第八章注水开发油田地质研究(Chapter8watersweepingoilfieldgeologyanalysis)学时：4 学时基本内容：①油田开发阶段的划分②水驱基本原理、影响因素及注水过程中的油藏变化，地质布井依据和步骤③油水井和油藏开发动态变化、分析，油水井配产配注④油水运动规律及剩余油研究。教学重点：吸水和产液部面的应用、油水运动监测的方法。教学内容提要：第一节油田开发阶段的划分和录取资料的任务油田开发阶段划分阶段划分依据特征油藏评价获得工业性油气流到提交探明储量过程。开发可行性研究，具开采价值后，进入开发开发方案设计设计，至钻完第一批井网。按开发过油田钻成第一期开发井网（或基础井网）后程划分开发方案实施至射孔完成。油田正式投入开发以后，即进入管理调整阶油藏管理调整段投产油井逐渐投产、产量急剧增加生产井数变化不大、油井与油田产能旺盛、按产量变高产稳产产量变化较小化划分产量递减产量持续下降、产量递减长时期居高不下低产生产井数因水淹或枯竭不断减少、产量递减无水不含水低含水综合含水低于25%按含水中含水综合含水25%~75%高含水综合含水75%~90%特高含水综合含水90%以上二、油田资料类型及录取1地质资料（1）岩心观测
第八章 注水开发油田地质研究 (Chapter8 water sweeping oil field geology analysis) 学时：4 学时 基本内容： ① 油田开发阶段的划分 ② 水驱基本原理、影响因素及注水过程中的油藏变化，地质布井依据和步骤 ③ 油水井和油藏开发动态变化、分析，油水井配产配注 ④ 油水运动规律及剩余油研究。 教学重点：吸水和产液剖面的应用、油水运动监测的方法。 教学内容提要： 第一节 油田开发阶段的划分和录取资料的任务 一、油田开发阶段划分 划分依据 阶 段 特 征 按开发过 程划分 油藏评价 获得工业性油气流到提交探明储量过程。 开发方案设计 开发可行性研究，具开采价值后，进入开发 设计，至钻完第一批井网。 开发方案实施 油田钻成第一期开发井网（或基础井网）后 至射孔完成。 油藏管理调整 油田正式投入开发以后，即进入管理调整阶 段 按产量变 化划分 投产 油井逐渐投产、产量急剧增加 高产稳产 生产井数变化不大、油井与油田产能旺盛、 产量变化较小 产量递减 产量持续下降、产量递减长时期居高不下 低产 生产井数因水淹或枯竭不断减少、产量递减 按含水 无水 不含水 低含水 综合含水低于25% 中含水 综合含水25%～75% 高含水 综合含水75%～90% 特高含水 综合含水90%以上 二、油田资料类型及录取 1地质资料 （1）岩心观测
沉积韵律、沉积构造、夹层分布、裂缝特征等。（2）岩石物理分析孔隙度、渗透率、含油（气）饱和度、相对渗透率、界面张力、润湿性、毛管压力及孔隙结构等。（3）岩石学分析岩石薄片分析（碎屑成分、填隙物成分和含量等）、铸体薄片分析（孔隙类型及大小分布、喉道类型、裂缝特征等）、粒度分析、扫描电镜分析（矿物类型、喉道特征等）、X衍射分析（粘土矿物类型及含量）等。（4）地球化学分析镜质组反射率（Ro）、最大热解峰温度（Tmax）、孢粉颜色、稳定同位素、微量元素分析。（5）岩心流动试验储层敏感性试验（速敏、水敏、盐敏、酸敏等）、水驱油试验（驱油效率、剩余油形成机理）、岩心长期水驱实验（水驱过程中孔隙结构和岩石物性的动态变化）。2地震资料三维地震在油田开发中的应用，主要是通过提高分辨率以达到小层级别的油层研究目的。井间地震方法可望在很大程度上提高储集层井间预测的精度，但目前由于技术问题进行广泛的商业性使用。时移地震，期望监测油田开发过程中流体运动的变化。