石油工程专业油气的开采与开拓.docx

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石油工程专业油气的开采与开拓

中国石油大学（华东）现代远程教育

毕业设计（论文）

题目：

油气的开采与开拓

学习中心：

********学习中心

年级专业：

网络****石油工程

学生姓名：

****学号：

***********

指导教师：

职称：

导师单位：

中国石油大学（华东）远程教育学院

论文完成时间：

20**年**月**日

中国石油大学（华东）现代远程教育

毕业设计（论文）任务书

发给学员

1．设计（论文）题目：

2．学生完成设计（论文）期限：

年月日至年月日

3．设计（论文）课题要求：

4．实验（上机、调研）部分要求内容：

5．文献查阅要求：

6．发出日期：

年月日

7．学员完成日期：

年月日

指导教师签名：

学生签名：

注：

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摘要

在调研国内外利用水平井开发低渗透油藏的基础上，综合分析了低渗透油藏利用水平井开发的优越性以及目前水平井井网部署存在的问题，并通过油藏工程方法、数值模拟手段、经济评价原理，优化设计出一套适合低渗透油藏水平井井网布置的方法，主要包括直井与水平井联合井网的井网密度优化。

对十井网形式及井网参数的优化，设计了不同井网系统参数与储层参数的组合方案，包括水平井与直井注采井网形式的合理匹配、水平井段方向与裂缝方向的合理匹配、注采井排距与水平井段长度的合理匹配等，并通过各种组合关系所预测的采油速度、累积产量、含水、采出程度等开发指标进行衡量，最终获得最佳的注采井网形式、水平井段方向、水平井段垂向位置、井排距等参数的最优组合方法。

关键词:

低渗透油藏，水平井，井网密度，井网，裂缝，数值模拟

Intheresearchofdomesticandinternationaluseofhorizontalwellsinlowpermeabilityreservoirbasedon,thecomprehensiveanalysisofthelowpermeabilityreservoirsusinghorizontalwelldevelopmentsuperiorityandthehorizontalwellpatterndeploymentproblems,andthroughreservoirengineeringmethodandnumericalsimulationmethodandprincipleofeconomicevaluation,optimizationdesignasetforlowpermeabilityreservoirhorizontalwellpatternarrangementmethod,mainlyincludingstraightwellsandhorizontalwellscombinedwellpatternwellspacingdensitywereoptimized.

Oftenwellpatternandwellspacingparameteroptimization,designthedifferentwellpatternparametersandreservoirparameterscombinationscheme,includinghorizontalwellsandverticalwellsinjectionproductionwellnetworkintheformofreasonablematching,horizontaldirectionanddirectionoffractureofreasonablematching,injectionandproductionwellrowspacingandhorizontalsectionlengthofreasonablematching,andthroughvariousassociationspredictedproductionrate,cumulativeproduction,watercutandrecoverydegreesuchasthedevelopmentofindicatorstomeasureand,ultimately,thebestinjectionproductionwellpattern,horizontaldirection,horizontalwellverticalsectiontothelocation,spacingandrowspacingparameterssuchastheoptimalcombinationof.

Keywords:

lowpermeabilityreservoir,horizontalwell,wellpatterndensity,wellpattern,crack,numericalsimulation

