油藏工程课件_2.3底水锥进
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第三节 底水锥进
在许多油田的开发实践中，气水锥进是一个严 重的问题，它的出现将使产油量显著下降。所 以，控制或至少延缓气水锥进是十分重要的。 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。如果在含油部 分钻一口生产井进行采油以后，打开层段下面 将形成半球状的势分布，如下图所示。
水锥突破时间 突破后含水率的变化
1.水锥突破时间
定义无因次水锥高度HDv:
H Dv
2 gh2 w o kr hDv qo Bo o
g w o kv 1 M 2 o ho t
hv (hDv ) ho
krw Sor o M kro S wc w
D Dv hDv z D v
作图法确定水锥体的临 界高度，绘制 D D ( zD ) 曲线，过(1,0)点作切线 切点处为
(1 hDv , Dv )
若已知泄油区外边缘的势梯度及岩石径向渗透率Kr，则 临界产量：
qocrit
令
ho kr kro (Swc ) o 2 o re dz 0 Bo o r re
e
b
hv
油
e
e
r
ov ——水锥体顶部油相中的势
定义无因次势 (r , z ) e o (r , z ) D z 无因次高度 zD 0 zD 1 令 h0
水
t = 0
记 为e 与生产井处油相中的势之差，且为常数(恒压差)
0 D 1
hv hDv h0
油井凝胶隔板实例
油井打隔板形状
控制底水工艺的发展趋势：研究开发既能保证油井产量， 又能控制或减缓底水锥进的有效方法。使用采水消锥与凝胶 隔板相结合的工艺，可积极地控制底水锥进，又能保证油井 产量，是底水锥进控制措施的发展方向。
一、临界产量的计算
形成稳定水锥时， 水锥体中的水是不 流动的，则锥体表 面 以下
五点井网
0.1178 KK ro ( S wc )hP qi d o (log 0.2688) rw
反七点井网 角井 反九点井网
0.1571KK ro ( S wc )hP qi d o (log 0.2472) rw 0.1178 KK ro ( S wc ) hPic qi 1 R d o ( )(log 0.1183) 2 R rw
边 井
0.1178KK ro ( S wc )hPis qi 3 R d 0.301 o [( )(log 0.1183) ] 2 R rw 2 R
2.4
面积注水开发指标计算
1 精确解 2 近似解 考虑油水粘度比的影响和活塞性
第五节 剩余油饱和度及其可流动性
背景：
实践表明，当油井完全水淹，仍有相当量 的原油剩余在储层中，孤东二、三区含水 94%时，采出程度仅20%左右。剩余在地 层中的原油称为剩余油。研究剩余油饱和 度的影响因素，有利于揭示提高采收率的 机理，便于采用EOR或水动力学方法改善 油田开发效果。
re
e
b h0 hv
油
水
e e
t=0
r
w (r, z) const
w 0 z
当So=Sor时，Pc=0，故水锥体内部Po=Pw=P
根据势的定义
Po dP o o 0 gz o Pw dPw gz w 0 w
流体不可压缩
hDv o g ( w o )h0 Dv
qocrit
kr kro (Swc ) 2 ho ( w o ) (rDe , bD ) Bo o
2
hDv ( RDe , bD ) Dv b bD ho
D dz D 0 rDe rD rDe
2
( H Dv ) BT
b 1 bD 1 时，水锥突破井底，可计算(tD)BT，由定 h0 义计算突破时间tBT
2.突破后油井含水
以数值模拟为基础，某一时刻含油部分厚度ho，含水 部分hw，油井在整个厚度上(ho+hw)完井生产,水油比：
qw hw krw ( Sor ) o Bo hw Bo M qo ho kro ( Swc ) w Bw ho Bw
利用上式可以计算当初始注水和含水100%时的注水量，即产 量。 0.1178KK rw ( Sor )hP qi a d w (log 0.682 0.798) rw a
d a
交错排状注水系统
qi
0.1178 KK ro ( S wc )hP a d o (log 0.682 0.798) rw a
