低滲透油層供液分析及開采對策

摘 要：由于低滲油田巖性致密，孔喉半徑小，滲流阻力大，油井自然產能低，生產壓差大油井生產過程中產量遞減快，地層壓力下降快。針對以上問題，本文從低滲透油藏的開采特征入手，分析了低滲透油藏的地質特征、流體的壓力特征以及滲流特征等，并研究了影響低滲透油藏驅替及開采的主要因素。同時，建立了低滲透油藏滲流規律數學模型，從理論解析的角度研究了流體在地層內的流動規律，產量的變化情況，及影響低滲透油藏供液的主要因子。在此基礎上，提出了針對低滲透油藏的開發對策，主要運用注水開發模式，為了解決注水開發中的矛盾，可以通過油水井調整、油井增產措施和建立合理有效的注采系統進行調節。

關鍵詞：低滲透油藏;開采特征;供液分析;開發對策

前言：由于在油田開發過程中，低滲透油藏滲透率極低，滲流特征也不同于高滲油田。大多數低滲油田巖性致密，孔喉半徑小，滲流阻力大，油井自然產能低，生產壓差大。低滲透油田一般邊底水都不活躍，天然能量不充足，能量消耗快，產量遞減快，地層壓力下降快。為保持地層壓力，我國低滲透油藏基本都采取了注水保持壓力的開發方式，但注水開發過程中，存在一個普遍的矛盾，就是注水井吸水能力低，啟動壓力和注水壓力高，而且隨著注水時間的增長，矛盾加劇，甚至發展到注水注不進去的地步。注水井附近地層壓力和注水壓力上升迅速，注入量下降快，故生產井見效慢。對于裂縫發育的低滲透油藏，由于低滲油藏裂縫與基質存在較大差異，注入水易沿裂縫方向發生水竄，井網中既存在由于裂縫發育主向井過早水淹的局部剩余油富集區，又存在由于排距較大而出現的無水控制區，水驅各向異性明顯，平面矛盾加劇。油井見水后，采液、采油指數大幅下降，產量急劇遞減，油田穩產難度大。裂縫性低滲透油藏動態特征與常見的孔隙性儲集層油藏動態特征具有顯著差異。不同油田，同一油田的不同區域，甚至不同井組之間油層都存在較大差異。因此對低滲透油藏開采特征及其影響因素等具體分析，搞清楚低滲透油藏的供液狀況，對其制定相應的開發對策具有十分重要和積極作用。

1.低滲透油藏開采特征分析

1.1低滲透油田的地質特征

近源沉積未經過長距離的搬運就沉積下來，碎屑物質顆粒大小懸殊，分選差，不同粒徑顆粒堆積在一起，不同粒徑顆粒及泥巖充填在不同的孔隙中，使得儲層總的孔隙及連通孔隙大幅度減少，形成低滲透儲層[1-2]。這類儲層一般以礫巖、砂礫為主，礦物成熟度低，顆粒分選差，比如老君廟M油層。遠源沉積離物源較遠，水流所攜帶的碎屑物質，經過長距離的搬運，顆粒變細，懸浮部分增多，形成粒級細、孔隙半徑小、泥質含量高的低滲透儲層，比如新民油田等[3]。成巖作用形成低滲透儲層在沉積后發生壓實、交結、溶蝕等成巖作用，使得孔隙度、滲透率不斷降低，形成低滲透致密層。

1.2低滲透油田流體和壓力特征

流體特征：一般來說，我國主要的低滲透油藏原油性質較好，主要體現在：一方面，低滲透油田原油一般屬于正常的稀油，基本上沒有稠油;另一方面，在同一油田范圍內，低滲透儲層的埋深較深，其原油性質較埋深較淺的高滲儲層要好。

壓力特征：除了正常的壓力系統外，我國存在許多異常高壓油田，這些油田都屬于低滲透油田，特別是壓力系數大于1.4的超高壓油田。異常高壓大體上可以分為兩種類型：一種是與地層沉積和欠壓實有關[4];另一種是與構造作用有關。