目录

第1章前言┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅1

1.1研究目的和意义┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅1

1.2国内外研究现状┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅2

1.3主要研究内容┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅5

第2章多井型井网在低渗油藏中的适应性分析┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅6

2.1低渗透油藏概述┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅6

2.2低渗透油藏的特点┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅6

2.3多井型井网在低渗透油藏中的适应性┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅7

2.3.1常规直井井网开采不足之处┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅7

2.3.2水平井井网开采优势┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅7

2.3.3水平井候选油藏参数分析┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅8

第3章多井型井网优化设计研究┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅10

3.1注采井型的优化设计┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅10

3.1.1注采井型的分类┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅10

3.2水平段延伸方向的优化设计┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅11

3.2.1地应力对裂缝的影响┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅11

3.2.2水平段延伸方向优化设计研究┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅12

第4章结论┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅14

致谢┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅15

参考文献┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅16

第1章前言

企业管理的根本目的是提高效率、追求效益，通过对不同的部门，不同的人员的组织协调更好的实现企业的目标。

企业管理理论在实践中不断发展，在科学管理理论的指导下，许多企业走向成功。

然而,现实中仍有很多企业遭遇失败。

为什么会这样呢？

原因自然很多。

可是其中一个较为普遍，较为根本而又常为人们所忽视的一个因素便是对“人”的忽视。

这里讲的对“人”的忽视并非对人视而不见，熟视无睹，而是更深层次的对“人性”的忽视。

而这些“人性”的东西正是决定员工的兴趣、态度、忠诚、积极性、持续性、创造性、道德、意志、观念与企业命运的“个性品质。

1.1研究目的和意义

随着经济快速、稳定、健康的发展，国民经济对原油的需求以每年5%~6的速度增长，而我国低渗透油气资源储量是201.7×l08t，占总资源量的24%。

随着油藏开发工艺技术和油层改造技术的进一步完善与改进，低渗透油气藏发现与投入的比例持续递增，最初认为无经济价值的低渗透油藏，经过注水开发、储层改造等现代技术措施，获得了较好的开发效果，大幅度提高了低渗透油藏的产量。

可见，在我国石油后备储量紧张的情况下，怎样才能动用和开发好低渗透油藏储量，对我国石油工业的持续健康发展起着十分重要的意义。

同时近几年来油价不断的升高，也为特低渗透油藏的开发创造了经济上的可行性。

虽然我国低渗油藏有着巨大的资源潜力，但由于其储层物性差，导致直井与油层的接触面积小，井底附近原油的流动阻力大，压力梯度高，容易导致油层的过早见水或水淹，降低原油采收率。

因而，采取一些有效的新工艺技术，对低渗油藏开发效果的提高起着十分重要的作用。

随着近年来钻井、完井等技术的进步，水平井已经在世界各产油国的低渗透油藏中得到广泛应用，并显现出极大的优势。

国内外的开发实践得到：

对于低渗透、稠油油藏、薄储层以及小储量的边际油气藏等，最佳的开发方式是水平井开发。

水平井的主要优点是：

泄油面积大、生产压差小、提液潜力大，可大幅度增加单井控制储量，减少开发井数，降低开发投资，提高最终采收率和油田开发效果。

结合国内外水平井的生产实践和低渗油藏的特点，水平井技术应用于低渗油藏具有以下优势：

（1）容易建立有效驱动压差；

（2）井筒周围压差低；（3）贯穿垂直裂缝的机率高；（4）注入能力高；（5）有利于油层的保护；（6）可增大低渗油藏的采收率；低渗油藏多伴有天然或人工裂缝发育，对注水井网的部署就非常敏感。

网布置不合理，就会使注入水沿裂缝迅速突进，导致生产井过早见水或水淹，从而降低原油产量和经济效益。

所以，在低渗油藏井网部署前，首先需要弄清楚主应力及天然和压裂裂缝的方向，从而优化设计水平井段延伸方向；同时分析出水平井直井联合井网的最优注采方式和井网形式，以充分发挥水平井和直井的优点；并在此基础上，进行井网参数的优化研究，通过产油量、含水等动态指标的变化，优选出最优水平井垂向位置、最优水平段长度及合理井排比等。

因此，合理的井网部署是水平井开发低渗油藏的重要之处。

1.2国内外研究现状

（1）低渗油藏井网密度的研究现状

油藏工作者长期讨论的一个焦点话题是如何确定经济合理的井网密度，经济合理的井网密度对中、高渗透油藏来说是一个重大原则性因素，对低渗油藏来说则是一个成败攸关的关键性因素。

主要是因为，低渗油藏开发不仅具有中、高渗油藏所需要的开发技术外，还具有其自身的特殊性：

低渗透油藏常有有天然或人工裂缝发育。

因为裂缝的存在，不管是对于枯竭式开采，还是注水开采，低渗油藏的井网部署就极为敏感，井网密度对采收率影响的研究总体经历井网密度从大到小、又从小变大的过程，可总结为四个阶段

①第一个阶段，20世纪30年代，也就是世界低渗油藏开发的早期，那时普遍认为“井越多，采油量就越多”，井网密度很大，只有1~2公顷的单井控制含油面积；

②第二阶段，2世纪40~60年代，油田开发中提高油藏采收率和保持地层压力的普方法是注气或注水，以均质油层为基础的水动力学渗流理论也得到了进一步的发展，导致人们产生井网密度对采收率影响较小的认识，并提倡稀井高产，井网密度逐渐降低，单井控制含油面积最大可达100~200公顷；

