底水稠油油藏避水措施效果分析Word格式.docx
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目录
第1章前言1
1.1研究目的1
1.2研究意义2
1.3本文框架2
第2章底水稠油油藏概述4
2.1稠油定义4
2.2稠油的分类标准5
2.3稠油的基本特征6
2.4稠油开采技术7
2.4.1蒸汽吞吐技术7
2.4.2蒸汽驱工艺技术8
2.4.3稠油冷采技术9
2.4.4火烧油层10
2.4.5蒸汽辅助重力泄油（SAGD）技术11
第3章底水稠油油藏避水措施12
3.1底水稠油油藏底水锥进机理12
3.1.1底水油藏的开发特征12
3.1.2底水锥进的机理13
3.2机械堵水法16
3.2.1上返封堵管柱16
3.2.2下返封堵管柱17
3.3化学堵水法18
3.3.1非选择性堵水18
3.3.2选择性堵水23
3.3.3复合堵剂堵水26
3.4人工隔板法26
3.5排水采油法27
3.5.1双管同采27
3.5.2井下水沉（DWS完井）技术28
3.6侧钻水平井技术29
3.7水平井技术31
3.7.1水平井的应用31
3.7.2水平井避水措施33
第4章实例分析38
4.1油藏基本地质特征38
4.2油藏开发历程39
4.3油藏开发现状40
4.4油藏开发特点40
4.4.1初期生产效果好，随周期增长逐渐变差40
4.4.2基础井网高部位油井产能高，低部位油井产能低41
4.4.3侧钻井生产效果较好42
4.4.4年产量随生产井数减少递减快42
4.4.5底水水淹明显，剩余油多分布于井间44
4.4.6合理油井避射厚度增加油井生产效果45
4.5油藏避水措施效果分析46
4.6小结48
第5章结论49
参考文献50
致谢53
附录54
第1章前言
1.1研究目的
随着世界经济的不断发展，全球的能源消耗也将持续增长，专家预计在1995年至2012年的20年间全球的能源消耗量会上升54%，而在发展中国家会上升70%，同期内亚洲的发展中国家能源消耗增长将最为显著，其中最主要的就是中国和印度，它们的能源需求量将会升高129%[1]。
而且今后较长一段时间内，石油、天然气和煤仍然是人们所依赖的主要能源，到2015年，这世界能源总消耗量的88%都将是这几类能源。
然而，预计在2015年左右，世界常规产油量将达到最大值，在此之后会逐年递减，由于常规能源的紧缺和油价持续上涨，到那时以稠油、超稠油以及沥青砂为代表的非常规油气资源的商业化开采就会成为必然，到21世纪中期时，世界能源供应的50%都将可能是这几类能源。
作为稠油油藏中的非常重要的一类油藏，底水稠油油藏也日益受到人们的广泛关注。
底水稠油油藏的突出特点就是原油粘度高，底水厚度大。
所以，此类油藏在开采过程中，由于活跃底水的作用，极易发生底水锥进，进而导致油井见水快、含水率迅速上升、产量急剧下降、生产周期缩短，并影响最终的采收率和采出程度。
因此，在底水稠油油藏开采过程中，最为关键的问题莫过于如何有效地延缓和避免底水锥进，以此来延长见水时间，最大程度地采出地下原油，并提高最终的采收率。
主要目的：
1.研究、分析和总结现阶段国内外针对底水稠油油藏的避水措施，并对这些措施的实施效果进行分析评价；
2.将这些避水措施有效地应用到油田实际开采中，解决见水快、含水率高等实际生产问题。
1.2研究意义
1.重油——全球能源的未来
石油资源同世界上的矿产资源一样，都是有限的，不可再生的。
所以，为了社会经济的可持续发展,合理地开发利用这些有限的资源已成为人们日益讨论的话题,有些中外学者甚至提出了人类应该走“多节制”的发展道路。
就现在已经勘探明了的石油资源来说，稠油和油砂资源巨大，其地质储量高于常规油气资源之和。
