油藏工程课件 第四章 2水驱特征分析方法

水驱曲线特征分析
• 追溯起来，注水起源于19世纪下页美国宾西法尼亚西部地区的 Pithole城(费城)，至今已有100多年的历史。
• 最初出现的注水是偶然的。水从活动封隔器附近的浅含水层渗 入一口油井，使这口井不能再出油，但却引起了周围井产量的 增加。John F. Carll在1880年美国宾西法尼亚第2次地质调查 报告中，提出注水能够提高原油最终采收率这一看法。
油藏工程原理与方法
第四章 油藏动态分析方法
第24讲 水驱曲线特征分析
提纲
• 一、注水开发简述 • 二、水驱特征曲线定义 • 三、水驱特征曲线特征分析 • 四、实例分析 • 五、水驱特征曲线类型
水驱曲线特征分析
4-2水驱曲线特征分析
一、注水开发简述
• 石油开采中的一次采油是利用天然能量开采，即利用流体和岩 石的弹性能、溶解气膨胀能、气顶驱、重力驱以及有边、底水 的侵入。一次采油的采收率很低，一般在20%以下。
• 我国主要油田原油属于石蜡基原油，粘度普遍较高，高含水期 是注水开发油田的一个重要阶段，在特高含水期仍有较多储量 可供开采。研究中高含水期的水驱油田的开发特征具有重要的 意义。
水驱曲线特征分析
含水率 fw (f)
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 0
5
10
15
20
25
采出程度 R (%)
含水率与采出程度关系曲线
• 结合北海（North Sea）油田的开发经验，BP研究中心的 Mitchell（1982）也曾对油田注水开发的方法进行了总结，但 比起中国学者的研究结果来要逊色得多。
水驱曲线特征分析
• 一般来说，天然能量充足的油藏占2-3%，97%的需要注水 来补充地层的能量，中国90%以上的油田需要注水开发， 这与具体的沉积环境有关。
根据水驱油藏含水率、采出程度和最终采收率得到的统计
关系图版，用对应的查出相应的采收率ER。
水驱曲线特征分析
童宪章经验图版法理论 • 油田生产水油比与含水率之间的关系为： WOR fw
cSwi )dN p
Wp
A
Np 0
exp(BNp )dN p
A B
Np 0
exp(BNp )dN p D exp(BNp ) C
如下公式为甲型水驱曲线：
水驱曲线就是地层岩石的相渗特性在生产规律上的宏观反映。由于不同油田 的岩石相渗特性不同，因此，水驱曲线的常数也不尽相同。
水驱曲线特征分析
法和结果后来在美国许多油田得到了应用，现在仍然用该方 法估算油田的累积产量和剩余油。
• 前苏联的马克西莫夫（1959）根据全苏石油科学研究院的室
内水驱油实验数据，给出了Wp－Np的半对数直线关系，目前，
该方法已经被CNPC列为预测水驱油田采收率的重要方法之一。
• 中国童宪章（1978）最先发表了“天然水驱和人工注水油藏 的统计规律探讨”（石油勘探与开发，第六期，1978），
1
1
Bw w ko
Bo o k w
WOR Qw Bookw Qo Bwwko
WOR fw 1 fw
Qw和Qo分别为地面的油水产量。
•上式称为水的分流量方程，它表 明含水率取决于油水两相各自的渗
透率和粘度。比如稠油油藏见水后，
由于uo大，故fw较高，对于一定油 层来说，uo、uw为定值，此时若求 得了Ko/Kw，就可以计算含水率。 而Ko/Kw可在油水相对渗透率曲线 上得到。
1、直井-水平井 2、粘度低-高 3、低水-边水 4、非均质-均质
实际 理论
30
水驱曲线特征分析
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%。
• 适用性：注水毕竟是外来流体，与地层岩石和流体不配物， 产生伤害
水驱曲线特征分析
• 美Wright（1958）在研究采油速度对注水开发油田的影响时，
根据实际数据首先建立了WOR－Np半对数统计直线；
• Parts（1959）在预测五点井网面积注水时，利用理论计算和
电模型的实验，也给出了WOR－Np半对数统计直线，他们的方
• 油田的注采井网、注采强度、增产措施等变化时，水驱曲 线可能会出现拐点，但半对数直线关系可能仍然成立。
目的作用：最大的累积产量＝可采储量；标
