(石油工程概论)多组分烃类系统相图

二、划分开发层系的原则
（1）多油层油田，如具有以下地质特征时，原则上不 能合并到同一开发层系中：
①储油层岩石和物性差异较大； ②油气水的物理化学性质不同； ③油层压力系统和驱动类型不同； ④油层层数太多，含油井段的深度差别过大；
（2）每套层系应具有一定的厚度和储量，保证每口井具 有一定的生产能力，并达到较好的经济指标。
刚性气压驱动可采特征曲线
(2)弹性气压驱动 气顶体积体积小， 不能够保持油藏压 力基本不变。
弹性气压驱动开采特征曲线
5、重力驱动 依靠原油在油层内存在位差而具有的 重力驱油能量驱油的方式。
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
划分开发层系： 把特征相近的油层组合在一起，用单独 一套开发系统进行开发，并以此为基础 进行生产规划、动态分析和调整。
(2)有效孔隙度
＝
e
V ep Vf
岩石总孔隙体积或绝对孔隙体积 岩石外表体积或视体积
被油、气、水饱和且连通的孔隙体积 岩石外表体积或视体积
第三节 油藏流体饱和度
一、油藏流体饱和度 单位孔隙体积中流体所占的比例。
S l V l/V P V l/V f
SoSwSg 1 (同一油藏)
实践发现： 同一岩石，气测渗透率总比液测渗透率高。
多组分烃类系统相图
◆ 三线
◆ 四区
◆ 五点
◆ 各类油气藏 的开发特点
三线 四区 五点
泡点线 露点线 等液相线
AC线，液相区与两相区的分界线 BC线，气相区与两相区的分界线 虚线，线上的液量的含量相等
液相区 AC线以上 气相区 BC线右下方 气液两相区 ACB线包围的区域 反常凝析区 PCT线包围的阴影部分
钻头进尺： 在钻头寿命内，其钻进的井段长度，单位为m；
机械钻速： 用钻头的进尺除以纯钻进时间，即单位纯钻 进时间的钻头进尺，表示钻头破碎岩石的能 力和效率，单位为m／h。
钻头的分类
按照钻切岩石面积及形状的不同： 全面钻进钻头 取芯钻头 特种钻头
按照结构特点和破岩机理的不同： 刮刀钻头 牙轮钻头 金刚石钻头
（2）预测油藏最终 采收率。
图5－17 水驱曲线
二、钻机的组成及功能
1、起升系统 (1)组成 井架、天车、游动滑车、大绳、大钩及绞车 (2)功能
①下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼； ②起下钻、接单根和钻进时的钻压控制。
2、旋转系统
带动整个钻柱及钻头旋转的设备
(1)组成 水龙头、转盘
2．钻柱
(1)定义 (2)功能
钻柱是用各种接头将方钻杆、钻杆和钻铤等部件连接起来组 成的入井管柱，通常指钻头以上的钻具。
①传递扭矩 ②施加钻压
通过钻柱将地面动力机的能量传给钻头，使钻头旋转破碎 井底岩石，加深井眼。
依靠钻柱中钻铤部分在洗井液中的自重对钻头施加钻压， 使钻头工作刃不断吃入地层，破碎岩石。
目前国内外油田所采用的注水方式
边缘注水 边内切割注水 面积注水 不规则点状注水
1、边缘注水 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。
分类
边（缘）外注水 注水井分布在含水区 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
图4-8 边缘注水示意图
2、切割注水 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。
切割注水示意图
3、面积注水 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 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。
注水井与生产井既可 以正对也可以交错。
注采井数比为1：1
(a)正对式排状注水
(b)交错式排状注水
线性注水示意图
（3）井筒存储效应与井筒存储系数
续流： 在压力恢复试井中，由于井筒内的气体和液体的可 压缩性，油井关井时，地层中的液体继续流入井内， 并压缩井筒流体的现象。
井筒存储： 在压降试井中，油井一开井，首先流出井筒的是 原先压缩的流体，而地层流体不流入井筒的现象
