。發展趨勢是水動力學方法和EOR、井下措施等綜合研究以提高效果的方法。

3 . 各種井下措施

高含水期油田的主要井下措施包括調剖、堵水、解堵、增注等。與化學驅的研究和套用相反, 國外化學劑套用於井下措施的數量正在大大增加, 研究工作也相應有很大發展。井下措施化學劑的發展趨勢是具有選擇性、高效性、深處理性和耐高溫性。此外傳統的井下措施如壓裂、酸化等也得到進一步研究以使其套用對象範圍更廣、效果更好。如壓裂的端部脫砂技術、強制閉合技術、現場實時檢測技術和酸化的延遲酸化技術等。發展趨勢是研究適用性和效果更好的技術。

4 . 水平井的套用

水平井開採技術始於20 世紀30 年代, 於80 年代開始工業化, 到2000 年全世界已完鑽水平井23385 口, 其中美國已完鑽水平井10066 口, 加拿大為9665 口。水平井的成本是直井的1 . 2～2 倍, 產量是直井的3～5 倍。

國外水平井在高含水期油田的研究和套用主要是水平井注水井網, 開採頂部或油氣界面、油水界面中的剩餘油, 套管開窗側鑽超短半徑水平井開採剩餘油以及水平井與EOR 方法的結合。由於採用水平井可提高驅替速度、增加毛細管數而提高採收率, 發展趨勢是小井眼水平井、分枝井、結合隨鑽測井系統並與其他方法相結合的綜合研究。目前Becdrill 公司研究的小井眼鑽井系統曲率達到23°/ 30 m 至4°/ 30 m。

5 . 油藏數值模擬研究技術

油藏數值模擬廣泛套用於高含水期油田開發的各個方面, 可以說, 沒有現代的油藏模擬技術就沒有現代的油藏開發和管理技術。20 世紀80 年代是油藏模擬技術走向成熟的年代, 除黑油模型外相繼發展了組分模型、雙重介質模型、熱采模型、化學驅模型等, 形成了可用於不同儲層類型、不同流體性質、不同開發過程的油藏數值模擬技術。今後隨著工作圖形顯示技術以及大規模超高速計算機的發展, 數值模擬向著使用方便、直觀、計算精確以及高度集成方向發展。

國內

1993 年底我國油田綜合含水量達80 . 2% , 進入了高含水期開採。許多油田實施了“穩油控水” 工程, 即在降低油田產液量和綜合含水上升速度的同時, 保持油田穩產。在過去油田開發經驗和技術的基礎上, 形成了一套“ 穩油控水” 的新技術體系, 取得了較好效果。“穩油控水” 新技術體系有兩個顯著的特點: 第一個特點是多學科、多種技術的配合, 在“ 穩油控水” 新技術體系中涉及了油田地質、地球物理、油藏工程、數值模擬、採油工程、鑽井工程、儲輸工程、環境保護等許多學科; 採用了三維地震、油藏精細描述等為內容的油田地質核心技術, 取心、剖面測試、開發測井、試井為內容的油田監測技術,分層注水等為內容的油田注水技術, 壓裂、酸化、調剖、堵水等為內容的油田井下措施技術; 有桿泵、電潛泵、螺桿泵等配套的油田採油技術等。第二個特點是通過研製、開發、引進, 在油田開發工作中採用了大量的高新技術, 使各單項技術和多學科技術的整體水平不斷提高。

1 . 井網綜合調整加密技術

通過對流動單元儲量動用狀況和剩餘油分布的研究, 確立了以流動單元為調整對象、進行注采井網局部完善、強化注采系統和注采井網重新細分最佳化組合為主要內容的特高含水期井網調整技術。具體包括以下4 個方面內容:

①剩餘油挖潛的技術經濟界限, 根據投入產出原理, 建立了各種措施以及加密調整井的技術經濟界限;

②井網局部完善調整;

③注采井網重新細分最佳化組合調整;

④老井綜合治理技術。

2 . 高效調整井技術

我國高效調整井在保持油田穩產、增加可采儲量等發揮了巨大的作用。高效調整井的布井方式和密度取決於剩餘油的豐度和質量, 一方面要保證調整井的經濟合理性, 另一方面要有利於控制調整對象的平面和層間干擾, 達到較高的儲量動用程度, 使用的手段包括油田地質構造研究、沉積相研究, 以及結合測井和開發分析, 確定剩餘油富集區。

