主要內容
一個含油構造經過初探，發現工業油氣流以後，緊接著就要進行詳探並逐步投入開發。所謂油田開發，就是依據詳探成果和必要的生產試驗資料，在綜合研究的基礎上對具有工業價值的油田，按石油市場的需求，從油田的實際情況和生產規律出發，以提高最終採收率為目的，制定合理的開發方案，並對油田進行建設和投產，使油田按方案規劃的生產能力和經濟效益進行生產，直至油田開發結束的全過程。在正式開發方案中須對以下油藏工程問題加以研究：
1）分層系開採的油藏要合理劃分與組合開發層系；
2）不同開發層系經濟合理的井網密度；
3）油藏的驅動方式及油井的採油方式；
4）生產井的合理工作制度；
5）需注水開發的油藏，還要確定不同層系的合理注 水方式，注水井的合理工作制度及最佳注水時機；
6）保持壓力水平；
7）合理採油速度，預測穩產年限及最終採收率；
8）對斷塊油田，分開發單元研究其靜、動態特徵及 各單元油藏工程技術對策；
9）對低滲透油田，要研究裂縫方位與井網最佳化配置和採用水平井整體注水開發裂縫性低滲透油藏；
10）對於稠油油田需研究熱采問題；
11）開發區經濟技術指標，預測油田開發趨勢；
12）各種開發方案的分析對比，提出最優方案。
所需資料
編制油田開發方案需大量的靜、動態資料，對開發區掌握情況越多，編制的開發方案越符合該區的實際狀況，在編制一個區的油田開發方案時需要以下資料：
1.地質特徵資料；
2.室內物理模擬實驗資料；
3.壓力、溫度系統及初始油分布資料；
4.動態資料；
5.一些特殊資料。
原則
在一定的社會經濟條件下, 多種開發方案中只可能有一個最好的, 也就是所謂合理的開發方案。制定和選擇合理開發方案的具體原則是:
(1 ) 在油田客觀條件允許的前提下( 指油田儲量和油層及流體物性) , 高速度地開發油田, 以滿足國家對原油日益增長的需要。也就是說, 一個具體油田的合理開發方案應該能夠保證該油田順利地完成國家分配給它們的任務。
(2 ) 最充分地利用天然資源, 保證油田的原油採收率最高。
(3 ) 具有最好的經濟效果。也就是說用最少的人力、物力、財力耗費, 采出所需要的石油。
(4 ) 油田穩定生產時間長, 即長期高產穩產。
為了滿足上述要求, 在制定和選擇開發方案時, 應力爭做到“五個合理”, 即合理地劃分開發層系、合理的井網部署( 布井形式和井排距)、合理的油井工作制度、合理的注水方式和注水強度以及留有合理的後備儲量面積。
合理劃分開發層系
油田的層狀非均質性是影響多油層油田開發部署和開發效果的最重要的因素。合理地劃分與組合開發層系是從開發部署上解決多油層油田層狀非均質性的基本措施。
當前世界上新投入開發的多油層大油田, 在大量進行同井分采試驗的同時, 基本上採取劃分多套開發層系開發的方法。例如前蘇聯新投入開發的薩莫特洛爾大油田, 九個油層劃分為四套開發層系。羅馬尼亞的丘列世蒂油田, 三個產油層( 岩性分別為砂岩、泥質砂岩和灰岩) 劃分為三套開發層系。我國大慶、勝坨等油田也都是採取劃分多套開發層系的。
1. 劃分開發層系的意義
(1 ) 合理地劃分開發層系, 有利於充分發揮各類油層的作用。合理地劃分開發層系, 就是把特徵相近的油層組合在一起, 用單獨一套開發系統進行開發, 並以此為基礎進行生產規劃、動態研究和調整。
在同一油田內, 由於儲油層在縱向上的沉積環境及其條件不可能完全一致, 因而油層特性自然會有差異, 所以開發過程中層間矛盾也就不可避免要出現。如果不能合理地組合與劃分開發層系, 將是開發中的重大失策, 會使油田生產出現重大問題而影響開發效果。例如,高滲透層和低滲透層合採, 由於低滲透層的油流動阻力大, 其生產能力往往受到限制; 低壓層和高壓層合採, 則低壓層往往不出油, 甚至高壓層的油有可能竄入低壓層; 在水驅油田,高滲透層往往很快水淹, 在合採的情況下會使層間矛盾加劇, 出現油水層相互干擾等情況,嚴重影響採收率。
(2 ) 劃分開發層系是部署井網和規劃生產設施的基礎。確定了開發層系, 一般也就確定了井網套數, 因而使得研究和部署井網、注采方式以及地面生產設施的規劃和建設成為可能。