不 稳 定 水 锥
开采底水油藏，必须考虑： 无水采油期的临界产量qocrit Qo> qocrit时见水时间及fw随时间的变化
Biblioteka Baidu
目前控制底水锥进主要技术措施
油藏工程上常用的方法有：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层；开发中后期加密井调 整技术。 通过控制油井产量，但从经济角度考虑一般不合适； 优化射孔方案一般在新井投产时进行设计； 采用水平井开发方案在初期取得较好的开发效果，但随着水脊 的形成，含水也要上升； 井网层系调整。
一、微观驱替效率
注水微观驱替效率ED：从注入水波及的孔 隙体积中采出的油量与被注入水波及的地 质储量之比。
S oi / Boi S o / Bo ED S oi / Boi
S oi ： i 注水时平均含油饱和度， 此时平均地层压力为P
S o ：注水期某一时刻平均含油饱和度；
；
当油的体积系数不变，即Boi=Bo时
2 2.85 C (bD ) 1.459 exp[0.803bD ln(5.664bD 9)]
用SI制单位表示为：
qocirt
kr kro ( Swc ) 5.256 10 ho ( w o ) (rDe , bD ) Bo o
6 2
qocrit—临界产油量，m3/d
ho—地层中含油部分的高度，m； kr——油藏岩石在径向上的渗透率，10-3μm2；
修正的毛管数，以 v 代替v，并增加 Soi Sor 粘度比修正。
N cam v ( Soi Sor ) o w cos w o
0.4
当修正后的毛管数较 小时（如小于10-6）， 剩余油饱和度变化不 大，这是一个以毛管 力为主的驱替区域。
e o (r , z ) 1 1 D v o (r , z ) e ov Dv 1 1 z ( z / h ) z hv hDv v D v 0 v ho ho
S oi S o So ED 1 S oi S oi
当被水波及的孔隙体积中含油饱和度降至残余油饱和度Sor时
Sor ED 1 S oi
此时水驱采出油量
即为最大驱油效率
N pw Vpw
S oi ED Boi
Vpw:注入水波及范围的孔隙体积
采出程度 R E E (1 D V
采油工艺上主要技术措施：打人工隔板以阻挡底水技术。
为提高注入水的水驱效率而建立水井隔板，根据堵剂在 地层中不同位置所承受的压差不同，采用强度不同的堵 剂段塞和多轮次注入方式来达到扩大隔板范围的目的。
常用的堵剂：
水泥+粉煤灰或水泥+粘土堵剂 凝胶类堵剂：木质素磺酸盐系列堵剂是一种较为理想 的隔板封堵剂
无因次时间tD: t D
0.5时，M 1， 0.6时，1<M 10
由数值计算和实验资料，可得无因次突破时间和无因次 水锥高度之间存在如下关系：
H Dv BT 16 7 H Dv BT 3 H Dv BT tD BT 4 7 2 H DV BT
稳 定 水 锥
油井的产量小于临界产 量，将形成某一稳定的 锥状体，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。
油井产量qo超过临界产量 qocrit时，油水的接触面将不 断上升，水锥体变得不稳 定，并一直上升窜入井底， 随之油井开始产水，含水 不断上升。因此，临界产 量可定义为无底水产出时 的最高产量。
P o
0
dPo o (o gz ) dPw
0
Pw
o w (r , z ) (o (r , z ) gz ) gz const w
o w o g const z o
油水界面处的势与r=re处油相中的势相同
re
h0
e ov o w o g hv o z v
r rD ho
kv kr
径向无因次长度，kv垂向渗透率
1 D kr kro ( S wc ) qocrit 2 h0 o rDe dzD 0 Bo o rD rDe Dv w o h0 e ov o w o 无因次化 g g hv o z v hDv o
kz——油藏岩石在垂向上的渗透率，10-3μm2；
Bo——原油体积系数，m3/m3； re——油井泄油半径，m
二、预测底水锥进时间
