石油工程概论-张红玲 第三章油田开发设计基础 (2006)
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美国1975年
早期注水：一般比油田开发晚1―2年。 晚期注水：在天然能量枯竭以后开始注水。 人工注水油田持续高产、驱油效率高、控制 调整容易，最终采收率一般在50%左右。
注水时机的选择
前 苏联 早期 注水 晚期 注水
保持地层压力，可以获得 较长时期的高产稳产，从 而缩短开采年限。 在饱和压力附近，地下 原油流动条件最好；
弹性气压驱动开采特征曲线
4.弹性驱动(elastic drive)
依靠油藏流体和岩石的弹性能量为主要驱油能量。
油藏投入开发 油层压力开始下降 液体、岩石体积发生膨胀 储油层的孔隙体积缩小 原油被排挤到生产井中
弹性驱油藏开采特征曲线
5.重力驱动(gravity drive)
依靠原油在油层内存 在位差而具有的重力 驱油。
当一个油藏的油层 倾角比较大或油层 厚度大时，重力驱 动才能发挥作用。
重力驱动油藏开采特征曲线
各种驱动方式的驱油能量来源不同 最终采收率(ultimate recovery)也不同 一般情况下 水压驱动方式的驱油效率最高，采收率最 大。 溶解气驱采收率最低。 国内外许多油田都采用人工 注水保持压力的开发方式。 油藏的驱 动方式并 不是一成 不变的 同一时间内，同一油藏的不同部位 可以表现为不同的驱动方式； 同一油藏在不同时间可以表现为不 同的驱动方式。
注水井在油藏所处的部位和注水井与生产井之 间的排列关系。 油田的油层性质和 确定注水方式的主要依据： 构造条件 目前国内外油田所采用的注水方式
不规则点状注水 边内切割注水 边缘注水 面积注水 periferal water flooding pattern water flooding
1.边缘注水
第三章 油田开发设计基础
油藏的驱油能量和驱动方式 砂岩油田的注水开发
第一节 油藏的驱油能量和驱动方式
一、油藏驱油能量(drive energy)
①边底水(edge water)压头所具有的驱油能量。
天 然 能 量
②原油中的溶解气(solution gas)析出并发生 膨胀所产生的驱油能量。 ③气顶(gas cap)中压缩气体膨胀所产生的驱油 能量。 ④油层中的流体和岩石发生膨胀而产生的驱油能量 ⑤原油在油层内由于位差而具有的重力驱油能量。
注采井数比为1：1
（2）强化面积注水系统 根据油水井相互 位置和所构成的 井网形状不同
四点法
五点法 七点法 九点法 反九点法
对于面积注水井网
注水井 N 3 m ＝ 采油井 2
式中 m n 系统的注水井与采油井数之比 注水井数
N
基本单元的所有ຫໍສະໝຸດ Baidu数
不同注水系统的m和n值及井网形式
注水系统
弹性驱动 (elastic drive) 重力驱动 (gravity drive) (Elastic gas drive)
1.水压驱动(water drive)
依靠边底水和（或）注入水为主要驱油动力
地层压力高于饱和压力 边底水和（或）注入水 将原油驱入油井
(1)刚性水压驱动
(rigid water drive) 能量供给充分，水侵 量完全补偿采出量。
美国
先利用天然能量开 采，当地层压力降 到饱和压力附近时 开始注水。
对地下油层特征认识较 清楚，开发较主动； 有利于早日收回投资
国 内
早期 注水
国内众多低渗透油田一 般天然能量小，弹性采 收率和溶解气驱采收率 都非常低
国内一般认为，应该立足于早期 注水。
二、注水方式(waterflooding mode)
2.切割注水(Cutting flood)
利用注水井排将含油面积切割成许多块（切割区）， 每个切割区可以作为一个独立的开发单元。
油层大面积分布，并具有一定的延伸长度，在注水 井排上可以形成比较完整的切割线；保证在一个切 割区内部署的生产井与注水井之间都有较好的连通 性；油层具有一定的流动系数，保证在一定的切割 区和一定的井排内生产井能见到较好的注水效果。