1.3低滲透油田的滲流特征

低滲透油田流體滲流時，一般表現出流速與壓差不成比例正比的關系，這就是非線性滲流特征[5]。形成非線性滲流的原因主要是固液表面形成邊界層，邊界層厚度越大，非線性滲流特征就越明顯。

1.4低滲透油田的開發特征

低滲透油田由于其滲透率低，且滲流特征也不同于中高滲透油田。因此，其開發特征與高滲油田油很大的不同。低滲透油田具有五個主要的開發特征：（1）天然能量小、產量和一次采收率低;（2）注水井吸水能力低，啟動壓力和注水壓力上升快;（3）生產井見水效果差，低壓、低產現象嚴重;（4）油井見水后產液（油）指數急劇下降，穩產難度大;（5）裂縫性砂巖油藏吸水能力較強，水驅各向異性明顯。

2.低滲透油藏驅替及開采的影響因素

由非達西滲流理論及非線性彈性滲流理論研究可知，影響低滲透油藏驅替及開采的主要因素有：啟動壓力梯度、毛細管壓力和壓力敏感性。

2.1啟動壓力梯度的影響

實驗表明，低滲透油藏存在啟動壓力梯度，啟動壓力梯度的存在可以造成見水前緣平均含水飽和度的降低和驅替相壓力的升高，驅替效果變差。因此隨著啟動壓力梯度的增加，原油的表觀粘度增大，水竄現象加劇[6];同時造成油水兩相區內滲流阻力增加，注入壓力升高。即在低滲透油藏的實際開發過程中，啟動壓力梯度的存在造成油水見水早，含水上升快，注水井注入壓力高，注水困難。

2.2毛細管壓力的影響

毛細管壓力的存在將導致前緣含水飽和度降低，含水飽和度前緣超前，水淹區內的含水飽和度趨于均勻。同樣，造成驅替壓力的增加，即在低滲透油藏的實際開發過程中，毛細管壓力的存在將造成油井見水早，注水井注入壓力高。

2.3儲層壓力敏感性的影響

儲層的滲透率越小，壓力敏感性越強，即地層滲透率變化系數就越大。因此，在實際生產過程中，低滲透油藏地層壓力下降快，造成產量遞減快。尤其在異常高壓特低滲透油藏中，由于孔隙壓力高，在降壓開采的過程中，其儲層壓力敏感性更強，即滲透率變化系數更大，產量遞減會更快。

3.低滲透油藏供液分析

3.1低滲透油藏滲流規律計算

首先做以下基本假設：

（1）假設流體為不可壓縮、不互溶的非混相一維流動問題;

（2）水為潤濕相，被驅原油為非潤濕相;

（3）水的流動為達西滲流，油的流動符合修正的達西滲流;endprint

（4）流動符合連續性方程。

再根據假設條件，由達西公式及連續性方程，可得以下偏微分方程：

油相： ? ? ? ? ? （4-1）

水相： ? ? ? ? ?（4-2）

輔助方程 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4-3）

（4-4）

式中，為毛管力。

根據連續性方程及修正的達西定律，可以得到以下的考慮毛細管力的兩相驅替方程：

（4-5）

式中：———體積流量;

———含水率;

A———橫截面積。

利用式（4-5）可以計算出含水飽和度的分布。

3.2采液指數理論計算

對于某些封閉或邊界有補給（補給量小于采出量）的泄油區，其不定常滲流井底壓力晚期公式為：

（4-6）

而根據物質平衡得到的泄油區平均壓力公式為：

（4-7）

采液指數J定義為：

（4-8）

通過以上公式得到：

（4-9）

式中，為油相滲透率（），為油粘度（），為油相體積系數，A為泄油面積（m2），為Dietz（1965）形狀系數，取值如下：

圓形：=31.62

正六邊形：=31.6

正方形：=30.88

矩形（1：2）：=21.84

矩形（1：4）：=5.379

矩形（1：5）：=2.361

以上是油井位于泄油區中心的情況，某些偏心情況可參考Dietz的有關論述。

4.低滲透油藏開采對策研究

4.1調整注水井配注

一是提高中低滲透層的注水強度，適當降低高滲透層的注水量或間隙停注。二是加強非主要來水方向的注水，控制主要來水方向的注水。

4.2對油井實施增產措施

一是換層生產：在一個層系內，長期多層合采的生產井，如果含水率已經很高產量很低，應當根據靜態資料和井史資料，分析出高含水層，將其卡封，以發揮中低滲透層的作用，或射開其他薄層或二類有效厚度的油層。二是改造油層：在油田開發過程中，由于各種原因造成井底附近的活塞堵塞，通過改造油層為油井增產。