3 . 水動力學方法

作為水動力學方法中的周期注水技術和改變液流方向已在我國得到推廣套用, 幾乎所有大油區都有油田在實施。在我國, 套用水動力學調整方法也得到較好的套用例子。如喇嘛甸油田改變液流方向的注采系統調整; 大慶長垣南部和扶餘油田的周期注水; 勝坨油田勝二區沙二段的封堵大孔道; 王場油田的單井吞吐; 任丘、莫州油田的降壓開採等。這些成功的實例說明水動力學方法在我國有著極為廣闊的套用前景。

4 . 油層分注技術

全國所有多層注水砂岩油田都進行了油田分層注水工作, 形成了一整套分層配注、測試的管柱系統。特別是斜井分層注水技術解決了斜井分注問題, 具有良好的經濟效益。該技術利用斜井分層配注管柱, 對斜井進行分層注水, 並實現分層流量的測試, 滿足斜井分注的需要, 可實現3～5 層分注。勝利油區針對油藏地質特徵, 通過理論研究和礦場試驗,形成具有勝利油區特色的分層注水工藝技術, 包括常規懸掛式分層注水工藝管柱及錨定補償式細分層注水管柱。

5 . 化學劑堵水調剖技術

化學劑調剖已成為注水井調剖的常規方法。初期多採用聚丙烯醯胺, 現已發展為高分子共聚物、交聯聚合物凝膠等的深部調剖。採用水泥或聚丙烯醯胺、聚丙烯腈及其改進的選擇性堵水劑, 已成為油田堵水的常規方法。

6 . 機械堵水技術

採用封隔器堵水是我國廣泛使用的機械堵水方法, 近幾年發展起來的閉式機械找堵水工藝技術、液力可取式橋塞堵水技術、超細水泥封堵技術等開始擴大現場試驗並推廣套用, 工藝成功率、有效率都在90%以上, 起到了很好的增產油量, 減少產水的作用。

7 . 壓裂、酸化增產增注技術

這是一種傳統的方法, 在我國早已普遍套用。近幾年發展起來的細分酸化改造工藝、注水井暫堵酸化工藝技術以及緩生酸深部酸化技術等技術已在現場得到推廣套用, 取得較好效果。

8 . 水平井開採技術

自20 世紀90 年已先後在勝利、新疆、塔里木、中原、江漢、江蘇、長慶、吐哈、青海、大港、克拉瑪依、大慶、遼河等油田推廣套用, 目前, 我國每年完鑽水平井80～100口。

9 . 資料庫技術及其計算機套用

我國各油田都建立了本油田的地質開發資料庫, 計算機技術廣泛套用於油田開發工作的各個方面。

技術水平對比

從國內外高含水期油田開發科技水平可以看出, 在整體水平上, 我們落後於國外, 存在著一定的差距, 主要表現在以下幾個方面。

1 . 高含水期油田經營管理方法

國外已形成了一整套油藏經營管理方法, 利用多學科技術綜合解決問題, 並且建立了明確的操作程式和相應的組織。我國也初具油藏經營管理的雛形, 採用多學科協同解決問題, 但還沒有形成統一的操作程式和相應的組織, 在成熟程度上不如國外。

2 . 新方法、新技術的研究

國外對高新技術引入油田開發工作十分重視。美國和俄羅斯在高含水期油田開發技術上的創新點比較多。我國雖然形成了一套適應我國高含水期油田開發特點的開發技術, 但創新不夠, 很大一部分是跟著國外的新技術走, 超越國外水平的新技術很少。

3 .與國外技術對比

與國外相比, 我國高含水期油田開發技術的研究工作還有不少空白。如剩餘油物理化學性質研究等, 有待於填補。此外, 與國外相比, 我國高含水期油田開發技術的裝備研究差距比較明顯。如一些測試儀表的精密程度與解析度, 一些工具的性能等。高含水期油田開發技術的理論研究包括實驗設備研製, 與國外也有差距。

4.建議

鑒於以上差距, 對提高我國高含水期油田開發科技工作水平提出以下建議:

(1) 高含水期油田開發技術涉及幾乎所有有關油田開發的技術, 是一項大的系統工程, 要提高它的整體水平, 必須從提高每個學科、每個單項技術水平做起。

(2) 加強研究建立適應我國高含水期油田開發實際的油藏經營管理目標、程式、法規及相應的組織, 更有力的促進現代油田經營管理在我國高含水期油田開發中發揮作用。

(3) 大力鼓勵具有創新意義的新工藝、新技術的研究, 加快趕超國外水平。

(4) 對我國高含水期油田開發的空白技術加緊填補, 使一些國外有的、我們沒有的、而對我們又很具有套用前途的研究項目能在我國儘快開展研究。

(5) 加強硬體研究, 這是提高我國高含水期油田開發科技水平的關鍵問題之一。

(6) 加強高含水期油田開發技術的基礎理論研究及實驗設備的研究和設定工作。

(7) 將國內外科技新成就及時引入到高含水期油田開發工作中來, 與整個國內外的科技水平保持同步。

(8) 及時引進、消化、套用國外高含水期油田開發的先進科技成果。

技術方法

井網層系綜合調整技術

油田進入高含水期, 地下油水分布出現了重大變化, 反映在油田開發動態上表現為含水量很高, 單井產油量下降, 調整井效果明顯變差, 井下作業措施效果降低, 導致油田產量遞減加快。根據現有資料分析, 剩餘油的分布主要有以下幾種類型:

①不規則大型砂體的邊角地區, 或砂體被各種泥質遮擋物分割所形成的滯油區;

②岩性變化劇烈, 主砂體已被大面積水淹, 其周圍呈鑲邊或搭橋形態存在的低滲透差儲層或表外層;

③現有井網控制不住的砂體;

④斷層附近井網難以控制的部位;

⑤ 斷塊的高部位, 微構造起伏的高部位,以及切疊型油層的上部砂體;

⑥井間的分流線部位;

⑦正韻律厚油層的上部;

⑧注采系統本身不完善, 如有注無采、有采無注或單向受效等而遺留的剩餘油。

在高含水期, 開發挖潛的主要研究對象是高度分散而又局部相對富集的、不再大片連續分布的剩餘油, 目的是增加可采儲量、提高水驅採收率, 這就需要更深入、更精細的地質和油藏工程研究。為了充分動用中、低滲透油層, 減少層間干擾, 必須進行層系的細分; 為了調節平面差異性的影響, 采出呈高度分散狀態的剩餘油, 必須進行注采井網的調整完善。兩者一般同時進行, 互相結合。

注采結構最佳化技術

國內外大多數多油層砂岩油田注水開發實踐表明, 由於油層非均質性的存在, 導致油田開發不均衡, 一般是滲透率高的好油層先動用、先水淹、先進入高含水期; 滲透率低的難采儲層動用不好或不動用, 通過加密調整逐步得到動用, 後進入高含水開發期。即油田開發的可開採儲量由易到難, 開發層系由粗到細, 開發井網由稀到密。在油田不同的含水階段, 由於地下油水分布以及油水井開採條件的變化, 油田穩產的具體做法是不同的。

通過對國內外一些注水開發油田中高含水期開發資料的分析, 從采液速度和採油速度的變化特點上, 可以把該階段的油田分為提液穩產、穩液降產、降液控水三種開發模式。採用提液穩產開發模式的水驅油田, 初期開採速度一般不太高。在開採過程中, 隨著含水率上升, 採用各種措施逐步提高產液量, 以彌補油田可能出現的遞減, 保持油田較長時間穩產, 一般穩產期可達7～12 年, 提液措施主要包括增加開發井數、改善滲流條件、擴大生產壓差、提高生產時率等。但採用這種開發模式的油田採油速度一般不高於2% ,穩產期末綜合含水率一般不超過80%。由於產液量逐年大幅度增加, 導致了各項地面配套工程頻繁更新改造, 使原油成本急劇增大, 經濟效益變差。

採用穩液降產開發模式的油田, 初期開採強度大, 採油速度高。開採過程中, 油田采液速度變化不大, 穩產時間較短, 一般不超過6～8 年。但由於地面設施改造及井下措施工作量少, 因而原油成本增長比較緩慢, 經濟效益相對較好。