近年来，由于技术进步，常规原油供应紧张以及油价走高等因素，为稠油的发展带来了机遇，渐渐地已具有代替常规石油能源的战略地位。
正如2005年11月在北京召开的首届世界重油大会主题：
重油——全球能源的未来，以及大会主席指出的那样：
对重油的合理开发利用已经成为重油工业乃至世界石油工业可持续发展的关键，重油资源将成为世界的战略接替能源之一[2]。
2.有效地避水是稠油开采的关键
由于稠油的粘度高，所以其开采的稳定性是远低于轻质油。
其中开采不稳定的一个重要因素就是油水流度比太大，导致一旦出水，产量急剧下降，这一点在底水稠油油藏中尤为突出。
因此，有效地堵水、避水是稠油开采的关键所在。
研究避水措施对于所有的稠油油藏来说都是至关重要的。
1.3本文框架
本文将分为以下5章：
第1章，前言。
重点指出本文研究的目的和意义。
第2章，底水稠油油藏概述。
对稠油资源的定义、分类、储量分布、基本性质以及国内外的稠油开采技术进行了介绍。
第3章，底水稠油油藏避水措施。
本章先是分析了底水锥进的机理，然后详细介绍了关于底水稠油油藏开采过程中的各种避水措施，主要包括机械堵水、化学堵水、侧钻水平井、人工隔板堵水、排水采油以及水平井技术。
第4章，实例分析。
在前几章理论研究的基础上，重点对辽河油田欢616莲花油层的开采历程、现状、特点以及所采取的避水措施的效果进行了分析。
第5章，结论。
在理论研究和实践生产的基础上，得出了本论文的几个重要的结论。
第2章底水稠油油藏概述
2.1稠油定义
在1982年之前，石油工业界对于重质原油及沥青的定义、分类标准及评价方法有很多种，但都没有形成统一的认识。
一般地，我们将粘度高、相对密度大的原油称为稠油，即高粘度重质原油。
国际上称稠油为重质原油（HeavyOil），对粘度极高的重油则称为沥青（Bitumen）或沥青砂油（TarSandOil）。
国际上的原油价格是按质来论价的，原油的相对密度越大，它的轻质组分就越少，价格也就低，所以稠油传统的特征及分类是由API来表征的。
1979年6月，联合国训练研究署（UNITAR）在加拿大召开了第一届国际重油及沥青砂学术会议，讨论了重油及沥青砂的资源评价、定义、分类标准及开采技术等；
1981年2月，UNITAR在纽约联合国总部举行了讨论会议，比较研究了各国的重油及沥青砂定义和分类标准；
1982年2月，在维内瑞拉召开了第二届国际重油及沥青砂学术会议，提出了对重油及沥青砂的统一定义和分类标准：
①重质原油与沥青砂油（沥青）是岩石孔隙介质中天然存在的石油和类似于石油的液体和半固体；
而沥青砂也叫油浸岩层、油砂或含沥青的砂层；
②我们可以用粘度与密度来表征重油的特性；
③对石油资源进行确定时，可以采用粘度规定沥青砂和重油的界限，在缺少粘度数据的情况下，则可以采用API值量度；
④重油是指在油藏的原始温度下脱气后的粘度为100～10000mPa·
s，或在15.6℃（60℉）和1个标准大气压下的密度为934～1000kg/m3的原油；
⑤沥青砂是指在油藏的原始温度下脱气后的粘度超过10000mPa·
s，或在15.6℃（60℉）和1个标准大气压下的密度大于1000kg/m3（小于10º
API）的原油；
⑥将上述以外的原油分类为中质原油和轻质原油。
中国也曾沿用过国外标准，在20世界70年代末有人将相对密度大于0.90的原油定义为稠油，也有人将稠油定义为相对密度大于0.92的原油。
2.2稠油的分类标准
稠油的分类标准很多，在不同时期、不同国家和不同油田采用的标准有一定差异。
原中国石油天然气总公司勘探开发研究院刘文章教授根据中国重质原油的特点，经过5年（1982-1988年）的研究，推荐了中国稠油的分类标准，如下表所示。