4.3建立合理的注采系統

一是確定合理的注水壓力，合理的注水壓力的確定應遵循以下幾個原則：

（1）對于裂縫不發育的常規砂巖油藏傳統的合理注水壓力界限為油層破裂壓力的0.9倍。

（2）對于裂縫發育的低滲透油藏若初期采用反九點注水，或裂縫方向未搞清楚時，應根據注采動態反應確定破裂壓力，合理的注水壓力取動態破裂壓力的0.9倍。如頭臺油田井口動態破裂壓力平均9.2MPa，小于0.9倍破裂壓力。

（3）對于裂縫發育的低滲透油藏，若實施線狀注水，則應根據地應力和裂縫間的關系確定合理的注水壓力。

二是確定合理的井底流壓，從抽油機本身工作狀況分析，油井的最低流壓界限常用井底允許的脫氣量來決定。因此，合理的流動壓力應保證儲層最低允許流動壓力之上的條件下，使抽油泵在最佳的泵吸入口壓力下工作。

三是確定合理的注采比，對于低滲透油藏初期應采用較高注采比，當注水壓力達到合理的注水壓力后應逐漸降低注采比;合理注采比受合理注水壓力和流壓的影響，合理的注采比就是在合理注水壓力和合理流動壓力制約下的注采比。

四是確定合理的注采井距，實驗研究發現，將技術極限井距和經濟合理井距相結合，可以更加合理的確定注采井距。若前者大于后者，可以按照經濟合理井距布井;若后者大于前者，仍按經濟合理井距布井會形成油、水間不易流動帶。

五是確保有效驅替壓差的建立，低滲透油田開發關鍵是建立有效的驅替壓差。對于特低滲油田，驅油效率與驅替壓力梯度呈正比關系。驅替壓力梯度大，驅油效率就高，相應采收率就大。

5.結論

（1）低滲油田巖性致密，孔喉半徑小，滲流阻力大，油井自然產能低，生產壓差大。一般邊底水都不活躍，天然能量不充足，能量消耗快，產量遞減快，地層壓力下降快;

（2）低滲透油田天然能量小、產量和一次采收率低、注水井吸水能力低，啟動壓力和注水壓力上升快、生產井見水效果差，低壓、低產現象嚴重、油井見水后產液（油）指數急劇下降，穩產難度大、裂縫性砂巖油藏吸水能力較強，水驅各向異性明顯;

（3）啟動壓力梯度、毛細管壓力和儲層的彈塑性即儲層的壓力敏感性是影響低滲透油藏驅替及開采的主要因素;

（4）對油水井進行調整和對油井進行增產措施是調高注水井的注水量，及建立合理的注采系統，是調整低滲透油藏平面矛盾、層內矛盾和層間矛盾的主要方法。

參考文獻：

[1]黃冬梅，楊正明，郝明強，張英芝.微裂縫性特低滲透油藏產量遞減方程及其應用[J].油氣地質與采收率，2008，（01）：90-91，100，117

[2]趙傳峰， 姜漢橋， 王佩華， 丁燕飛. 裂縫型低滲透油藏的水竄治理對策——以扶余油田為例[J]. 石油天然氣學報， 2008，（06）：116-118，387