水動力學方法

注水是當今世界油田採用的主要開發方式, 是最經濟有效的提高採收率的方法。注水油田的高含水採油期, 是注水油田開發過程中一個重要的時期, 我國中等粘度的注水油田, 有一半左右的水驅可采儲量將在高含水期采出。油田進入高含水期開採後, 在穩定注水條件下, 注入水很難擴大波及體積, 大部分水沿已經形成的水竄通道采出地面, 使注入水的利用率越來越低。而且在該階段隨著油田綜合含水的升高, 地下油水分布日益複雜,油、氣、水和岩石的性質發生許多變化; 伴隨油田采出水量逐漸增加, 開發工作量逐漸加大; 增產增注的措施效果越來越差; 井況也越來越差。因此高含水期的調整工作, 關係到整個油田開發水平的高低, 不僅難度大, 而且非常重要。

以改變油層中的流場來實現油田調整的方法稱為水動力學方法。它的主要作用是提高注入水的波及係數, 是改善高含水期油田注水開發效果的一種簡單易行、經濟有效的方法。

注水油田開發調整的水動力學方法的概念最早是由前蘇聯人1986 年提出的。在此之前, 雖然這種方法早已在套用, 但沒有專門地分出和研究。由於它在注水油田開發調整中的重大價值, 而逐漸引起人們的注意, 並從1986 年起把它作為獨立的方法進行研究。水動力學方法按其作用的特點又可分為兩種類型:

①通過改變井的工作制度, 實現油田強化開採的方法;

②改變初始採用的井網和層系的調整方法。水動力學方法與三次採油方法相比, 水動力學方法工藝比較簡單, 成功率高, 效果顯著, 投資較小, 經濟效益好; 而三次採油方法工藝比較複雜, 投資大, 風險大。水動力學方法往往只需要很小的工作量就能獲得較大的成效。水動力學方法由於實施比較容易, 投資比較少, 而得到了廣泛的套用。在國外, 前蘇聯1988 年在32 個生產聯合公司的210 個油田上進行了336 項試驗和推廣提高採收率工作,其中熱采47 項, 物理、化學法105 項, 水動力學法214 項。

發展趨勢

高含水期油田開發套用技術的趨勢是除繼續套用新的單項技術外, 更重要的是多種技術的綜合套用, 以便取得更好的綜合效果。這種綜合套用大到油藏經營管理的多學科專家組對各種技術的綜合套用, 小到一個具體措施採用多種技術的綜合套用解決問題。

在高含水期油田中運用多學科協作解決問題。高含水期油田改善開發效果提高採收率本身就是一個綜合性問題, 必須加強地質、物探、測井、鑽井、地面工程與採油部門之間的協作, 以及地質、物探、測井、鑽井、油藏工程和採油工程等各有關學科之間的密切配合, 組成一個多學科專家組。例如美國普魯德霍灣油田為了布加密井組成了多學科專家組, 在這個專家組內, 鑽井和設備工程師的任務是對鑽井設備和地面設備進行篩選, 使專家組在作出最終決策之前對合理的地理條件、成本和工程投資風險有全面的了解。地面工程師負責地面管線和設備的設計工作, 通常這一設計工作按地面設備安裝的最佳化方案進行。地質學家的主要任務是對影響加密井的流體流動和產能的地質因素進行描述。油藏工程師的任務是為加密井選定驅油機理和開採方式, 同時對目標區塊的地質儲量和可采儲量進行估算, 以供經濟分析之用。採油工程師負責對目標區進行流體監測, 確定油井是否受到損害, 並決定是否採取重鑽或增產措施; 通過目標區的生產歷史分析, 為油藏工程師的物質平衡計算提供所需的資料。

很多資料表明, 計算機和油田資料庫是多學科專家組正常運行的保證。例如美國的ShoVelTum 油田, 1990 年採用了三維地震工作站和地質工作站, 這兩個系統共享一套公用的資料庫, 在此基礎上, 多學科專家組對這個原始採收率較低(11 . 2%) 、已開採80 年的老油田進行了研究, 使該油田的Countryline 單元的可采儲量在原來的基礎上提高了78%。

為了從組織上落實多學科專家組, 哈里伯頓公司於1991 年成立了一個油藏描述隊,現已擁有數十名科學家。這個隊是一個多學科的隊伍, 其人員包括地質學家、地球物理學家、地球化學家、生物地層學家、計算機學家、油藏和採油工程師、工程項目經理、系統工程師。經過綜合研究, 建立三維地質模型。然後把模型與經濟評價結合起來, 制訂出供選擇的油藏管理對策。