在底水油田开发初期，如果以临界产量 生产，产油量很低，以至于不会产生好 的经济效益，因此往往采用高于临界产 量生产，那么随之而来的时水锥体不断 上升，最终窜入油井。 此时，须估计
比值增加So变小；Pc 小则毛管半径大，油 易通过；F大，则驱替 速度高，So小
v w Nca 粘滞力 毛管力 o wcos cos
Nca反映了粘滞力和毛管力
见水时饱和度与毛管数的关系
v一隙间速度，即u/Φ，m/s ;
μw－水的粘度，mPa.s； σo-w一油与驱替流体的界面张力，10-3N/m； θ—接触角。
Sor ) EV S oi
EV:波及系数
二、影响剩余油饱和度大小的因素
研究表明，剩余油饱和度大小与 油水粘滞力和毛管力大小有关， 改变驱替速度、界面张力、水的 粘度都可以影响剩余油饱和度大 小。(对非均质地层则不尽相同)。 根据实验结果和量纲分析，剩余 油饱和度是粘滞力同毛管力之比 的无量纲数组的函数。
设地层均质，随油井生产ho、hw变化，qw/qo也变化，特征含 水率：
( f wc )lim
qw hw M qw qo h M Bw h w o Bo
2.4
面积注水开发指标计算
1 精确解
2 近似解
1) 精确解 油水粘度相同，刚性驱替。 直线排状注水系统
0.1178 KK ro ( S wc )hP qi a d o (log 0.682 0.798) rw a
1
函数Ω(rDe,bD)值由Chierici等人 绘成图版,该图版的使用范围为
5 rDe 80 0.1 bD 0.75
函数Ω(rDe,bD)可用回归公式表示：
1 (rDe , bD ) A(bD ) B (bD ) C (bD ) ln rDe 0.00119 A(bD ) 0.993 0.769 bD 1 B (bD ) 2 0.302 0.053 0.336bD
由于垂向势梯度 z 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， 其接触面变形也最大。因而，此时的接触面形 成喇叭状，这种现象即为底水锥进。
机理
势梯度不同，流体向井流动快慢不同，形成水锥 形状不同。 锥体的上升速度取决于该点处势梯度 z值的大 小以及该处岩石的垂向渗透率Kz 锥体的上升高度取决于由水油密度差 w o 引 起的重力与垂向压力梯度的平衡
在许多油田的开发实践中，气水锥进是一个严 重的问题，它的出现将使产油量显著下降。所 以，控制或至少延缓气水锥进是十分重要的。 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。如果在含油部 分钻一口生产井进行采油以后，打开层段下面 将形成半球状的势分布，如下图所示。
水锥突破时间 突破后含水率的变化
1.水锥突破时间
定义无因次水锥高度HDv:
H Dv
2 gh2 w o kr hDv qo Bo o
g w o kv 1 M 2 o ho t
hv (hDv ) ho
krw Sor o M kro S wc w
D Dv hDv z D v
作图法确定水锥体的临 界高度，绘制 D D ( zD ) 曲线，过(1,0)点作切线 切点处为
(1 hDv , Dv )
若已知泄油区外边缘的势梯度及岩石径向渗透率Kr，则 临界产量：
qocrit
令
ho kr kro (Swc ) o 2 o re dz 0 Bo o r re
e
b
hv
油
e
e
r
ov ——水锥体顶部油相中的势
定义无因次势 (r , z ) e o (r , z ) D z 无因次高度 zD 0 zD 1 令 h0
水
t = 0
记 为e 与生产井处油相中的势之差，且为常数(恒压差)
0 D 1
hv hDv h0
油井凝胶隔板实例
油井打隔板形状
控制底水工艺的发展趋势：研究开发既能保证油井产量， 又能控制或减缓底水锥进的有效方法。使用采水消锥与凝胶 隔板相结合的工艺，可积极地控制底水锥进，又能保证油井 产量，是底水锥进控制措施的发展方向。
一、临界产量的计算
形成稳定水锥时， 水锥体中的水是不 流动的，则锥体表 面 以下
五点井网
0.1178 KK ro ( S wc )hP qi d o (log 0.2688) rw
反七点井网 角井 反九点井网
0.1571KK ro ( S wc )hP qi d o (log 0.2472) rw 0.1178 KK ro ( S wc ) hPic qi 1 R d o ( )(log 0.1183) 2 R rw