[3]李鋼， 謝傳禮， 劉德華. 低滲透砂巖油藏水驅特征分析[J]. 內蒙古石油化工， 2008，（19） ：85-86

[4]高輝， 宋廣壽， 等. 西峰油田微觀孔隙結構對注水開發效果的影響[J]. 西北大學學報（自然科學版）， 2008，（01） ：121-126

[5]楊軍. 低滲透油藏開發效果綜合評判體系新探討[J]. 中外能源， 2008，（05） ：54-58

[6]何秋軒，阮敏，王志偉.低滲透油藏注水開發的生產特征及影響因素[J].油氣地質與采收率，2202，9（2）：6-9

作者簡介：曹琳，2006年大學畢業，供職于長慶油田分公司。endprint

（4）流動符合連續性方程。

再根據假設條件，由達西公式及連續性方程，可得以下偏微分方程：

油相： ? ? ? ? ? （4-1）

水相： ? ? ? ? ?（4-2）

輔助方程 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4-3）

（4-4）

式中，為毛管力。

根據連續性方程及修正的達西定律，可以得到以下的考慮毛細管力的兩相驅替方程：

（4-5）

式中：———體積流量;

———含水率;

A———橫截面積。

利用式（4-5）可以計算出含水飽和度的分布。

3.2采液指數理論計算

對于某些封閉或邊界有補給（補給量小于采出量）的泄油區，其不定常滲流井底壓力晚期公式為：

（4-6）

而根據物質平衡得到的泄油區平均壓力公式為：

（4-7）

采液指數J定義為：

（4-8）

通過以上公式得到：

（4-9）

式中，為油相滲透率（），為油粘度（），為油相體積系數，A為泄油面積（m2），為Dietz（1965）形狀系數，取值如下：

圓形：=31.62

正六邊形：=31.6

正方形：=30.88

矩形（1：2）：=21.84

矩形（1：4）：=5.379

矩形（1：5）：=2.361

以上是油井位于泄油區中心的情況，某些偏心情況可參考Dietz的有關論述。

4.低滲透油藏開采對策研究

4.1調整注水井配注

一是提高中低滲透層的注水強度，適當降低高滲透層的注水量或間隙停注。二是加強非主要來水方向的注水，控制主要來水方向的注水。

4.2對油井實施增產措施

一是換層生產：在一個層系內，長期多層合采的生產井，如果含水率已經很高產量很低，應當根據靜態資料和井史資料，分析出高含水層，將其卡封，以發揮中低滲透層的作用，或射開其他薄層或二類有效厚度的油層。二是改造油層：在油田開發過程中，由于各種原因造成井底附近的活塞堵塞，通過改造油層為油井增產。

4.3建立合理的注采系統

一是確定合理的注水壓力，合理的注水壓力的確定應遵循以下幾個原則：

（1）對于裂縫不發育的常規砂巖油藏傳統的合理注水壓力界限為油層破裂壓力的0.9倍。

（2）對于裂縫發育的低滲透油藏若初期采用反九點注水，或裂縫方向未搞清楚時，應根據注采動態反應確定破裂壓力，合理的注水壓力取動態破裂壓力的0.9倍。如頭臺油田井口動態破裂壓力平均9.2MPa，小于0.9倍破裂壓力。

（3）對于裂縫發育的低滲透油藏，若實施線狀注水，則應根據地應力和裂縫間的關系確定合理的注水壓力。

二是確定合理的井底流壓，從抽油機本身工作狀況分析，油井的最低流壓界限常用井底允許的脫氣量來決定。因此，合理的流動壓力應保證儲層最低允許流動壓力之上的條件下，使抽油泵在最佳的泵吸入口壓力下工作。

三是確定合理的注采比，對于低滲透油藏初期應采用較高注采比，當注水壓力達到合理的注水壓力后應逐漸降低注采比;合理注采比受合理注水壓力和流壓的影響，合理的注采比就是在合理注水壓力和合理流動壓力制約下的注采比。

四是確定合理的注采井距，實驗研究發現，將技術極限井距和經濟合理井距相結合，可以更加合理的確定注采井距。若前者大于后者，可以按照經濟合理井距布井;若后者大于前者，仍按經濟合理井距布井會形成油、水間不易流動帶。