定采收率；含水与累积产量的关系；评价开发 效果；求地质储量。
水驱曲线特征分析
三、水驱特征曲线特征分析
0、含水率和水油比（在稳态状况下）
fw
Qw Qw Qo
水驱曲线特征分析
二、水驱特征曲线定义
• 1、规律的发现：在水驱油田的动态分析和预测中，对于已经 进入中期含水的油田，人们发现若将累积产油－累积产水或 水油比－累积产油等数据作成相应的半对数图，可得到比较 明显的直线。
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• 2、水驱特征曲线：一个天然水驱或人工水驱的油藏，当 它已经全面开发并进入稳定生产阶段后，含水率达到一定 高度并逐渐上升时，在半对数坐标纸上，以对数坐标表示
• 累积产水量Wp必须加上一个常数C,才能与累积产油量Np在半对数坐标上 成直线关系，但是，随着油田的生产，含水率上升和累积产水量的增加， 常数C的影响逐渐减小，在油田开发的中后期，累积产水量Wp和累积产油 量Np在半对数坐标上成直线关系。
N p a(lg Wp lg b)
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可采储量计算
Qo
dN p dt
Sw
Np
100Aho
/
B oi
Swi
Qw和Qo分别为地面的油水产量。
代入上式
水驱曲线特征分析
代入的Sw
Wp
Bo o d Bww
Np 0
c
e dN dt 100
Np Ah o
/
B
oi
S
wi
p
dt
代入的Qo
Wp
Bo o d Bww
Np 0
exp(
cN p
100Aho
/
Boi
kro decsw krw
水驱曲线特征分析
2、水油比与含油饱和度的关系
kro decsw krw
将该统计规律代入水油 比的关系式中：
WOR Bookw Bw w ko
WOR
Qw
Bo o kw
Bo o
ecsw
Qo Bwwko Bww d
这样我们就建立了水油比WOR与含油饱和度Sw的关系式。
• 陈元千教授和俞启泰教授等等也在这个领域做出突出贡献。
水驱曲线特征分析
• 不同油水粘度的油田水驱特征有明显的差异：
• 低粘度油田，油水粘度比低，开发初期含水上升缓慢，在含水 率与采出程度的关系曲线上呈凹曲线，主要储量在中低含水期 采出，
• 而中高粘度油田与此相反，在含水率与采出程度的关系曲线上 呈凸形曲线，主要储量在高含水期采出，这是由水驱油非活塞 性所决定的。储层的润湿性和非均质性更加剧了这种差异。
取对数：
lg WOR A2 B2 N p
水驱曲 A2 B2 N p
因为含水率和水油比的关系式：WOR fw
1 fw
代入乙型水驱曲线：
lg fw 1 fw
A2 B2 N p
累计产量和含水率的关系：
Np
lg fw 1 fw B2
A2
预测可采储量：
NR
lg fw98% 1 fw98% B2
对甲型曲线等式两边分别时间t求导数：
Qw dWp / dt; Qo dN p / dt;
WOR
Qw Qo
2.303 B1Wp
代入甲型水驱曲线：
Wp WOR / 2.303 B1
又因为含水N率p和水l油g比W的O关R系式A：1BW1 lOgR(2.303f
B1
w
)
1 fw
1、预测开采储量； 2、采收率标定； 3、动态分析； 4、开发效果评价。
• 继一次采油之后，注水成为提高采收率的主要方法之一。向 油层注水，利用人工注水保持油层压力，是油田开发史上一个 重大的转折，自20世纪20-30年代注水油田在美国获得工业应 用以来，目前世界范围内广泛应用注水采油。
• 水驱开发油田，可以获得较高的最终采收率，并且由于水源丰 富、价格低廉，因此，水长期作为一种有效的驱替液体，在世 界各国油田开发广泛使用。
预测可采储量：NR
lg( fw98% ) 1 fw98%
A1 lg(2.303B1) (含水98％时)
动态分析
水驱曲线特征分析
（二）、乙型水驱曲线 • 童宪章先生和谢尔盖夫等人，分别与1978年和1982
年，以经验公式的形式提出了累积水油比与累积产 油量的半对数直线关系式。后于1993年（陈元千， “一种新型水驱曲线关系式的推导及应用”，石油 学报，1993（2）14，65-73）完成了他的理论推导。 该直线称乙型水驱曲线。 由甲型水驱曲线两端对Np求导后，
