油藏原始能量邊底水能量

所謂邊底水能量，也稱天然水驅(qū)能量，它指存在于油藏底部或外圍的與油藏連通的水體所具有的能量。邊底水能量有兩種完全不同的存在形式:封閉型邊底水和有外界水源供給的邊底水。它們的情況如下。

（1）封閉型邊底水能量

封閉型邊底水是指與油藏連通的邊底水體積有限，并且不與外界連通。整個油藏與邊底水為一個統(tǒng)一的水動力系統(tǒng)，并具有良好的封閉性。因此，這時的邊底水能量就只是邊底水所具有的彈性能量，其大小只與邊底水的體積有關(guān)。因而，也有人稱封閉型邊底水能量為“彈性水驅(qū)”能量。

（2）有外界水源供給的邊底水能量

它指油藏邊底水與外界(通常是地面或淺表水系的湖、河或海)水源有較好的連通時，在油藏投入降壓開發(fā)后，外界水源會在壓差作用下源源不斷地流向油藏邊底水區(qū)域，釋放出強(qiáng)大的邊底水壓力能量。有外界水源供給的邊底水能量本質(zhì)上是一種水壓勢能，它的大小取決于外界水源的豐富程度和向油藏水體的補(bǔ)給速度。因此，它比封閉型邊底水的彈性能量要強(qiáng)大得多，因此，也有人稱其為“剛性水驅(qū)”能量（圖1）。

（1）形成機(jī)理和釋放條件

地層原油中一般都溶解有天然氣。當(dāng)油藏壓力出現(xiàn)下降并低于飽和壓力時，溶解在地層原油中的天然氣會逐漸游離出來，呈氣態(tài)出現(xiàn)在油藏流體中。由于溶解氣變成游離氣將出現(xiàn)很大的體積增加，也由于游離氣的體積膨脹系數(shù)很大(一般比液體高出6~10倍)，因此將出現(xiàn)很大的體積增加，釋放出溶解氣的膨脹能量，這種能量可以將大量油氣驅(qū)向井底，從而使油藏進(jìn)入溶解氣驅(qū)階段。

（2）溶解氣能量的受控因素

溶解氣能量的大小，與原始溶解氣油比的高低，溶解氣成分以及油層壓力和溫度都有一定關(guān)系。油藏原始溶解氣油比高的油藏，其原始溶解氣數(shù)量大，所蘊(yùn)含的溶解氣能量就大;反之則小。溶解氣中重?zé)N含量高者彈性能量相對較小。油層壓力越高，其可能的降壓幅度就越大，因而釋放出的溶解氣能量就越大。油層溫度越高，其溶解氣能量也越大。

與彈性驅(qū)相比，油藏的溶解氣能量更為豐富，其溶解氣驅(qū)采收率一般要高出彈性驅(qū)數(shù)倍。

（1）彈性能量形成機(jī)理和釋放條件

彈性能量是一種壓縮能，它是油藏巖石和其中的流體在地層高壓條件下積蓄的一種能量。當(dāng)油藏投入開發(fā)、油井進(jìn)行采油生產(chǎn)、油藏壓力出現(xiàn)下降時，油藏巖石和其中的流體就會出現(xiàn)彈性膨脹，釋放出彈性能量，從而驅(qū)動巖石孔隙中的流體流向井底，形成彈性驅(qū)動。

（2）彈性能量的受控因素

油藏彈性能量的大小，主要受以下因素影響和控制：

1)油層巖石和其中流體的壓縮系數(shù)大小壓縮系數(shù)大，在壓力作用下出現(xiàn)的體積變化也大，因而積蓄或釋放的彈性能量也大。一般來說，油層巖石的壓縮系數(shù)最小，而且不同巖性的油層巖石其壓縮系數(shù)的差別一般也較小。

2)油藏原始壓力系數(shù)的高低

油藏原始壓力系數(shù)越高，它積蓄的彈性能量就越大;油藏原始壓力系數(shù)越低，其積蓄的彈性能量也越少。因此，異常高壓油藏的彈性能量比異常低壓油藏要高很多。