五是確保有效驅替壓差的建立，低滲透油田開發關鍵是建立有效的驅替壓差。對于特低滲油田，驅油效率與驅替壓力梯度呈正比關系。驅替壓力梯度大，驅油效率就高，相應采收率就大。

5.結論

（1）低滲油田巖性致密，孔喉半徑小，滲流阻力大，油井自然產能低，生產壓差大。一般邊底水都不活躍，天然能量不充足，能量消耗快，產量遞減快，地層壓力下降快;

（2）低滲透油田天然能量小、產量和一次采收率低、注水井吸水能力低，啟動壓力和注水壓力上升快、生產井見水效果差，低壓、低產現象嚴重、油井見水后產液（油）指數急劇下降，穩產難度大、裂縫性砂巖油藏吸水能力較強，水驅各向異性明顯;

（3）啟動壓力梯度、毛細管壓力和儲層的彈塑性即儲層的壓力敏感性是影響低滲透油藏驅替及開采的主要因素;

（4）對油水井進行調整和對油井進行增產措施是調高注水井的注水量，及建立合理的注采系統，是調整低滲透油藏平面矛盾、層內矛盾和層間矛盾的主要方法。

參考文獻：

[1]黃冬梅，楊正明，郝明強，張英芝.微裂縫性特低滲透油藏產量遞減方程及其應用[J].油氣地質與采收率，2008，（01）：90-91，100，117

[2]趙傳峰， 姜漢橋， 王佩華， 丁燕飛. 裂縫型低滲透油藏的水竄治理對策——以扶余油田為例[J]. 石油天然氣學報， 2008，（06）：116-118，387

[3]李鋼， 謝傳禮， 劉德華. 低滲透砂巖油藏水驅特征分析[J]. 內蒙古石油化工， 2008，（19） ：85-86

[4]高輝， 宋廣壽， 等. 西峰油田微觀孔隙結構對注水開發效果的影響[J]. 西北大學學報（自然科學版）， 2008，（01） ：121-126

[5]楊軍. 低滲透油藏開發效果綜合評判體系新探討[J]. 中外能源， 2008，（05） ：54-58

[6]何秋軒，阮敏，王志偉.低滲透油藏注水開發的生產特征及影響因素[J].油氣地質與采收率，2202，9（2）：6-9

作者簡介：曹琳，2006年大學畢業，供職于長慶油田分公司。endprint

（4）流動符合連續性方程。

再根據假設條件，由達西公式及連續性方程，可得以下偏微分方程：

油相： ? ? ? ? ? （4-1）

水相： ? ? ? ? ?（4-2）

輔助方程 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4-3）

（4-4）

式中，為毛管力。

根據連續性方程及修正的達西定律，可以得到以下的考慮毛細管力的兩相驅替方程：

（4-5）

式中：———體積流量;

———含水率;

A———橫截面積。

利用式（4-5）可以計算出含水飽和度的分布。

3.2采液指數理論計算

對于某些封閉或邊界有補給（補給量小于采出量）的泄油區，其不定常滲流井底壓力晚期公式為：

（4-6）

而根據物質平衡得到的泄油區平均壓力公式為：

（4-7）

采液指數J定義為：

（4-8）

通過以上公式得到：

（4-9）

式中，為油相滲透率（），為油粘度（），為油相體積系數，A為泄油面積（m2），為Dietz（1965）形狀系數，取值如下：

圓形：=31.62

正六邊形：=31.6

正方形：=30.88

矩形（1：2）：=21.84

矩形（1：4）：=5.379

矩形（1：5）：=2.361

以上是油井位于泄油區中心的情況，某些偏心情況可參考Dietz的有關論述。

4.低滲透油藏開采對策研究

4.1調整注水井配注

一是提高中低滲透層的注水強度，適當降低高滲透層的注水量或間隙停注。二是加強非主要來水方向的注水，控制主要來水方向的注水。

4.2對油井實施增產措施

一是換層生產：在一個層系內，長期多層合采的生產井，如果含水率已經很高產量很低，應當根據靜態資料和井史資料，分析出高含水層，將其卡封，以發揮中低滲透層的作用，或射開其他薄層或二類有效厚度的油層。二是改造油層：在油田開發過程中，由于各種原因造成井底附近的活塞堵塞，通過改造油層為油井增產。