下一步我们找找：Sw与累积产量Np有什么特殊关系？
水驱曲线特征分析
3、原始储量、剩余可采储量、累积产量
水驱曲线特征分析
4、 Np与含水饱和度Sw的关系
在注水保持压力下：Bo≈Boi，则有：
N p 100 Ah o (Sw Swi ) / Boi
饱和度与累计产量关系如下：
Sw
Np
100Aho
/
水驱曲线特征分析
由上述WOR-Sw关系式：
WOR Qw
Bo o kw
Bo o
ecsw
Qo Bwwko Bww d
改写为地面水产量的形式：
Qw
Qo
Bo o Bww
ecsw d
油田的累计产水量可由下列表示： 积分的性质
Wp
t
0 Qwdt
t
0 Qo
d
Bo o Bww
ecsw dt
油田的瞬时产量与累计产量的关系为：代入上式Wp中。
• 之后California（1917）、Oklahoma（1931）、Texas（1936） 等地油藏相继开始注水采油，到20世纪40年代注水采油开始蓬 勃发展（Willhilte, P., G.，1986）。中国在近代注水工艺技 术发展中，也取得了颇有特色的成果。
水驱曲线特征分析
• 40多年的开发经历表明，注水采油在我国大庆油田得到了成功 应用。大庆油田是世界上特大油田之一，是陆相多油层砂岩油 田，油层非均质性十分明显。大庆原油属石蜡基原油，含蜡量 高达20－30%，边水不活跃。大庆油田于1960年6月投入开发， 1976年进入全面开发阶段，年产量在5000万吨以上，已经稳产 二十多年。大庆油田以“早期内部注水，保持压力采油”为原 则，发展了一整套适合现场特点的分层注采工艺，创造了前所 未有的中深井、多层砂岩油藏分层开采成功范例。
• 此外天然能量局限性大，发挥不稳定，初期快，后期慢， 采油速度小，采油效率低。
• 优势：
– 1）一般都有可供利用的水资源，水容易获得，注水的投资和操作 费用低而利润大。
– 2）注水是相对容易的，水容易注入底层且能产生一定的水压。 – 3）水在油层中的波及能力较高， – 4）水在油层中容易流动，水在驱油方面是有效的。
A2
1、预测开采储量； 2、采收率标定； 3、动态分析； 4、开发效果评价。
(含水98％时)
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（三）、童宪章图版法
一般是在油藏进入开发中期后：
童宪章提出了一种经验图版法，以此预测油藏的采收率变化趋
势。
根据油田含水统计，水驱油田含水率—采收率有如下关系：
lg fw 1 fw
7.5R ER 1.69
B oi
Swi
这样我们就建立了水油比、Np与含水饱和度Sw的关系式。
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（一）、甲型水驱曲线
• 前苏联学者马克西莫夫，1959年以经验公式提出的累积产 水量与累积产油量的半对数关系式，后于1978年我国著名 油田开发专家，已故中科院院士童宪章先生，命名为甲型 水驱曲线。在理论上完整系统的推导由陈元千完成（水驱 曲线关系式的推导，石油学报，1985（2）6，69-78）。
fw
1
1 1
WOR 1 WOR
WOR
•实践证明：Ko/Kw与Sw之间为一指 数函数。
水驱曲线特征分析
1、相对渗透率与含油饱和度的关系
在相对渗透率曲线上,每隔一定饱和度读出： 油和水的相对渗透率,算出油水相对渗透率比 值Kro/Krw。在半对数座标上作出Kro/Krw～Sw关 系曲线。如图所示，曲线中间主体段是直线， 这一直线段正好是矿场实际常用的范围。直 线段可用下式表示：
油藏的累积产水量Wp，以普通坐标表示油藏的累积产油量 Np，做出两者的关系曲线，常出现一条近似的直线段，称
为水驱特征曲线。
•水驱特征曲线方法是天然水驱和人工注水开发油田特有的 研究方法。
水驱曲线特征分析
• 常用的水驱曲线目前已有50多种应用于油田，可以对累积 产油、累积产水、累积产液、产油量、产水量、产液量、 含水率、水油比、可采储量、采收率等各项指标进行预测。