该分类标准的突出特点是分类与选择的开采方法相联系，对选择开发方式有利。
表2.1中国稠油的分类标准表（刘文章）
稠油分类
主要指标
辅助指标
开采方式
名称
类别
粘度（Pa·
s）
密度（20℃时）,kg/m3
普通稠油
I
0.05①（或0.1）-10
>
9200
－
亚类
I-1
0.1①-0.15①
可先注水
I-2
0.15①-10
热采
特稠油
II
10-50
9500
超稠油
III
50
9800
注：
①指的是油藏条件下的原油粘度，无①则指的是油藏温度下脱气后原油的粘度。
2.3稠油的基本特征
表2.2世界稠油特性
特性
数值
埋藏深度
小于或等于3000英尺
渗透率
几毫达西
孔隙度
约30%
原始含油饱和度
50-80%
油层厚度
50到几百英尺
世界稠油资源大部分都分布在浅层的高渗透率、高孔隙度、弱胶结的砂岩油层中。
油饱和度高，油层厚度可达几百英尺。
稠油的一般特性主要包括：
（1）稠油中的胶质和沥青含量高，轻质组分少；
（2）稠油中含有稀有金属；
（3）稠油粘度随原油密度增加而增加；
（4）稠油的粘度随着温度增加稠油粘度急剧下降；
（5）稠油中石腊含量一般比较少；
（6）同一稠油油藏，原油性质在垂向上和平面上大多具有一定差异；
（7）稠油中的S、O、N等原子含量较多。
研究报告表明，加拿大拥有世界上最丰富的稠油资源，其中超稠油约有1.7万亿桶，250亿桶API比重约为10-22.3°
的稠油；
加拿大的稠油主要分布在阿尔伯达省的阿萨巴斯卡、沃巴斯卡、和平河和冷湖地区以及萨期喀彻温省的劳埃德明斯特地区；
加拿大石油产量的一半以上都是稠油；
加拿大是世界上产油国中稠油比率最高的国家之一；
同时，加拿大还占有世界上很大比例的超稠油和沥青资源[3]。
委内瑞拉也是世界上稠油资源很丰富的国家之一，主要在奥里诺科21240平方英里的法哈地区；
据Kopper等人的统计，在委内瑞拉东部长400英里的奥里诺科河流域超稠油储量就达1.2万亿标准桶，其它地区稠油储量约为2500亿标准桶；
据报道在奥里诺科河流域的四大产区，可采储量分别为：
苏艾塔5000亿标准桶；
塞格内格罗21500亿标准桶；
孟克特2650亿标准桶；
哈姆艾卡2200亿标准桶[3]。
美国的26个州稠油油藏多大2000个。
据FarouqAli的研究报告可知，其中最大的稠油储量在加利福尼亚州，储量为536.4亿标准桶。
其次是田纳西州，储量为305.7亿标准桶。
加利福尼亚州三个最大的油田，Midway-sunset、Kern-river、SouthBelridge已经都开采出了10亿桶稠油。
在我国，目前已发现的稠油油田或油藏有30多个，主要分布在：
辽河油田、胜利油田、新疆克拉玛依油田、河南油田、吐哈油田以及大港油田等地。
中国稠油油藏的主要特征为：
（1）油藏埋藏较深；
（2）储层物性较好，具有高孔隙度、高渗透率的特点，但储集层非均质较严重；
（3）油藏类型较多；
（4）储集层以粗碎屑岩为主，砂岩体类型多，油层胶结疏松；
（5）油水系统较为复杂，大多具有边底水；
（6）原油含气量少、饱和压力低；
（7）含油饱和度较低，一般在60-70%。
相对于加拿大、委内瑞拉、美国和马达加斯加等其它国家的稠油来说，中国主要稠油油藏原油中轻质组分含量一般仅10%左右，而沥青和胶质含量一般在25－50%之间，稠油沥青含量较少，而胶质含量较多。
2.4稠油开采技术
经过人们多年的探索发现，如今开采稠油的方法已经多种多样了。
主要有：
蒸汽吞吐、蒸汽驱、稠油冷采、火烧油层、蒸汽辅助重力泄油（SAGD）等开采技术。
不同的油田根据地质条件、地面条件以及经济条件的不同，选用不同的适合自身特点的稠油开采方式。
2.4.1蒸汽吞吐技术