(3 ) 採油工藝技術的發展水平要求進行層系劃分。一個多油層油田, 其油層數目往往多達幾十個, 開採井段有時可達數百米。為了充分發揮各油層的作用, 使它們吸水均勻、出油均勻, 在採油工藝方面往往採用分層注水、分層採油和分層控制的措施。目前的分層技術還不可能達到很高的水平, 因此就必須劃分開發層系, 而使一個開發層系內的油層數不致過多, 井段不致過長, 以便更好地發揮工藝手段的作用, 將油田開發好。
(4 ) 油田高速度開發要求進行層系劃分。用一套井網開發一個多油層油田必然不能充分發揮各油層作用, 尤其是當主要出油層較多時, 為了充分發揮各油層作用, 就必須劃分開發層系。這樣才能提高採油速度, 加速油田的生產, 縮短開發時間, 並提高基本投資的周轉率。
2. 劃分開發層系的原則
(1 ) 把特性相近的油層組合在同一開發層系, 以保證各油層對注水方式和井網具有共同的適應性, 減少開採過程中的層間矛盾;
(2 ) 一個獨立的開發層系應具有一定的儲量, 以保證油田滿足一定的採油速度, 並具有較長的穩產時間, 達到較好的經濟指標;
(3 ) 各開發層系間必須具有良好的隔層, 以便在注水開發的條件下, 層系間能嚴格地分開, 確保層系間不發生串通和干擾;
(4 ) 同一開發層系內油層的構造形態、油水邊界、壓力系統和原油物性應比較接近;
(5 ) 在分層開採工藝所能解決的範圍內, 開發層系不宜劃分過細, 以利於減少建設工作量, 提高經濟效果。
油田開發方式及注水方式的選擇
油田開發方式就是指油田在開發過程中依靠什麼能量來驅動石油。根據滲流力學的理論, 儲油層中的油、氣、水處於一個統一的水動力系統中。在油層未開採時, 油、氣、水處於平衡狀態, 而且整個油層內部承受著較大的壓力, 具有潛在的能量, 這些潛在能量的存在, 在開採時就成為推動油層中的液體和氣體流動的動力來源。油田開發方式的選擇, 應根據油田的地質條件和國家對原油的需要來確定。一般來說, 如果油層分布均勻, 連通性好,外圍又有廣大的含水區, 而且邊水很活躍; 或油田有很大的氣頂, 油層垂向滲透率很高, 連通性較好; 或油田面積較小, 依靠天然能量開採能滿足國家對原油產量的要求時, 可以依靠天然能量進行開發。但國內外油田開發實踐表明, 一個油田的天然能量即使非常充分, 只依靠天然能量進行開發, 往往採油速度低, 原油產量不能滿足國家要求, 同時油田採收率低,開發時間長。因此, 我國油田開發方針是進行早期人工注水, 以保持油層壓力。
當採用注水保持油層壓力的方法開發時, 就需要確定注水方式。所謂注水方式, 實際上就是研究注入井在油田上的分布形式。注入井的布置形式不同, 注入方式也就不同。從注入井在油田上的位置來講, 注水方式可分為邊外注水、邊緣注水和邊內注水( 內部注水) 三種。從注水井的相對位置來講, 注水方式可以分為行列注水、面積注水、環狀注水、不規則點狀注水四種。
以上各種注水方式可以進一步歸納為: 邊緣注水、切割注水和面積注水法三種形式。
1. 邊緣注水
根據油層的地質物性參數變化情況, 又可分為三種方式:
(1 ) 緣外注水 注水井按一定的距離分布在含油外緣以外的含水區內, 並大致平行於含油外緣。採用這種方式時, 要求含水區內滲透性較好, 含油區和含水區之間連通好。
(2 ) 緣上注水 當含油外緣滲透性很差時, 可將注水井直接布置在含油內緣上, 甚至布置在油藏外緣不遠的地方。
(3 ) 緣內注水 也稱邊內注水, 即將注水井布置在含油內緣以內, 這種方法在整個含水區的滲透性很差或存在不滲透邊界時採用。邊緣注水法, 無論是緣內注水或緣外注水, 注水井列和生產井列都應平行於含油邊緣,以保證含油外緣及內緣向油藏中心部分均勻推進。這種注水方式只有在油田面積不大時採用。對油田面積較大的油田採用這種方法將延緩開發時間, 降低開發速度。另外, 這種方式使一部分注入水流向外圍含水區, 降低了注入水的利用效率。
2. 切割注水
對於開發面積較大的油藏, 為了最有效地利用自然資源, 保證較高的開發速度, 可以利用注入井排人為地將油藏切割成若干塊, 每塊切割區可以看成是一個獨立的開發單元, 注水井和生產井成行排列, 兩排注水井之間有3～5 排生產井。