3测井资料一般包括自然伽马测井、自然电位测井、声波时差测井、中子测井、密度测井、电阻率测井或感应测井、地层倾角测井等。对于裂缝性地层，尚有微电阻率扫描测井、成像系列测井、全波列测并等。水驱开发过程中水淹层测井，即生产测井，包括C/O测井、中子寿命测井、电磁传播测井、介电常数测井、核磁测井、重力测井等。4生产动态资料压力产量含水注水流体监测：注入水、水淹层评价第二节注水过程地质分析一、水驱基本原理从油层中采出原油体积，必须被某种流体取代或置换。置换原油的流体，或者来自油层本身（如含气原油的膨胀、释放气体的膨胀和油层岩石孔隙空间收缩等）；或者来自油层外部的边水、底水和注入水。这里所谓的水驱油，是指注入水的驱替过程
沉积韵律、沉积构造、夹层分布、裂缝特征等。 （2）岩石物理分析 孔隙度、渗透率、含油（气）饱和度、相对渗透率、界面张力、润湿性、毛管压力及孔 隙结构等。 （3）岩石学分析 岩石薄片分析（碎屑成分、填隙物成分和含量等）、铸体薄片分析（孔隙类型及大小分 布、喉道类型、裂缝特征等）、粒度分析、扫描电镜分析（矿物类型、喉道特征等）、X衍 射分析（粘土矿物类型及含量）等。 （4）地球化学分析 镜质组反射率（Ro）、最大热解峰温度（Tmax）、孢粉颜色、稳定同位素、微量元素分 析。 （5）岩心流动试验 储层敏感性试验（速敏、水敏、盐敏、酸敏等）、水驱油试验（驱油效率、剩余油形成 机理）、岩心长期水驱实验（水驱过程中孔隙结构和岩石物性的动态变化）。 2地震资料 三维地震在油田开发中的应用，主要是通过提高分辨率以达到小层级别的油层研究 目的。 井间地震方法可望在很大程度上提高储集层井间预测的精度，但目前由于技术问题 进行广泛的商业性使用。 时移地震，期望监测油田开发过程中流体运动的变化。 3测井资料 一般包括自然伽马测井、自然电位测井、声波时差测井、中子测井、密度测井、电 阻率测井或感应测井、地层倾角测井等。对于裂缝性地层，尚有微电阻率扫描测井、成 像系列测井、全波列测井等。 水驱开发过程中水淹层测井，即生产测井，包括C／O测井、中子寿命测井、电磁传 播测井、介电常数测井、核磁测井、重力测井等。 4生产动态资料 压力 产量 含水 注水 流体监测：注入水、水淹层评价 第二节 注水过程地质分析 一、水驱基本原理 从油层中采出原油体积，必须被某种流体取代或置换。置换原油的流体，或者来自油层 本身（如含气原油的膨胀、释放气体的膨胀和油层岩石孔隙空间收缩等）；或者来自油层外 部的边水、底水和注入水。这里所谓的水驱油，是指注入水的驱替过程
水驱油的原理，是油层中的油被水驱替，类似于活塞压入液体通过含原油的管子一样。但应特别指出，水驱油过程是一个非活塞式驱油的过程。受润湿性、毛细管作用等多种因素影响，由于几何和物理的原因，注水前缘经过孔隙后，仍然留下很多原油，这些油逐渐被以后的注入水驱替（或带走），经过一段时间驱替以后，驱替介质的体积逐渐增加，含油的比例相对减少，最后降到经济极限。二、影响注入水流动方向的地质因素1：油层埋藏深度和构造形态油层太浅，难以承受很高的注水压力，注水压力可能压破地层或压开延伸到地面的裂缝面：油层太深，注水压力太大，注水成本太高。油水/油图4一4闭合高度小的油藏油水过渡带构造闭合高度小，油层下部有底水，原生水饱和度较高，使整个或大部分油层变为“油水过渡带”2.断层和裂缝若断层是封闭的或放射状的，则适合注水和控制，可按断块进行注采设计。若断层是开的，这种断层会破坏注水效果，特别是出现连续开雁列式断层对注水效果的影响更为严重，甚至会完全破坏注水效果。Q1注水井.ee440@O.+444裂缝-O图4一5裂缝性地层注水的布井方法小箭头表示水自裂缝流入岩体