蒸汽吞吐就是向单井中注入一定量的蒸汽，在关井闷井数天后，开井回采，将油层中加热的原油采出，在产量递减至极限值时，再进行第二周期注汽采油的开采工艺技术。
通常每米油层注入蒸汽量为70-120t。
在蒸汽吞吐的第一周期，由于油层压力保持在原始压力水平，开井回采都能自喷生产一段时间，因而峰值产量较高[4]。
当不能自喷时，应立即下泵转抽。
蒸汽吞吐作业的过分为三个阶段：
即注汽、焖井和回采（图2.1）。
图2.1蒸汽吞吐作业过程示意图
2.4.2蒸汽驱工艺技术
注蒸汽驱即是按设计井网，将蒸汽连续注入注汽井，将油层中加热的原油驱替至周围的生产井而采出。
蒸汽驱的生产过程一般分为以下三个阶段：
（1）注汽初始阶段
在热蒸汽注入油层后，大量蒸汽的热能被注汽井井底附近的油层所吸收，逐步提高了油层的温度，油层压力稳定回升。
这时，由于热能还未来得及传递到生产井附近，所以生产井周围的原油的粘度和流动阻力仍然很大，油井产量低。
（2）注汽见效阶段
随着累积注汽量的增加，油层能量和热量得到很好的补充，大量蒸汽热力学能已传递到生产井周围，使原油的粘度降低，流动能力提高，从而原油产量上升，注汽见效，生产井进入高产阶段。
（3）蒸汽突破阶段（汽窜阶段）
随着开采时间的延长，地层中的原油渐渐地被蒸汽驱替出来，油层中的热水与蒸汽向生产井持续推进，一段时间后，蒸汽驱的前缘将会突破油井，使地层中的热水与蒸汽进入油井并和原油一起采出。
在这个阶段中，由于蒸汽的突破，油汽流动的阻力就会迅速下降，蒸汽的注入压力也跟着急剧下降，而地层中蒸汽的流动能力大大超过原油的流动能力，这就造成了产油量的下降，油汽比的降低，同时含水率也迅速升高。
2.4.3稠油冷采技术
稠油冷采，即不注热量、不防砂，利用螺杆泵将原油和砂一起采出。
该技术是上世纪80年代从加拿大发展起来的一项稠油开采技术，应用该技术的单井日产油量高，生产成本低。
其开采机理如下：
（1）油层大量出砂形成“蚯蚓洞”，提高油层渗透率；
有些稠油油藏由于埋藏浅，油层胶结疏松，而原油粘度高，携砂能力强，使砂粒随原油一起产出；
随着砂粒从油层中采出，油层中形成了“蚯蚓洞”，使油层的孔隙度和渗透率大幅度提高，极大地改善了油层的渗流能力，保持油井高产[5]。
（2）原油在地层中形成了稳定的泡沫油；
在原油从地层的深处流入井筒的过程中，随着地层孔隙的压力降低，地层原油中将会产生大量的微气泡从而形成稳定的泡沫油；
同时，由于重油中胶质与沥青质的含量较高，包裹着气泡的油膜的强度大，所以气泡是不容易破裂的。
泡沫油的形成使原油的粘度变低，从而粘度很大的稠油得以流动。
（3）上覆地层压实驱动；
由于油井大量出砂，导致油层的地质强度降低，在上覆地层的压实作用下，油层中将产生一定的压实强度，使的孔隙的压力升高，进而使油藏的驱动能量增大。
（4）远距离边、底水的作用；
远距离边、底水也可以作为一种的驱油能量，当油井距离边底水尽可能远的时候，水层能量充当动力以压力传递的方式将原油驱向蚯蚓洞。
由此，稠油冷采将取得很好的开采效果。
在国外实施冷采的稠油油藏，一般情况下都具有较好的边、底水条件。
2.4.4火烧油层
火烧油层是通过注入空气维持原油就地燃烧，将原油驱向生产井的提高石油采收率的热采方法。
与其他热采方法（如注蒸汽开采）相比，火烧油层最大的特点在于油层就地产生热量，这种方法的能源利用率高、最终采收率也高。
火烧油层的燃烧前缘在推进过程中将形成如图2.2所示的几个区带：
（1）已燃烧区带：
燃烧前缘通过后的热油层，可以预热注入的空气或氧气；
（2）燃烧前缘：
正在燃烧的狭窄通道，燃烧温度主要取决于注助燃气量和残炭量；
（3）焦化带：
原油焦化裂化后残炭的沉积地带，为燃烧前缘推进提供燃料；
（4）蒸汽带：
含有油层水及燃烧产生的水蒸气和原油蒸馏的裂化出的气相轻质馏分；