如果油藏面積適宜在邊緣注水, 還可以採用頂部軸線或腰部切割注水。在油田面積不大, 油層邊部地質物性參數太差的情況下, 也可以單獨採用頂部軸線切割或腰部切割注水方式。
採用這種注水方式有很多優點: 它可以使大油田各部分都能受到注入水的影響, 保持高產穩產; 可以在油田一開始投入開發時, 在注水井排液階段就采出大量原油; 可以根據油層探明程度, 邊勘探邊建設, 一個開發區一個開發區地進行建設和投產, 而不影響已開發區的生產。
切割注水適用於面積大, 油層分布比較穩定, 形態比較規則的油層。由於注水井鑽在含油區內, 因此注入水全部成為驅油動力。這樣使每口油井至少與一口注水井連通, 使每口井都受到注入水的充分影響。但由於注水井增多, 注水邊線也增加, 在油層非均質情況嚴重時, 或控制調節不當時, 容易造成舌進現象, 從而影響油田採收率。對於分布不穩定, 形態不規則或呈透鏡分布的油層, 在相同井網密度條件下, 採用面積注水將比切割注水效果更好, 更符合油田的地下情況, 更能高速度地開採石油。
3. 面積注水
當油層滲透率較小, 油層分布不穩定, 形態不規則, 而且油層非均質性較嚴重, 要求的開發速度又較高時, 可採用面積注水方式。面積注水的井網布置, 基本上可以分為兩種:
(1 ) 線性注水系統。注水井等距離地沿著直線分布, 生產井也沿著直線分布, 一排注水井對應於一排生產井, 生產井排與注水井排相平行。這種注水方式實質上是更強化的切割注水。在這種布井方式下, 每口注水井對著兩口生產井。反之, 每口生產井由兩口注水井供應。生產井和注水井的井數比例為1∶1。
(2 ) 強化注水系統。這是典型的面積注水系統, 其井網嚴格地按一定的幾何形狀布置。可分為四點系統、五點系統、七點系統、九點系統和反九點系統。
上述幾種面積布井方法, 符合強化注水採油的要求, 可以使注入水影響的面積達到最大範圍。但在確定注水井數及注水量時, 應該考慮其經濟上的合理性。注水方式的選擇必須考慮油田的構造性質, 油、氣、水的分布, 地面管理和後期調整的主動性。
合理井網部署
在確定了獨立開發層系以後, 就要在油藏上布井。合理的井網部署應以提高採收率為目標, 力爭有較高的採油速度和較長的穩產年限。對於不同的注水方式, 井網部署的研究內容也不同, 如行列切割注水方式的井網部署主要研究內容包括: 切割方向、切割距、排距、排數及井距; 面積注水方式的井網部署主要研究內容是井距或井網密度。合理的布井形式取決於油層地質物理特性和油藏的驅動方式, 同時也取決於所要求的油田開發速度。
在壓力驅動方式下(水驅和氣驅) , 由於能量來自一個或幾個方向, 為了保證充分利用這些能量, 以獲得最高的生產水平和原油採收率, 應按排狀布井, 並使井排和含油邊緣平行。為了減少遮擋作用, 避免舌進現象發生, 注水井排和生產井排以及相鄰的兩區生產井排上的井位應錯開。面積注水時, 應按網狀布井。
在溶解氣驅及底水驅動方式下, 由於能量來自整個油田面積, 而不是來自某一方向, 因此生產井應該在整個油田面積上按均勻的幾何形狀分布, 即網狀布井。
布井的另一個問題是確定井數。因為油田是依靠油井產油的, 油井太少, 不僅開發速度低, 不能滿足國家的需要, 而且採收率也受到影響。但是, 如果鑽的井太多, 由於井的相互干擾嚴重, 則會使單井產量下降。對於水驅油田, 增加井數不僅要增加投資, 而且當井數達到一定程度後, 再增加井數, 油田的累積產量也不會提高。根據世界各國油田開發的經驗,層狀油層井數的大致範圍如下:
對於滲透率K≥1～2μm, 原油地下粘度μ ≤2 mPa·s 的好油田, 井排距為400 m×500m～1 000m×1200 m。
對於滲透率K = 0.3～1μm, 原油地下粘度μ=5～10mPa·s 的中等油田, 井排距為300 m×400m～700 m×800 m。
對於滲透率K≤0.2 μm, 地下原油粘度μ ≥15 mPa·s 的差油田, 井排距為100 m×150 m～400 m×500 m。