END
(1)刚性水压驱动 水压驱动 (rigid water drive) (water drive) (2)弹性水压驱动 溶解气驱动 (elastic water drive) (solution gas drive) (1)刚性气驱 气压驱动 (Rigid gas drive) (gas drive) (2)弹性气压驱动
国内油田开发中广泛采用人工注水保持 或补充地层能量，使油田处于水压驱动 方式开发。
一、注水时间(waterflooding time)
地层中原油的少量脱气会 减少水相的相对渗透率， 使得水油比降低，从而减 少高渗透层的产水量 ⑴溶解气驱采收率＝21% ⑵气顶气驱采收率＝30% 地层中强烈脱气是有 害的，因为它可使原 油粘度上升，导致最 终采收率下降
第二节 砂岩油田的注水开发 water flooding
在进行油田开发方案设计时，首先要确定油田开 发方式(development model)，且应当尽可能充 分利用油藏本身的天然能量来开发油田。 我国现有油 田绝大多数 不具备充足 的天然能量 补给条件 世界油田开发的历史也表明， 若只依靠油田本身的能量开发， 采油速度低，采收率小，原油 产量不能满足国民经济发展的 要求
刚性水压驱动油藏开采特征曲线
(2)弹性水压驱动 (elastic water drive) 能量供给不充分， 水侵量不能补偿采 出量。
弹性水驱油藏开采特征曲线
2.溶解气驱动(solution gas drive)
主要依靠原油中分离 出天然气的弹性膨胀 能量驱油。
油层压力低于饱和压力 溶解在原油中的天然气 将从原油中分离出来 天然气体积发生膨胀 原油被排挤流入井
m n
正四点 0.5 3 三角形
正五点 1 4 正方形
正七点 2 6 三角形
正九点 3 8 正方形
值 值
井网形式
面积注水井网的灵活性较大，具有较强的适应性。
小结
1.油藏驱油能量包括天然能量和人工补充能量； 天然能量又包括⑴边底水的压能；⑵液体和岩石 的弹性膨胀能；⑶气顶气的弹性膨胀能；⑷溶解 气的弹性膨胀能；⑸原油本身的位能。 2.油藏的驱动类型包括水压驱动、弹性驱动、气 压驱动、溶解气驱动、重力驱动。 3.注水方式分为：边缘注水、切割注水、面积注 水、不规则点状注水
3.面积注水(pattern flooding)
将注水井和生产井 按一定的几何形状 和密度均匀地布置 在整个含油面积进 行开发。
（1）线状注水系统
(Line flooding)
注水井和生产井都等距地沿着 直线分布，一排注水井对应一 排生产井。
注水井与生产井 即可以正对也可 (a)正对式排状注水 (b)交错式排状注 水 以交错。 线性注水示意图
溶解气驱油藏开采特征曲线
3.气压驱动(gas drive)
主要靠气顶气的膨胀 能或注入气驱油的驱 动方式。
(1)刚性气驱 (Rigid gas drive)
注入气量足以保持油 藏压力稳定，或气顶 体积比含油区体积大 得多能够保持油藏压 力基本保持不变。
刚性气压驱动可采特征曲线
(2)弹性气压驱动 (Elastic gas drive) 气顶体积体积 小，不能够保 持油藏压力基 本不变。
油藏驱油能量：
边底水的压能、溶解气的膨胀能、气顶气的膨胀能、 岩石和流体的弹性能、位能（原油自身重力）。 人工能量 人工向油层注水(water flooding)、 注气(gas injection)来增加油层驱 油能量 驱动石油流动的能量可以是几种能量的综合作用
二、油藏的驱动类型
(driving type of oil reservior)
(marginal flood)
注水井部署在含水区内或油水过 渡带上或含油边界以内不远处。
边（缘）外注水 注水井分布在含水区 分类 缘上注水 注水井分布在油水过渡带上
边（缘）内注水
注水井分布在含油区上
边缘注水