（5）热水带和轻质油带：
蒸汽进入温度相对较低的地带时，形成水蒸气及轻质凝析物聚集区；
（6）富油带：
被驱替到前缘的油带，由于热力作用和轻质油的稀释，以及部分燃烧废弃的溶解，其粘度大大降低；
（7）原始含油带：
热力作用尚未影响到的地区，保持着油层点燃前的状况[6]。
图2.2火烧油层燃烧过程示意图
2.4.5蒸汽辅助重力泄油（SAGD）技术
蒸汽辅助重力泄油的采油原理：
在水平生产井的上部连续注入高干度蒸汽，使地层中形成蒸汽腔，蒸汽腔的边缘加温原油，同时蒸汽冷凝成水，与原油依靠重力流入水平生产井，并被大排量采出。
蒸汽腔不断缓慢扩展，并不断加温原油，从而形成连续的生产过程，直到蒸汽腔扩展到油层顶界和水平控制边界（如图2.3所示）。
图2.3直井-水平井组合SAGD开采机理示意图
SAGD技术与水平井技术的结合被认为是近10年来最著名的油藏工程理论。
其开采方式可分为：
（1）水平井注汽和水平井采油的双水平井SAGD；
（2）直井注汽和水平井采油的直井-水平井组合SAGD。
第3章底水稠油油藏避水措施
3.1底水稠油油藏底水锥进机理
在采油过程中，由于井筒周围产生压力降以及油藏中物质的平衡关系，使得底水油藏中的油水界面产生变形而呈锥子状上升，直井中的油水界面以锥状上升，称为“水锥”；
而在水平井中，油水界面将会以脊形上升，垂直于水平井方向的横截面形状类似于直井中形成的“锥面”，称之为底水水脊。
不论是水脊还是水锥，一旦边底水锥进到了射孔层段，采出液中的水油比都会非常的高。
这种现象在底水稠油油藏中更为突出。
3.1.1底水油藏的开发特征
图3.1直井井底底水锥进的示意图图3.2水平井底水锥进的示意图
对于底水油藏来说，它所有的含油面积都与底水直接接触。
因此，油藏中存在的底水将会对整个油藏的生产动态产生非常重要的影响，这就让底水油藏与其他类型油藏相比，有着其特殊的开采特征。
底水油藏与边水油藏相比的最为显著的特征之一就是它的底水锥进，使得直井中形成了水锥，水平井中形成了水脊，如图3.1和图3.2所示。
当水锥突破井底之后，油井即见水。
由于底水油藏射孔的井段距离底水较近，因此，同边水油藏相比，底水油藏生产井一般见水都较早。
见水过早，无水采油期较短，这就是底水油藏开发过程中的第二个主要特征（见图3.3）。
在油井见水后，含水讯速上升，而油井的日产油量却快速下降，这就是底水油藏开发过程中有别于边水油藏的第三个显著特征（图3.3）。
图3.3边底水油藏的含水变化规律示意图
底水油藏在中高含水期采出的油量占其总的可采储量的一半以上，所以，底水油藏开采的成本一般都相对较高，而边水油藏在中-低含水期采出的油量占其总的可采储量的一半以上，所以，它的采油成本一般都相对较低。
这就是底水油藏有别于边水油藏的第四个较为显著的开发特征[7]。
3.1.2底水锥进的机理
底水油藏生产井中的底水锥进现象非常普遍。
当人工射开了底水油层后，当油井以定产量生产时，在井底附近就会形成一个压力降漏斗；
因为井筒压力的下降，底水将会产生一种向上的力，从而将油层中的底部水提升到了一定的高度，油水界面处的底水上升动力恰好与水的重力达到平衡；
离井筒的距离越大，压降就越小，从而导致油水界面的高度将会沿着侧向而逐渐降低，这就使得在开采之前本来近似水平的油水界面，在不同位置的不同压降作用下会产生变形，从而使底水在井底形成了一个锥体的形状；
而在水平井，底水将会变形成“脊状”，称为“水脊”。
水锥与水脊现象的产生主要受油藏中重力和粘滞力的影响。
由压降的存在而产生了粘滞力，其大小与原油粘度和产量成正比，在底水锥进中充当动力。
而重力是因流体的密
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