边 井
0.1178KK ro ( S wc )hPis qi 3 R d 0.301 o [( )(log 0.1183) ] 2 R rw 2 R
2.4
面积注水开发指标计算
1 精确解 2 近似解 考虑油水粘度比的影响和活塞性
第五节 剩余油饱和度及其可流动性
背景：
实践表明，当油井完全水淹，仍有相当量 的原油剩余在储层中，孤东二、三区含水 94%时，采出程度仅20%左右。剩余在地 层中的原油称为剩余油。研究剩余油饱和 度的影响因素，有利于揭示提高采收率的 机理，便于采用EOR或水动力学方法改善 油田开发效果。
re
e
b h0 hv
油
水
e e
t=0
r
w (r, z) const
w 0 z
当So=Sor时，Pc=0，故水锥体内部Po=Pw=P
根据势的定义
Po dP o o 0 gz o Pw dPw gz w 0 w
流体不可压缩
hDv o g ( w o )h0 Dv
qocrit
kr kro (Swc ) 2 ho ( w o ) (rDe , bD ) Bo o
2
hDv ( RDe , bD ) Dv b bD ho
D dz D 0 rDe rD rDe
2
( H Dv ) BT
b 1 bD 1 时，水锥突破井底，可计算(tD)BT，由定 h0 义计算突破时间tBT
2.突破后油井含水
以数值模拟为基础，某一时刻含油部分厚度ho，含水 部分hw，油井在整个厚度上(ho+hw)完井生产,水油比：
qw hw krw ( Sor ) o Bo hw Bo M qo ho kro ( Swc ) w Bw ho Bw
利用上式可以计算当初始注水和含水100%时的注水量，即产 量。 0.1178KK rw ( Sor )hP qi a d w (log 0.682 0.798) rw a
d a
交错排状注水系统
qi
0.1178 KK ro ( S wc )hP a d o (log 0.682 0.798) rw a
不 稳 定 水 锥
开采底水油藏，必须考虑： 无水采油期的临界产量qocrit Qo> qocrit时见水时间及fw随时间的变化
Biblioteka Baidu
目前控制底水锥进主要技术措施
油藏工程上常用的方法有：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层；开发中后期加密井调 整技术。 通过控制油井产量，但从经济角度考虑一般不合适； 优化射孔方案一般在新井投产时进行设计； 采用水平井开发方案在初期取得较好的开发效果，但随着水脊 的形成，含水也要上升； 井网层系调整。
一、微观驱替效率
注水微观驱替效率ED：从注入水波及的孔 隙体积中采出的油量与被注入水波及的地 质储量之比。
S oi / Boi S o / Bo ED S oi / Boi
S oi ： i 注水时平均含油饱和度， 此时平均地层压力为P
S o ：注水期某一时刻平均含油饱和度；
；
当油的体积系数不变，即Boi=Bo时
2 2.85 C (bD ) 1.459 exp[0.803bD ln(5.664bD 9)]
用SI制单位表示为：
qocirt
kr kro ( Swc ) 5.256 10 ho ( w o ) (rDe , bD ) Bo o
6 2
qocrit—临界产油量，m3/d
ho—地层中含油部分的高度，m； kr——油藏岩石在径向上的渗透率，10-3μm2；
修正的毛管数，以 v 代替v，并增加 Soi Sor 粘度比修正。
N cam v ( Soi Sor ) o w cos w o
0.4
当修正后的毛管数较 小时（如小于10-6）， 剩余油饱和度变化不 大，这是一个以毛管 力为主的驱替区域。
e o (r , z ) 1 1 D v o (r , z ) e ov Dv 1 1 z ( z / h ) z hv hDv v D v 0 v ho ho
S oi S o So ED 1 S oi S oi
当被水波及的孔隙体积中含油饱和度降至残余油饱和度Sor时
Sor ED 1 S oi
此时水驱采出油量
即为最大驱油效率
N pw Vpw
S oi ED Boi