续流和井筒存储对压力曲线的影响是等 效的，均表现为压力曲线直线段滞后
井筒存储效应
μo ～P、T 关系
第二节 油藏岩石的孔隙性
一、储层岩石的孔隙和孔隙结构
1、孔隙 岩石中未被碎屑颗粒、胶结物或其它 固体物质充填的空间。
孔隙
空隙
孔隙 空洞 裂隙(缝)
砂岩的孔隙大小和形态取决于砂粒的相互接触关系、 后来的成岩后生作用引起的变化以及胶结状况
2. 孔隙度的分类
(1)绝对孔隙度
＝
a
V ap Vf
如用钻柱挤注水泥、中途测试、处理事故等。
第一节 影响钻进的主要因素
影响钻进的因素按其本身可否改变可分为两大类：
不 指已经客观存在、无法改变的因素，如所要钻进地层
可 变
的岩石物理机械性质、地质构造、地下压力分布及地
因 层中的流体性质等。
素
利用其有利方面，
并调节可变因素适应之
可 指可以人为的选择和改变的因素，如钻头和钻具、钻
A区： Sw≤Swi；
B区： Swi<Sw<1-Sor；
C区： Sw≥1-Sor；
KroKrw1
油水相对渗透率
油田开发
依据详探成果和必要的生产性开发试验， 在综合研究的基础上， 对于具有工业开采价值的油田，
按照国民经济发展对原油生产的要求， 从油田的实际情况和生产规律出发， 制订出合理的开发方案并对油田进行建设和投产， 使油田按预定的生产能力和经济效果长期生产， 直至开发结束的全过程。
油藏 气藏 油气藏 凝析气藏
泡点 AC线上的点，也称饱和压力点 露点 BC线上的点 临界点 C点，泡点线与露点线的交点 临界凝析压力点 P点，两相共存的最高压力点 临界凝析温度点 T点，两相共存的最高温来自百度文库点
各类油气藏的开发特点
1点－油藏
压力下降
压力下降
液态
泡点线(饱和压力)
气液两相
压力稍微下降
2点－饱和油藏 液态
井筒存储系数
一、油田产量递减规律及其应用
油气田开发的基本模式 产量上升阶段
产量稳定阶段
产量递减阶段
图5－10 油田产量变化曲线
油田经过稳产期后，产量将以某种规律递减，产量的递减速度通 常用递减率表示。
1、递减率 单位时间的产量变化率，或单位时间内 产量递减的百分数
二、水驱特征曲线分析
注水或天然水侵油田的开发，在无水采油期结束后，油 田将长期处于含水期的开采，且采水率将逐步上升，这 是影响油田稳产的重要因素。
最后由上返的洗井液将其从环空举升到地面。
压持效应：由于井内洗井液柱所形成的静液压力大于地 层压力，使得岩屑被压持在井底不易脱离的现象。
液体
在孔道中心的液体分子比靠近孔道壁表面的分子流速要高； 而且,越靠近孔道壁表面,分子流速越低；
气靠近孔壁表面的气体分子与孔道中心的分子流速几乎没 体有什么差别。
滑动效应 或 Klinkenberg效应
气体渗透率大于液体渗透率的根本原因
3、相对渗透率曲线 (1)定义：相对渗透率与流体饱和度关系曲线 (2)典型的相对渗透率曲线
一、划分开发层系的意义 （1）合理划分开发层系，有利于充分发挥各类油层 的作用，从而缓和层间矛盾，改善油田开发效果。 （2）划分开发层系后，可以针对不同层系的特殊要 求设计井网和进行地面生产设施规划和建设。 （3）划分开发层系，可以提高采油速度，加速油田生 产，缩短开发时间，并提高投资回收期。 （4）划分开发层系，能更好地发挥采油工艺手段的作 用，进行分层注水、分层采油和分层控制的措施。
（3）一个开发层系上下必须具有良好的隔层，在注水开 发过程中层系间能严格分开，上下层系不会串通和干扰。
（4）同一开发层系内各油层的构造形态应基本一致， 不应把大面积分布和少量分布的油砂体组合在同一开发 层系，否则将有一部分储量不能充分发挥作用。
（5）在采油工艺所能解决的范围内，开发层系不宜 划分过细，以减少建设工作量，提高经济效益。
(1)刚性水压驱动
能量供给充分，水侵 量完全补偿采出量。
刚性水压驱动油藏开采特征曲线
(2)弹性水压驱动 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
4、气压驱动 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 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。