③第三阶段，20世纪70年代，随着油田生产实践经验教训的积累、油藏工程研究的进步，人们注意到，因为实际的储层是非均质的，井网密度就对采收率有很大影响。

此时，为了提高油藏采收率，改善开发效果，新油田趋向应用较大的井网密度布井，老油田也采取了打加密井的措施，单井控制含油面积控制在8~20公顷范围内；

④第四阶段，20世纪80年代以后，美国JPT编辑部在概括油藏权威专家意见的基础上，得出结论：

大的井网密度能够增大油藏采油速度和采收率，改善油田开发效果。

低渗油藏合理井网密度的研究过程中，还有一个矛盾问题长期困扰着人们，即：

由于低渗油藏的开发和地质特点，要获得较好的开发效果，就需要采取较小的井距，较大的井网密度。

但是，由于低渗油藏的单位面积控制储量较小，单井产量低，加上投资费用的加大，就在很大程度上影响到了油田的经济效益。

面对这样的问题，以往常采取无可奈何的折中方法，既不追求最大的经济效益，也不从油层特点的客观需求出发，只是人为地选取一个井网密度。

所以，现场实际布井时，同一区块上常出现这种现象：

中部地质条件较好的地区，井网密度较大，而边部地质条件较差的区块，井网密度反而变小。

现场实践表明，此办法在油藏经济效益和开发效果上都不是很满意。

由于受原油价格过低等因素的影响，过去我国的矛盾更加突出。

我国大多数低渗油藏的井网密度仍采取与中高渗油藏一样，井距大到400~600m，甚至更大。

这样的井网密度，不适合低渗油藏的开发和地质特点，导致很多采油井因为采不出油或不理想而停产，注水井注不进水而停注，进而导致油田的生产呈现半瘫痪的状况。

随着油藏开发经验的积累，油藏地质和开发研究工作的深入、适应国民经济建设发展的需要和原油价格的逐步调整，一些油田都以确定合理井网密度为中心，搞好注水和压裂为主要增产措施，对低渗油藏的开发实施了改善开发效果的综合调整试验，并取得了较理想的开发效果。

长期以来，国内外许多油田研究工作者提出了各种评价低渗透油藏合理井网密度的方法，总结出了不少经验。

徐文斌等人运用谢尔卡乔夫井网密度关系式，回归出了符合小断块注水开发油田的井网指数与流度的经验关系式，同时结合经济评价，推导了油藏开发初期井网密度计算公式。

并利用图解法确定合理实用的井网密度，为油田开发初期整体井网部署提供了参考依据。

（2）水平井应用的国内外现状1863年阿尔斯山修建铁路隧道时瑞士工程师就提出了水平井技术，1928年才真正开始应用于油气田的开发中，第一口真正意义上的水平井于1929年在美国德克萨斯产生，但是该井仅在1000m深处从井筒横向向外延伸了8m。

1937年前苏联钻了一口水平井，50年代共钻43口分支井和水平井，然而，此阶段对水平井的研究仅是在钻井工艺方面，采油和油藏工程方面的研究却被忽略了，从而获得水平井技术上可行而经济上不可行的认识。

随着科技的发展和国民经济对能源需求的加大，水平井技术也有了很大进步，目前水平井已成为老油田挖潜、新油田开发以及提高采收率的重要技术。

80年代之后，已形成了水平井开发油气田的较大的规模，1995-1996年世界上已钻水平井3000多口，约占当年总钻井数的5%。

而到2000年底，全世界已钻24000口水平井，预计到2010年，全世界的水平井总数将大于60000口。

20世纪50年代，我国是继美国和前苏联后，世界上第三个进行水平井钻井的国家。

1965年~1966年，在四川碳酸盐岩中先后完钻了磨3井和巴24井（采气）两口水平井，但限于当时水平井的技术，没获得理想的效果。

70至80年代，我国发现的油气田多数都属于边缘油区的稠油油藏和低压、低渗透油藏，常规方法的采已变得不经济，不可行；而东部老油田处于开发后期水气锥进和含水上升问题严重，而水平井技术可以解决这些问题。

“八五”和“九五”期间，为了在水平井技术方面与国外小差距，海洋石油总公司和原中国石油天然气总公司分别进行了水平井技术的科学研究，在不同类型的油藏上展开了水平井技术应用的先导性试验。

1965-1998年8月国内共完钻293口水平井，其中：

辽河油田24口，新疆油田26口，塔里木油田37口，南海东部油田49口，胜利油田101口，其它油田56口，胜利油田草桥地区和塔里木油田塔中地区均获得了明显的经济效益。