3)開采中降壓的幅度大小

油藏彈性能量的利用程度，取決于油藏在開發(fā)中能夠降低壓力的幅度。降壓幅度越大，彈性能量釋放就越多，獲得的彈性采收率也就越高;反之則低。

（3）彈性采收率

油藏的彈性采收率包括兩個方面:

①純粹的彈性驅(qū)動階段的采收率。如果油藏的原始地層壓力大大高于油藏的原始飽和壓力，則該油藏在降壓開采初期，就只有彈性能量得到釋放，從而形成單純的彈性驅(qū)動，直到油藏壓力下降到原始飽和壓力為比。此階段的原油采收率，就是純粹的彈性驅(qū)階段的采收率。通常所指的彈性驅(qū)階段，就是指這一階段。

②混合驅(qū)階段中的彈性采收率。當(dāng)油藏壓力下降到原始飽和壓力以下時，油藏進(jìn)入以溶解氣驅(qū)為主、彈性驅(qū)為輔的混合驅(qū)階段(假定油藏?zé)o其它原始能量和人工能量)。由于溶解氣釋出后的體積增加遠(yuǎn)比彈性膨脹增加的體積為大，因而此階段的溶解氣能量己占據(jù)主導(dǎo)地位，因此一般都稱為溶解氣驅(qū)階段。但實(shí)際上，此階段由于有一定的壓力下降，因而仍然存在彈性能量的釋放，應(yīng)有一定的彈性采收率，只是由于處于溶解氣驅(qū)為主的混合驅(qū)階段，其彈性采收率太小而且難于單獨(dú)計算，因而也容易被忽略。

（4）油藏飽和壓力與飽和程度

1)飽和壓力的概念

所謂油藏飽和壓力，就是當(dāng)?shù)貙釉椭腥芙獾奶烊粴膺_(dá)到飽和狀態(tài)時所測定的壓力。

油藏原油中一般都溶解有天然氣。如果原油中溶解的天然氣達(dá)到飽和狀態(tài)，則多余的天然氣就會呈氣態(tài)形成帶氣頂?shù)挠筒?，這時的飽和壓力就與油藏地層壓力相等。但如果原油中溶解的天然氣尚未達(dá)到飽和，其飽和壓力就需要進(jìn)行地層原油高壓物性(又稱PVT)取樣在室內(nèi)分析測定。

油藏飽和壓力表不該油藏的地層原油在低于該壓力時，就會有多余的溶解氣從原油中分離逸出，從而出現(xiàn)油氣兩相共存的狀態(tài)。但如果高于該壓力，則原油不飽和，其中的溶解氣不會逸出。

2)飽和壓力的測取

油藏飽和壓力一般都是在評價勘探階段通過PVT取樣測得的，它實(shí)際上是該油藏的原始飽和壓力，一般簡稱飽和壓力。油藏在開發(fā)過程中有時也錄取PVT資料測取飽和壓力，這應(yīng)是該油藏在當(dāng)時的開發(fā)狀態(tài)下(當(dāng)時的溫度、壓力和注采程度下)的飽和壓力(有稱二次飽和壓力者，以與原始飽和壓力相區(qū)別)。

3)油藏地飽壓差與油藏飽和程度

油藏地層壓力與飽和壓力的差值，稱該油藏的地飽壓差。油藏地飽壓差一般都是指油藏原始地層壓力與原始飽和壓力之差。

油藏地飽壓差的大小說明兩個方面的問題。一是油藏地飽壓差大，說明油藏的彈性能量較大，只要通過降壓開采，油藏的彈性能量就可以釋放出來，驅(qū)使油氣流向井底，因此，油藏具備一定的彈性驅(qū)開采條件。二是油藏地飽壓差大，說明油藏具較大的降壓開采空間原油不至于脫氣;如果地飽壓差小，說明油藏地層壓力稍有降低，其中的原油就有脫氣的危險。我們知道，原油脫氣會使原油粘度增大，其流動性變差;而且由于出現(xiàn)油氣兩相流動將大大降低油相的滲透率，這都會使井的產(chǎn)量降低，開發(fā)難度增大。