4.3建立合理的注采系統

一是確定合理的注水壓力，合理的注水壓力的確定應遵循以下幾個原則：

（1）對于裂縫不發育的常規砂巖油藏傳統的合理注水壓力界限為油層破裂壓力的0.9倍。

（2）對于裂縫發育的低滲透油藏若初期采用反九點注水，或裂縫方向未搞清楚時，應根據注采動態反應確定破裂壓力，合理的注水壓力取動態破裂壓力的0.9倍。如頭臺油田井口動態破裂壓力平均9.2MPa，小于0.9倍破裂壓力。

（3）對于裂縫發育的低滲透油藏，若實施線狀注水，則應根據地應力和裂縫間的關系確定合理的注水壓力。

二是確定合理的井底流壓，從抽油機本身工作狀況分析，油井的最低流壓界限常用井底允許的脫氣量來決定。因此，合理的流動壓力應保證儲層最低允許流動壓力之上的條件下，使抽油泵在最佳的泵吸入口壓力下工作。

三是確定合理的注采比，對于低滲透油藏初期應采用較高注采比，當注水壓力達到合理的注水壓力后應逐漸降低注采比;合理注采比受合理注水壓力和流壓的影響，合理的注采比就是在合理注水壓力和合理流動壓力制約下的注采比。

四是確定合理的注采井距，實驗研究發現，將技術極限井距和經濟合理井距相結合，可以更加合理的確定注采井距。若前者大于后者，可以按照經濟合理井距布井;若后者大于前者，仍按經濟合理井距布井會形成油、水間不易流動帶。

五是確保有效驅替壓差的建立，低滲透油田開發關鍵是建立有效的驅替壓差。對于特低滲油田，驅油效率與驅替壓力梯度呈正比關系。驅替壓力梯度大，驅油效率就高，相應采收率就大。

5.結論

（1）低滲油田巖性致密，孔喉半徑小，滲流阻力大，油井自然產能低，生產壓差大。一般邊底水都不活躍，天然能量不充足，能量消耗快，產量遞減快，地層壓力下降快;

（2）低滲透油田天然能量小、產量和一次采收率低、注水井吸水能力低，啟動壓力和注水壓力上升快、生產井見水效果差，低壓、低產現象嚴重、油井見水后產液（油）指數急劇下降，穩產難度大、裂縫性砂巖油藏吸水能力較強，水驅各向異性明顯;

（3）啟動壓力梯度、毛細管壓力和儲層的彈塑性即儲層的壓力敏感性是影響低滲透油藏驅替及開采的主要因素;

（4）對油水井進行調整和對油井進行增產措施是調高注水井的注水量，及建立合理的注采系統，是調整低滲透油藏平面矛盾、層內矛盾和層間矛盾的主要方法。

參考文獻：

[1]黃冬梅，楊正明，郝明強，張英芝.微裂縫性特低滲透油藏產量遞減方程及其應用[J].油氣地質與采收率，2008，（01）：90-91，100，117

[2]趙傳峰， 姜漢橋， 王佩華， 丁燕飛. 裂縫型低滲透油藏的水竄治理對策——以扶余油田為例[J]. 石油天然氣學報， 2008，（06）：116-118，387

[3]李鋼， 謝傳禮， 劉德華. 低滲透砂巖油藏水驅特征分析[J]. 內蒙古石油化工， 2008，（19） ：85-86

[4]高輝， 宋廣壽， 等. 西峰油田微觀孔隙結構對注水開發效果的影響[J]. 西北大學學報（自然科學版）， 2008，（01） ：121-126

[5]楊軍. 低滲透油藏開發效果綜合評判體系新探討[J]. 中外能源， 2008，（05） ：54-58

[6]何秋軒，阮敏，王志偉.低滲透油藏注水開發的生產特征及影響因素[J].油氣地質與采收率，2202，9（2）：6-9

作者簡介：曹琳，2006年大學畢業，供職于長慶油田分公司。endprint