水驱油的原理，是油层中的油被水驱替，类似于活塞压入液体通过含原油的管子一样。 但应特别指出，水驱油过程是一个非活塞式驱油的过程。受润湿性、毛细管作用等多种因素 影响，由于几何和物理的原因，注水前缘经过孔隙后，仍然留下很多原油，这些油逐渐被以 后的注入水驱替（或带走），经过一段时间驱替以后，驱替介质的体积逐渐增加，含油的比 例相对减少，最后降到经济极限。 二、影响注入水流动方向的地质因素 1．油层埋藏深度和构造形态 油层太浅，难以承受很高的注水压力，注水压力可能压破地层或压开延伸到地面的裂缝 面；油层太深，注水压力太大，注水成本太高。 构造闭合高度小，油层下部有底水，原生水饱和度较高，使整个或大部分油层变为“油 水过渡带” 2．断层和裂缝 若断层是封闭的或放射状的，则适合注水和控制，可按断块进行注采设计。若断层是敞 开的，这种断层会破坏注水效果，特别是出现连续敞开雁列式断层对注水效果的影响更为严 重，甚至会完全破坏注水效果
3.岩性和物性砂岩油层：主要考虑孔隙度、渗透率、连续性和矿物成分。石灰岩：主要因素是裂缝（包括溶洞）。在研究注水时，渗透率是重要因素，也是基本因素之一油田埋藏深：渗透率高，可采用大井距注水，如果注入压力较低，可用少数注水井，维持油田高产稳产，避免采油成本太高。油田埋藏浅：注入成本低，可采用小井距注水，注入大量水采油。渗透率变化的范围小，则注水效果好。①渗透率的非均质性在不均匀的砂岩中，渗透率变化大。注入水容易通过高渗透带从注水井向生产井突进，使得低渗透率的油层中的油不能采出。渗透率变化小，则水线在油层内可均匀推进。一般在低渗透砂岩中注水需要较高的注水压力或较小的井距。②渗透率的方向性渗透率变化是有方向性的，弄清这个情况，在布置生产井和注水井时会有所帮助。如果水平方向的渗透率比垂直方向高，则对注水有利。因为水能沿水平方向向生产井移动，而不会沿高渗透带乱窜。4.储层分布nAnBnc砂岩：..页岩图4-66凸镜状油藏部面图B井与C井是通过渗透性砂岩连通的但完全与A井隔绝图中A井注水效果受到制约5.孔隙结构和沉积韵律磨圆比较好的砂岩，水驱油效果好。正韵律沉积的油层下部砂岩颗粒较粗，渗透率较好，注水见效快，水淹早；上部砂岩颗粒较细，渗透率较差，注水见效慢，采油后含油饱和度较高
3．岩性和物性 砂岩油层：主要考虑孔隙度、渗透率、连续性和矿物成分。 石 灰 岩：主要因素是裂缝（包括溶洞）。 在研究注水时，渗透率是重要因素，也是基本因素之一 油田埋藏深： 渗透率高，可采用大井距注水，如果注入压力较低，可用少数注水井， 维持油田高产稳产，避免采油成本太高。 油田埋藏浅：注入成本低，可采用小井距注水，注入大量水采油。 渗透率变化的范围小，则注水效果好。 ①渗透率的非均质性 在不均匀的砂岩中，渗透率变化大。注入水容易通过高渗透带从注水井向生产井突进， 使得低渗透率的油层中的油不能采出。渗透率变化小，则水线在油层内可均匀推进。一般在 低渗透砂岩中注水需要较高的注水压力或较小的井距。 ②渗透率的方向性 渗透率变化是有方向性的，弄清这个情况，在布置生产井和注水井时会有所帮助。如果 水平方向的渗透率比垂直方向高，则对注水有利。因为水能沿水平方向向生产井移动，而不 会沿高渗透带乱窜。 4．储层分布 5．孔隙结构和沉积韵律 磨圆比较好的砂岩，水驱油效果好。正韵律沉积的油层下部砂岩颗粒较粗，渗透率较好， 注水见效快，水淹早；上部砂岩颗粒较细，渗透率较差，注水见效慢，采油后含油饱和度较 高。 图中A井注水效果受到制约