每個油田具體布井時, 根據油層滲透率和原油地下粘度大致考慮了幾種井排距後, 還要詳細地研究油層延伸的範圍、油砂體分布情況及油層物性的變化, 合理布置注水井和生產井的井網, 以便使油藏能獲得最大的採收率, 即儲量損失最小。由於獨立開發層系中各小層的地層特性和油層物性參數總是存在著差異, 因此就需要運用分層布井、層層迭加、綜合調整的方法, 選出適應大多數油砂體的井網來。其具體步驟如下:
(1 ) 根據各個主要小層( 分布廣、岩性好、儲量大) 的滲透率和地下原油粘度, 確定該層的平均井排距, 均勻布井。
(2 ) 根據各小層的油砂體平面圖上油砂體分布和油層物性變化情況, 以確定的平均井排距為依據, 適當調整, 使每個油砂體至少有一口生產井和一口注水井。對較小的油砂體可不布注水井。另外, 為了使油層中水線能較均勻地推進, 對滲透率大的地區, 井排距可適當放大一點, 對滲透率小的地區, 井排距可適當縮小一些。
(3 ) 將各層的井位迭加, 然後調整。相重合的井位就合併, 相接近的井位根據各層岩性變化情況適當歸併, 最後整理出較規則的井網, 調整後可以得出幾個不同的布井方案。
(4 ) 按調整後的各個布井方案, 對各非主要層進行布井, 根據各非主要層的情況適當增補少數井。
(5 ) 計算各布井方案的儲量損失, 從中選擇出儲量損失最小的方案。
(6 ) 根據各井排距的水動力學計算的開發指標———產量、開發時間、含水上升速度及損失儲量, 並考慮經濟效果, 最後選擇出一種最合理的布井方案。
最後還應指出, 油田開發初期, 人們對油田的認識具有一定的局限性, 某些矛盾也只有在開發一定階段後才會暴露出來。因此, 在開發過程中, 隨著我們對油田認識的不斷加深,對開發初期所擬定的開發方案也必然要進一步加以補充和修正。所以, 在選擇井網時, 就要考慮這一因素, 不要使井網太密, 或採用靈活性較大的正方形井網。
井的合理工作制度
為了確定油田的產量水平和開發時間, 在確定井數以後, 還要確定油井的工作制度。所謂油井的工作制度, 就是確定油田供給邊線上的壓力和生產井井底壓力之差, 即生產壓差。
在礦場上這兩者是有差別的。從地下流體力學中知道, 當油層參數一定時, 產量大小取決於生產壓差。在水壓驅動的油藏中, 供給邊線上的壓力將隨著從油層中采出液量的增加而逐漸下降。井底壓力通常也稱為井底流動壓力, 是油井生產時地下流體克服了流動阻力流到井底後所剩餘的壓力。
在水驅油田中, 一般控制井底壓力, 使它不低於飽和壓力, 以便在油層中保持單相流動。近年來的一些實驗研究和生產實踐表明, 在水驅油田中使井底壓力低於飽和壓力15%～20%左右時, 井底附近地區的原油就會析出一部分氣體。這樣不僅可以提高產量, 而且由於它可以抑制水的相滲透率, 而延緩水淹時間, 從而提高原油採收率。控制井底壓力的另一個界限是使井底壓力高於停噴壓力, 以保證油井能在自噴採油方式下生產。通常可由穩定試井來確定出產量高、流壓高、氣油比低、含水率低、含砂量低、生產穩定的工作制度作為油井的合理工作制度。
開發方案指標計算及綜合評價
在開發方案編制工作中, 根據油田地質特徵, 劃分了開發層系, 選擇了注水方式, 確定了井網部署之後, 開發方案的基本輪廓已經形成。但是, 一個油田( 或開發區) 的方案設計往往有幾種構想, 幾種方案。要選擇最佳方案, 還必須做進一步的水動力學計算, 算出產量、井數、採油速度、見水時間、採收率等幾項指標進行對比, 並對這些方案進行必要的經濟分析, 然後從中選出一種最佳的開發方案。
但開發指標並不是確定開發方案的唯一因素, 選擇開發方案時還須考慮以下幾項原則:
(1 ) 開發方案設計的採油速度必須保證國家對原油產量的要求;
(2 ) 開發方案設計必須適合地下油層性質, 使各套開發層系的水驅控制儲量達到90%以上;
(3 ) 開發設計應按勤儉節約的原則, 少打井多採油, 工藝簡單, 管理主動, 油井利用率高;
(4 ) 開發方案設計必須為後期調整留有餘地, 實踐一步, 認識一步, 調整一步。總之, 油田開發過程是一個長期反覆實踐和不斷認識的過程, 油田開發方案的設計只是整個油田開發過程的第一步, 還必須在油田開發過程中不斷完善。