油藏深埋在地下，其中的巖石和孔隙流體受到上覆巖層的壓縮而具備一定的彈性能量;與油藏主體相連的邊、底水水體和氣頂也都具有一定的壓縮能量;此外，原油中都或多或少溶解有天然氣，因而具備一定的溶解氣能量。

若油藏能量較強(qiáng)，則油藏流體從地層流入井筒容易；若油藏能量較弱，則油藏流體從地層流入井筒困難。

它指油氣藏氣頂中的游離氣由于地層高壓所蓄積的能量。當(dāng)油氣藏投入降壓開采時，氣頂氣由于降壓產(chǎn)生膨脹，就釋放出這種能量。氣頂能量本質(zhì)上仍然是彈性能，只是由于氣體的壓縮系數(shù)極大(在20℃,6.8MPa壓力下甲烷的等溫壓縮系數(shù)達(dá)1645X10^-4MPa^-1)，因而在降壓膨脹時釋放出的彈性能量就十分巨大。

重力能量是指原油可以依靠自身的重力流向井底時所具有的能量。從理論上說，任何油藏流體都具有重力能量。但主要由于以下3個方面的原因，使得這種重力能量在絕大多數(shù)實(shí)際油藏中毫無意義:

①與地層很高的壓力(一般數(shù)十MPa)相比，正常井蹌范圍內(nèi)的油層高差尤其油層與射孔井段頂界的高差太小，不足以形成像樣的重力驅(qū)動。

②流體在油層中的流動遠(yuǎn)不能與管道流動相比，油層滲透率即使上千，單靠重力驅(qū)動所形成的流量與流速也是十分微弱的。

③油層射孔一般都要努力射開全部油層，以充分裸露油層從而形成較高的產(chǎn)能，這樣，對于傾斜不大的水平油層來說，就難于利用其重力能量。

一般來說，要利用重力能量形成有意義的原油開采，只有以下情況才有可能:

①油藏缺乏其它天然能量，原始能量中只有重力能量，并且難于進(jìn)行人工補(bǔ)充能量。這種情況只存在于某些重油(稠油)油藏:這類油藏原始溶解氣油比極低((1至幾m³/m³)，注水一般無意義，限于各種條件也難于考慮熱采時，可以考慮利用重力能量進(jìn)行重力驅(qū)。

②如果上述油藏具高陡構(gòu)造，或具有很厚的油層時，就更增強(qiáng)了應(yīng)用重力驅(qū)的條件。因?yàn)檫@樣就加大了地層原油流向井底的高差，加大了驅(qū)動壓力。

③某些水驅(qū)效果不佳的稀油油藏，在油藏開發(fā)臨近結(jié)束時，可以終比注水進(jìn)行降壓深抽開采(將深井泵下到油層射孔井段底部以下)，這樣就可以利用重力能量以提高采收率。例如，一些注水開發(fā)的裂縫性油藏(如多數(shù)火山巖變質(zhì)巖油藏、部分碳酸鹽巖油藏)常常水驅(qū)效果很差，在結(jié)束注水轉(zhuǎn)入降壓開采一段時間以后，部分或全部油井進(jìn)入低能低產(chǎn)的間歇生產(chǎn)階段(關(guān)井一定時間，再開井生產(chǎn)一定時間)。此時，原油的重力能量就可能逐漸發(fā)揮作用，配合溶解氣驅(qū)與彈性驅(qū)以盡力采出更多的原油。

但盡管如此，與其它兒種天然能量比較，重力能量仍然少得可憐，它在開發(fā)中的作用極為有限。有人認(rèn)為，重力驅(qū)采收率在10%~20%，這顯然是錯誤的，估計重力驅(qū)所貢獻(xiàn)的采收率，一般低于1%，極少能達(dá)到2%~3%。

油藏原始能量可以用油藏能量指數(shù)來進(jìn)行評價。所謂油藏能量的強(qiáng)弱，是指油藏流體流入井筒的難易程度。流動越容易，說明油藏能量越強(qiáng)；反之，則越弱。