适用于油藏构造比较完整，油层分布稳定，边部和内部连 通性好，油层流动系数较高，边水比较活跃的中小油田。
早期注水：一般比油田开发晚1―2年。 晚期注水：在天然能量枯竭以后开始注水。 人工注水油田持续高产、驱油效率高、控制 调整容易，最终采收率一般在50%左右。
注水时机的选择
前 苏联 早期 注水 晚期 注水
保持地层压力，可以获得 较长时期的高产稳产，从 而缩短开采年限。 在饱和压力附近，地下 原油流动条件最好；
弹性气压驱动开采特征曲线
4.弹性驱动(elastic drive)
依靠油藏流体和岩石的弹性能量为主要驱油能量。
油藏投入开发 油层压力开始下降 液体、岩石体积发生膨胀 储油层的孔隙体积缩小 原油被排挤到生产井中
弹性驱油藏开采特征曲线
5.重力驱动(gravity drive)
依靠原油在油层内存 在位差而具有的重力 驱油。
当一个油藏的油层 倾角比较大或油层 厚度大时，重力驱 动才能发挥作用。
重力驱动油藏开采特征曲线
各种驱动方式的驱油能量来源不同 最终采收率(ultimate recovery)也不同 一般情况下 水压驱动方式的驱油效率最高，采收率最 大。 溶解气驱采收率最低。 国内外许多油田都采用人工 注水保持压力的开发方式。 油藏的驱 动方式并 不是一成 不变的 同一时间内，同一油藏的不同部位 可以表现为不同的驱动方式； 同一油藏在不同时间可以表现为不 同的驱动方式。
注水井在油藏所处的部位和注水井与生产井之 间的排列关系。 油田的油层性质和 确定注水方式的主要依据： 构造条件 目前国内外油田所采用的注水方式
不规则点状注水 边内切割注水 边缘注水 面积注水 periferal water flooding pattern water flooding
1.边缘注水
第三章 油田开发设计基础
油藏的驱油能量和驱动方式 砂岩油田的注水开发
第一节 油藏的驱油能量和驱动方式
一、油藏驱油能量(drive energy)
①边底水(edge water)压头所具有的驱油能量。
天 然 能 量
②原油中的溶解气(solution gas)析出并发生 膨胀所产生的驱油能量。 ③气顶(gas cap)中压缩气体膨胀所产生的驱油 能量。 ④油层中的流体和岩石发生膨胀而产生的驱油能量 ⑤原油在油层内由于位差而具有的重力驱油能量。
注采井数比为1：1
（2）强化面积注水系统 根据油水井相互 位置和所构成的 井网形状不同
四点法
五点法 七点法 九点法 反九点法
对于面积注水井网
注水井 N 3 m ＝ 采油井 2
式中 m n 系统的注水井与采油井数之比 注水井数
N
基本单元的所有ຫໍສະໝຸດ Baidu数
不同注水系统的m和n值及井网形式
注水系统
弹性驱动 (elastic drive) 重力驱动 (gravity drive) (Elastic gas drive)
1.水压驱动(water drive)
依靠边底水和（或）注入水为主要驱油动力
地层压力高于饱和压力 边底水和（或）注入水 将原油驱入油井
(1)刚性水压驱动
(rigid water drive) 能量供给充分，水侵 量完全补偿采出量。
美国
先利用天然能量开 采，当地层压力降 到饱和压力附近时 开始注水。
对地下油层特征认识较 清楚，开发较主动； 有利于早日收回投资
国 内
早期 注水
国内众多低渗透油田一 般天然能量小，弹性采 收率和溶解气驱采收率 都非常低
国内一般认为，应该立足于早期 注水。
二、注水方式(waterflooding mode)
2.切割注水(Cutting flood)
利用注水井排将含油面积切割成许多块（切割区）， 每个切割区可以作为一个独立的开发单元。
油层大面积分布，并具有一定的延伸长度，在注水 井排上可以形成比较完整的切割线；保证在一个切 割区内部署的生产井与注水井之间都有较好的连通 性；油层具有一定的流动系数，保证在一定的切割 区和一定的井排内生产井能见到较好的注水效果。
END