Vpw:注入水波及范围的孔隙体积
采出程度 R E E (1 D V
采油工艺上主要技术措施：打人工隔板以阻挡底水技术。
为提高注入水的水驱效率而建立水井隔板，根据堵剂在 地层中不同位置所承受的压差不同，采用强度不同的堵 剂段塞和多轮次注入方式来达到扩大隔板范围的目的。
常用的堵剂：
水泥+粉煤灰或水泥+粘土堵剂 凝胶类堵剂：木质素磺酸盐系列堵剂是一种较为理想 的隔板封堵剂
无因次时间tD: t D
0.5时，M 1， 0.6时，1<M 10
由数值计算和实验资料，可得无因次突破时间和无因次 水锥高度之间存在如下关系：
H Dv BT 16 7 H Dv BT 3 H Dv BT tD BT 4 7 2 H DV BT
稳 定 水 锥
油井的产量小于临界产 量，将形成某一稳定的 锥状体，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。
油井产量qo超过临界产量 qocrit时，油水的接触面将不 断上升，水锥体变得不稳 定，并一直上升窜入井底， 随之油井开始产水，含水 不断上升。因此，临界产 量可定义为无底水产出时 的最高产量。
P o
0
dPo o (o gz ) dPw
0
Pw
o w (r , z ) (o (r , z ) gz ) gz const w
o w o g const z o
油水界面处的势与r=re处油相中的势相同
re
h0
e ov o w o g hv o z v
r rD ho
kv kr
径向无因次长度，kv垂向渗透率
1 D kr kro ( S wc ) qocrit 2 h0 o rDe dzD 0 Bo o rD rDe Dv w o h0 e ov o w o 无因次化 g g hv o z v hDv o
kz——油藏岩石在垂向上的渗透率，10-3μm2；
Bo——原油体积系数，m3/m3； re——油井泄油半径，m
二、预测底水锥进时间
在底水油田开发初期，如果以临界产量 生产，产油量很低，以至于不会产生好 的经济效益，因此往往采用高于临界产 量生产，那么随之而来的时水锥体不断 上升，最终窜入油井。 此时，须估计
比值增加So变小；Pc 小则毛管半径大，油 易通过；F大，则驱替 速度高，So小
v w Nca 粘滞力 毛管力 o wcos cos
Nca反映了粘滞力和毛管力
见水时饱和度与毛管数的关系
v一隙间速度，即u/Φ，m/s ;
μw－水的粘度，mPa.s； σo-w一油与驱替流体的界面张力，10-3N/m； θ—接触角。
Sor ) EV S oi
EV:波及系数
二、影响剩余油饱和度大小的因素
研究表明，剩余油饱和度大小与 油水粘滞力和毛管力大小有关， 改变驱替速度、界面张力、水的 粘度都可以影响剩余油饱和度大 小。(对非均质地层则不尽相同)。 根据实验结果和量纲分析，剩余 油饱和度是粘滞力同毛管力之比 的无量纲数组的函数。
设地层均质，随油井生产ho、hw变化，qw/qo也变化，特征含 水率：
( f wc )lim
qw hw M qw qo h M Bw h w o Bo
2.4
面积注水开发指标计算
1 精确解
2 近似解
1) 精确解 油水粘度相同，刚性驱替。 直线排状注水系统
0.1178 KK ro ( S wc )hP qi a d o (log 0.682 0.798) rw a
1
函数Ω(rDe,bD)值由Chierici等人 绘成图版,该图版的使用范围为
5 rDe 80 0.1 bD 0.75
函数Ω(rDe,bD)可用回归公式表示：
1 (rDe , bD ) A(bD ) B (bD ) C (bD ) ln rDe 0.00119 A(bD ) 0.993 0.769 bD 1 B (bD ) 2 0.302 0.053 0.336bD
由于垂向势梯度 z 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， 其接触面变形也最大。因而，此时的接触面形 成喇叭状，这种现象即为底水锥进。
机理
势梯度不同，流体向井流动快慢不同，形成水锥 形状不同。 锥体的上升速度取决于该点处势梯度 z值的大 小以及该处岩石的垂向渗透率Kz 锥体的上升高度取决于由水油密度差 w o 引 起的重力与垂向压力梯度的平衡