胜利油田2000年共钻60多口水平井，大庆油田2006年共钻水平井45口。

近年来，我国水平井在胜利油田、大庆油田和塔里木油田的广泛应用，促使我国水平井技术得到了快速发展。

我国应用水平井开发的油藏类型主要涵盖：

裂缝性油藏、底水油藏、高含水油藏、稠油油藏、低渗透油藏、复杂断块油藏和生物礁油藏。

我国多数的油藏类型都包括在内，并且大多数都获得了显著的经济效益。

（3）水平井井网理论研究的国内外现状20世纪90年代，程林松和郎兆新在拟三维求解思想的基础上，应用保角变换、叠加原理、镜像理论和等值渗流阻力法等渗流理论，对直井水平井五点法面积井网的渗流问题进行了理论分析。

分别探讨了四井底、双井底两种井网形式，提出了直井水平井联合井网的渗流力学求解方法，同时推导出了各井网的产量、流场分布、渗流速度等计算公式，且绘制了沿水平段井筒的渗流速度分布曲线。

另外，程林松等人开发了一个关于水平井的有限元数模软件，对水平井五点法井网进行了研究，通过数模得到不同井网的开发指标，并与五点法直井井网进行效果对比，并对水平井开发效果的影响因素进行了探讨，得出结论：

虽然总体上水平井五点法井网比直井井网开发效果有所改善，但采收率增大幅度很小，水平井不宜用作注水井等。

对水平井井网理论的研究，除了正方形井网外，对其它形式的水平井井网也作了初步研究。

比如，运用相同的方法，对水平井七点法面积井网、五点法矩形井网和三角形井网等进行了分析研究；范子菲等人应用等值渗流阻力法和保角变换理论推导了封闭边界油藏的三角形井网和气顶底水油藏的四点法井网的水平井产能公式，并分析井排距、油藏各向异性程度、水平井段方位等因素对产能的影响。

葛家理等人应用复势理论及叠加原理对水平井直井联合井网的五点法和七点法面积井网进行了进一步研究，主要包括见水时间、波及系数、产量的计算和流函数的推导等，并在此基础上对两种井网进行了对比分析，认为七点法面积井网具有更好的优势。

赵春森等人利用镜像理论、保角变换和势的叠加原理等渗流理论，对水平井直井联合五点法矩形井网进行了理论研究，推导了矩形井网下的水平井产能公式，并得到了水平井长度与最优井网形式的无因次关系。

针对低渗透油藏，也有很多相关研究。

庞长英等人针对水平井直井多种组合方式进行了数模研究，表明：

对于裂缝发育、渗透率分布极具方向性的低渗透油藏，应选择直井注水水平井采油的组合方式，且水平井的最优方向是垂直裂缝方向，但由于采油速度较高，地层能量消耗过快，必须采取适当措施保持地层压力。

并得出结论：

低渗透油藏开发初期应使用菱形反九点井网，中后期将角井转注形成交错排状注水方式，始终保持较高的采油速度和阶段采出程度。

1.3主要研究内容

本文的研究内容主要为：

（1）调研国内外多井型井网开发低渗油藏的资料，评价多井型井网在低渗油藏中的适应性；

（2）优化低渗油藏多井型井网密度计算方法；（3）低渗油藏多井型井网的部署方法研究，包括井网、裂缝、应力的关系、直井与水平井注采井网形式的合理匹配、合理注采井距、最佳水平段长度、最优水平井垂向位置等；（4）实例应用及开发效果预测。

针对桩西某区块的具体地质特征和开发指标，对本区块设计不同的技术方案，进行数值模拟研究，并进行效果对比。

第2章多井型井网在低渗油藏中的适应性分析

我国低渗油藏的常规开发方式是直井利用天然能量、注水开发及利用水平井直井联合开发等。

因为低渗油藏天然能量不足、消耗快等特点，利用直井弹性开采采收率极低；而压裂直井或直井注水开发是目前多数低渗油藏较为常用的开发方法，但需要增大钻井投资和油层压裂改造的次数，投资成本较大，而相应的无水采收期短，采收率也不大。