(1)刚性水压驱动 水压驱动 (rigid water drive) (water drive) (2)弹性水压驱动 溶解气驱动 (elastic water drive) (solution gas drive) (1)刚性气驱 气压驱动 (Rigid gas drive) (gas drive) (2)弹性气压驱动
国内油田开发中广泛采用人工注水保持 或补充地层能量，使油田处于水压驱动 方式开发。
一、注水时间(waterflooding time)
地层中原油的少量脱气会 减少水相的相对渗透率， 使得水油比降低，从而减 少高渗透层的产水量 ⑴溶解气驱采收率＝21% ⑵气顶气驱采收率＝30% 地层中强烈脱气是有 害的，因为它可使原 油粘度上升，导致最 终采收率下降
第二节 砂岩油田的注水开发 water flooding
在进行油田开发方案设计时，首先要确定油田开 发方式(development model)，且应当尽可能充 分利用油藏本身的天然能量来开发油田。 我国现有油 田绝大多数 不具备充足 的天然能量 补给条件 世界油田开发的历史也表明， 若只依靠油田本身的能量开发， 采油速度低，采收率小，原油 产量不能满足国民经济发展的 要求
刚性水压驱动油藏开采特征曲线
(2)弹性水压驱动 (elastic water drive) 能量供给不充分， 水侵量不能补偿采 出量。
弹性水驱油藏开采特征曲线
2.溶解气驱动(solution gas drive)
主要依靠原油中分离 出天然气的弹性膨胀 能量驱油。
油层压力低于饱和压力 溶解在原油中的天然气 将从原油中分离出来 天然气体积发生膨胀 原油被排挤流入井
m n
正四点 0.5 3 三角形
正五点 1 4 正方形
正七点 2 6 三角形
正九点 3 8 正方形
值 值
井网形式
面积注水井网的灵活性较大，具有较强的适应性。
小结
1.油藏驱油能量包括天然能量和人工补充能量； 天然能量又包括⑴边底水的压能；⑵液体和岩石 的弹性膨胀能；⑶气顶气的弹性膨胀能；⑷溶解 气的弹性膨胀能；⑸原油本身的位能。 2.油藏的驱动类型包括水压驱动、弹性驱动、气 压驱动、溶解气驱动、重力驱动。 3.注水方式分为：边缘注水、切割注水、面积注 水、不规则点状注水
3.面积注水(pattern flooding)
将注水井和生产井 按一定的几何形状 和密度均匀地布置 在整个含油面积进 行开发。
（1）线状注水系统
(Line flooding)
注水井和生产井都等距地沿着 直线分布，一排注水井对应一 排生产井。
注水井与生产井 即可以正对也可 (a)正对式排状注水 (b)交错式排状注 水 以交错。 线性注水示意图
溶解气驱油藏开采特征曲线
3.气压驱动(gas drive)
主要靠气顶气的膨胀 能或注入气驱油的驱 动方式。
(1)刚性气驱 (Rigid gas drive)
注入气量足以保持油 藏压力稳定，或气顶 体积比含油区体积大 得多能够保持油藏压 力基本保持不变。
刚性气压驱动可采特征曲线
(2)弹性气压驱动 (Elastic gas drive) 气顶体积体积 小，不能够保 持油藏压力基 本不变。
油藏驱油能量：
边底水的压能、溶解气的膨胀能、气顶气的膨胀能、 岩石和流体的弹性能、位能（原油自身重力）。 人工能量 人工向油层注水(water flooding)、 注气(gas injection)来增加油层驱 油能量 驱动石油流动的能量可以是几种能量的综合作用
二、油藏的驱动类型
(driving type of oil reservior)
(marginal flood)
注水井部署在含水区内或油水过 渡带上或含油边界以内不远处。
边（缘）外注水 注水井分布在含水区 分类 缘上注水 注水井分布在油水过渡带上
边（缘）内注水
注水井分布在含油区上
边缘注水
适用于油藏构造比较完整，油层分布稳定，边部和内部连 通性好，油层流动系数较高，边水比较活跃的中小油田。