下部水驱效果好6.矿物成分的敏感性粘土遇到淡水通常会膨胀。蒙脱石矿物中，又以钠蒙脱石的膨胀性最大，遇水膨胀后的体积可为原体积的8～10倍。一般用膨润度（膨润度是指粘主膨胀后增加的体积占原始体积的百分数）来衡量粘土膨胀大小的指标。粘土膨胀的大小与水的性质有关，通常淡水使粘土膨胀远比咸水大得多。黄铁矿与先前进入油藏或注入水中所含的空气或氧气会形成腐蚀性硫酸，使得日后会出现设备腐蚀的问题。钡与硫化物混合，则产生不溶性硫酸锁，对油层有严重的堵塞作用并可能大大降低产量。7.原油的粘度当油水粘度比太大时，开发效果不好。一般来说，当地下原油粘度大于100mPa·s时该油藏已不适宜注水，最好采用热力采油。三、地质布井方法注水井应尽量布在油层多而又连通性好的地方，同时要尽量使注水井影响的生产井数最多。当油由的中、高渗透率层吸水量较高时，将注水井选在层间渗透率比较均匀和中、低渗透油层上，有利于水线均匀推进。相带分布：河流相沉积的油层总是首先沿河道中心推进。布井步骤：第一步，把油砂体作为布井的独立单位，分别进行布井：第二步，把单油层的布井图叠合起来，得出最大限度的理想布井图：第三步，进行综合调整，找出适合于大多数油砂体的一个或几个井网方案图；第四步，比较可能的见效井层和开发效果。四、注水开采过程中的油层性质变化了解1：水洗岩芯的特征水洗岩心的观察，重点是研究岩心的水洗特征。一般来说，岩心水洗后含油程度降低，颜色明显变浅，含油不饱和，具水湿感。镜下观察岩石颗粒表面于净，呈玻璃光泽，滴水试验水珠很快渗入岩心，沉降试验颗粒呈团块状下沉等。2.岩石润湿性的变化由于粘土矿物的运动、水化及优先吸附液体的变化，使油层润湿性在注水开发过程中会发生变化。室内水洗实验结果也表明，冲刷时间增加，亲水表面逐渐增加，亲油表面逐渐减小，岩石润湿性逐渐由亲油向亲水方向转化
6．矿物成分的敏感性 粘土遇到淡水通常会膨胀。蒙脱石矿物中，又以钠蒙脱石的膨胀性最大，遇水膨胀后的 体积可为原体积的8～10倍。一般用膨润度(膨润度是指粘土膨胀后增加的体积占原始体积的 百分数)来衡量粘土膨胀大小的指标。粘土膨胀的大小与水的性质有关，通常淡水使粘土膨 胀远比咸水大得多。 黄铁矿与先前进入油藏或注入水中所含的空气或氧气会形成腐蚀性硫酸，使得日后会出 现设备腐蚀的问题。 钡与硫化物混合，则产生不溶性硫酸钡，对油层有严重的堵塞作用并可能大大降低产量。 7．原油的粘度 当油水粘度比太大时，开发效果不好。一般来说，当地下原油粘度大于l00mPa·s时， 该油藏已不适宜注水，最好采用热力采油。 三、地质布井方法 注水井应尽量布在油层多而又连通性好的地方，同时要尽量使注水井影响的生产井数最 多。当油田的中、高渗透率层吸水量较高时，将注水井选在层间渗透率比较均匀和中、低渗 透油层上，有利于水线均匀推进。 相带分布：河流相沉积的油层总是首先沿河道中心推进。 布井步骤: 第一步，把油砂体作为布井的独立单位，分别进行布井； 第二步，把单油层的布井图叠合起来，得出最大限度的理想布井图 ； 第三步，进行综合调整，找出适合于大多数油砂体的一个或几个井网方案图； 第四步，比较可能的见效井层和开发效果 。 四、注水开采过程中的油层性质变化 了解 1．水洗岩芯的特征 水洗岩心的观察，重点是研究岩心的水洗特征。一般来说，岩心水洗后含油程度降低， 颜色明显变浅，含油不饱和，具水湿感。镜下观察岩石颗粒表面干净，呈玻璃光泽，滴水试 验水珠很快渗入岩心，沉降试验颗粒呈团块状下沉等。 2．岩石润湿性的变化 由于粘土矿物的运动、水化及优先吸附液体的变化，使油层润湿性在注水开发过程中会 发生变化。 室内水洗实验结果也表明，冲刷时间增加，亲水表面逐渐增加，亲油表面逐渐减小，岩 石润湿性逐渐由亲油向亲水方向转化。 下部水驱效果好