所以，水平井或水平井直井联合开发方式就显现出其明显的优越性。

2.1低渗透油藏概述

世界上对低渗油藏的定义没有统一固定的标准，一般根据不同国家在不同时期的技术经济条件和资源状况来确定，变动范围较大。

目前，我国陆上20多个油区发现并探明的低渗油田将近30个，地质储量约40亿吨，占国内已探明原油地质储量的25%。

其中以新疆地区为主，其它依次为大庆、长庆、吉林、大港等。

可见，在今后相当长的一个时期内，低渗透油气资源将成为我国增产的主要基础，研究和开发好低渗透油田对我国石油工业健康稳定的发展起着非常重要的作用。

2.2低渗透油藏的特点

与常规中、高渗透油藏相比，低渗透油藏具有以下特点：

（1）低渗透油藏一般油层连续性差低渗透油藏一般砂体分布范围小，油层连续性差，因此，布置合理的注采井网是低渗透油田开发的关键之处。

（2）低渗透油藏存在“启动压力梯度”，渗流阻力和压力油耗特别大低渗油藏的渗流有其特殊性：

即存在启动压力梯度。

由于低渗透油藏的岩性致密、孔喉小、比表面积大，导致固液界面上的电化学作用、微毛管作用、表面作用增大，因此具有非达西渗流特征。

启动压力梯度的存在更容易导致注不进、采不出，注水井底附近压力高，生产井底附近压力低的现象。

且油井一旦停产，就很难再次投入启动，同时受伤害后的油层也难以恢复，此现象随着渗透率的降低越明显。

（3）低渗透油藏见水后，采液和采油指数急剧下降低渗油藏油井见水后具有一个很大特点：

采油和采液指数明显下降。

一般到含水50%~60%时降至最低，无因次产液指数只有0.4左右，在含水升高和采液指数降低的双重影响下，无因次采油指数下降更为严重，只有0.15。

这种现象在中、高渗油藏中不是很明显，甚至见水后，采液、采油指数还有上升的趋势。

导致这种现象的原因较多，初步分析主要是润湿性、油水粘度比、粘土矿物的盐敏和水敏效应等因素的影响。

低渗油藏一般地下原油粘度较低，油水粘度比小，岩石表面偏亲水，束缚水饱和度较高，孔喉小，较易被矿物微粒堵塞等。

所以，低渗油藏的油水相渗曲线存在这样的特征：

随着含水饱和度的提高，水相相对渗透率上升缓慢，而油相相对渗透率急剧降低，到残余油饱和度时的水相相对渗透率也较小，一般在0.2~0.4范围，两相共渗点很低，渗流阻力较大。

从而油井见水后产液量和产油量会有明显的减小，所以就难于用增大排液量的方法来保持稳产。

（4）低渗透油藏多伴有天然或人工裂缝发育低渗透储层多伴有天然或人工裂缝发育，低渗油藏开发成功与否的关键就是对裂缝系统的认识和利用。

在井网规划、轨迹设计、储层保护、注水开发等过程中，裂缝系统都具有非常重要的作用，所以，低渗储层认识的重心不是基质渗透率的空间分布和变化，而是裂缝体系的空间分布和变化；储层保护的首要目标也并非基质孔喉，而是裂缝网络体系。

在井位布置、完井方法、轨迹设计、注水开发等方面。

2.3多井型井网在低渗透油藏中的适应性

2.3.1常规直井井网开采不足之处

由于低渗透油藏的特点，利用直井或加密直井开发低渗透油藏存在几点不足：

（1）直井开发时的流动为径向流，由于低渗透油藏渗透率低、岩性致密、孔喉小，导致注采压差大，容易使底水锥进，减小无水采收期，稳产难度大，产量递减快，从而导致较差的开发效果；

（2）生产剖面与油藏接触面积小，渗流通道小，单井产量低，而常规直井开发低渗油藏的井网密度一般较大，从而造成钻井成本高，而储量动用程度低的局面；（3）低渗油藏多具有天然或人工裂缝发育，裂缝性砂岩油藏吸水能力较强，水驱各向异性明显，因此，沿裂缝方向油水井间容易发生水窜，降低油田的开发效果。

2.3.2水平井井网开采优势

水平井作为一种新兴的油气田开采技术，已广泛应用于石油和天然气的勘探与开发，可明显增大油气采收率，具有显著的经济效益。

钻水平井的目的就是为了尽可能多地穿越油层，增大油井单井产量和注入量（注水、注蒸汽或注气等），进而取得较大的采收率，这是利用水平井开发油气田最直接的目的，也是水平井开采的最大优势。

低渗油藏的岩性致密、孔喉细小，应力敏感性强、储层物性差等特点，使的其开发难度较大。

结合国内外的生产实践，水平井开发低渗油藏存在以下几个优点：

（1）容易建立有效驱动压差由于低渗油藏的传导性差，应用直井开发时，在注水井底附近容易憋起高压，而生产井底附近压力较低，注采压差主要损失在油水井底30~50m的范围内，在油水井间很难