在开发非均质多油层油田时，划分开发层系后，一套开 发层系中仍然包括几个到十几个油层。层间差异仍是不 可避免的。为进一步改善油田开发效果，对它们实施分 层注水和分层采油工艺，缓解层间矛盾。
二、注水方式 注水方式是指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。
确定注水方式的主要依据：油田的油层性质和构造条件
1、 水驱油田含水采油期的划分
(1) 无水采油期：含水率<2%。 (2) 低含水采油期：含水率2%～20%。 (3) 中含水采油期：含水率20%～75%。 (4) 高含水采油期：含水率75%～90%。 (5) 特高含水采油期：含水率>90%。
2、水驱曲线
N p alW gp lb g
（1）预测油田生产 过程中的含水率、 产油量、产水量、 累积产油量以及采 出程度等与开发时 间的关系；
2、溶解气驱动 主要依靠原油中分离出天然气的弹性 膨胀能量驱油的驱动方式。
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
溶解气驱油藏开采特征曲线
3、水压驱动 依靠边底水和（或）注入水为主要驱油 动力的驱动方式。
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
③输送洗井液 通过钻柱的中心孔腔将洗井液输送到钻头，由水眼喷射
出，冲击到井底，携带岩屑后由环空返回地面。
④延伸井眼 在钻进中通过不断地增加钻柱长度(接单根)以达到延伸井眼
的目的。通常井眼的深度用下入井内的钻柱长度测量。
⑤起下钻头 ⑥特殊作业
钻头在井下工作是靠钻柱连接并传递扭矩和压力的。 起出已磨损的钻头和下入新钻头都必须由钻柱完成。 另外，针对不同的目的，还可以起下其它井下工具。
油藏驱油能量
①边水的压能 ②原油中的溶解气体的弹性能 ③气顶中压缩气体的弹性能 ④流体和岩石的弹性能 ⑤原油自身的重力
1、弹性驱动： 依靠油藏流体和岩石的弹性能量为主 要驱油能量的驱动方式。
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
气液两相
3点－气藏
压力下降
气态
气态
4点－凝析气藏
压力下降
压力下降
气态
气液两相
气态
五、地层油的粘度
当速度梯度为1时单位面积上流体的内摩擦力
地层油的粘度影响因素分析：
①组成 轻烃组分所占比例↗, μo ↘
②溶解气油比
Rs ↗, μo ↘
③温度
T↗，μo↘
④压力
当P<Pb时， P↗, μo ↘
当P>Pb时， P↗, μo↗ 当P=Pb时，μo＝ μomin
(2)功能
保证在洗井液循环时钻柱能够旋转
保证在洗井液高压循环的情况下给井下钻具提供足够的旋转扭矩 和动力，以满足破岩钻进和井下其它要求
3、循环系统
(1)组成 (2)功能
泥浆泵、泥浆净化装置(固相控制设备)和泥浆 槽、罐等
①从井底清除岩屑；
②冷却钻头和润滑钻具。
柴油机或
4、驱动与传动系统 电动机
(1)组成 动力机、传动部分
变 因
压、转速、水力参数、洗井液性能及洗井技术等。
素
优选、设计
三、水力因素
在钻进过程中，从钻头上的喷嘴中喷射出的洗井液(射流)， 对钻进过程发挥着三种作用：
●清洁、净化井底，避免重复切削；
●保持和扩大预破碎带裂缝； ●直接水力破岩。
最主要的作用
保持井底清洁要经过三个过程：
对钻速的 首先是使破碎的岩屑离开岩石母体； 影响最大 然后是岩屑在井底被移动；
及液、气压控制机构组成。 (2)功能：
控制井内的压力，防止地层流体无控制地流入井中。
十大件 钻 井架 天车 游动滑车 大钩 水龙头
井
现 转盘 绞车 泥浆泵 柴油机 传动装置
场
衡量钻头破岩效率高低的主要指标有钻头进尺和机械钻速。 钻头寿命： 在整个使用过程中，钻头在井下的纯钻进时间
(包括划眼——在已钻出的井眼内旋转送钻、 修整井壁的过程)，单位为h；
联轴器、离合器、 变速箱、皮带传动 及链条传动等装置
(2)功能
产生动力，并把动力传递给泥浆泵、 绞车和转盘。
5、气控系统 (1)组成：控制面板(控制机构)、传输管线和阀门、执行
机构以及压气机等。 (2)功能：
确保对整个钻机各个工作机构及其部件的准确、迅速控制，使整机 协调一致的工作。
6、井控系统 (1)组成： 防喷器组、钻井四通、节流管汇、压井管线以