油藏能量的強(qiáng)弱，首先取決于油藏壓力的高低。油藏壓力越高，流動則越容易，油藏的能量則越強(qiáng)；反之，則越弱。

油藏能量的強(qiáng)弱，還取決于油井的舉升條件，即井底壓力的高低。井底壓力越高，流動則越困難，油藏的能量則越弱；反之，則越強(qiáng)。

因此，油藏能量的強(qiáng)弱不是絕對的，而是相對的，是油藏壓力高于井底壓力的程度。若油藏壓力與井底壓力相等，則油藏沒有任何能量可言。由于井底壓力隨工作制度和舉升方式而變化，為了便于研究，選取每種舉升方式下油井停止生產(chǎn)時的井底極限壓力作為對比的基礎(chǔ)壓力。例如自噴生產(chǎn)時取停噴流壓，機(jī)抽生產(chǎn)時取停抽流壓等。將地層壓力與井底極限壓力的比值定義為油藏的能量指數(shù)，即：

式中：I_e——為油藏能量指數(shù)，dless；

p——為地層壓力，MPa；

p_wfs——為井底極限壓力，MPa。

由上式可以看出，油藏的能量指數(shù)隨地層壓力的變化而變化。油藏剛投入生產(chǎn)時，油藏的地層壓力最高，能量指數(shù)也最高。隨著開采過程的不斷進(jìn)行，油藏的地層壓力不斷下降，能量指數(shù)也不斷減小。當(dāng)?shù)貙訅毫咏讟O限壓力時，油井停止生產(chǎn)，油藏的能量指數(shù)降為最小值1。能量指數(shù)的變化規(guī)律，客觀地反映了油藏能量的本質(zhì)特性，而傳統(tǒng)指標(biāo)則扭曲了油藏能量的本質(zhì)特性。

為了便于對比和分析，能量指數(shù)可以分級為：

當(dāng)I_e<1.1時，油藏能量較弱，油井勉強(qiáng)可以生產(chǎn)；

當(dāng)I_e>1.3時，油藏能量較強(qiáng)，油井生產(chǎn)能力旺盛；

當(dāng)I_e=1.1～1.3時，油藏能量中等，油井可以正常生產(chǎn)。

能量指數(shù)法不僅適合于油藏，也適合于氣藏；不僅可以評價天然能量，也可以評價人工注入的能量。

美國石油學(xué)會(API)1967年將312個油藏按天然驅(qū)動方式分為如下五類:

①無輔助驅(qū)動的溶解氣驅(qū)油藏;

②有輔助驅(qū)動的溶解氣驅(qū)油藏;

③氣頂驅(qū)油氣藏;

④水驅(qū)油氣藏;

⑤重力驅(qū)油藏。

美國石油學(xué)會的這一分類，突出了原始驅(qū)動能量這一制約油氣藏開發(fā)的重要因素，所分類型簡明扼要，有較強(qiáng)的實(shí)用性。不足之處在于:完全未涉及儲集層條件，這在一定程度上降低了其應(yīng)用價值。

(1)馬克西莫夫分類

前蘇聯(lián)學(xué)者M(jìn).H.馬克西莫夫以油藏的天然條件為依據(jù)，把油藏分成兩個基本類型:

①封閉型油氣藏。由于儲集層巖性變異或存在斷層遮擋、或其它原因沒有活躍的地層水，油氣藏的天然能量主要是石油中的溶解氣和氣頂氣。

②具有活躍的地層水的油氣藏。油藏具較大規(guī)模的邊、底水或有外界水頭供給，邊外區(qū)的彈性能量或外界水頭能量是主要的原始驅(qū)動能量。

上述馬克西莫夫分類，突出了油氣藏的天然能量特征，具有一定的應(yīng)用價值。

(2)多爾仁科夫分類

前蘇聯(lián)靴粗石油科學(xué)研究設(shè)計院B. H.多爾仁科夫與P. X.穆斯利莫夫等人將油田劃分為高效油田和低效油田兩類:

①主要含易動用儲量的低粘度或高滲透率、較高粘度的高產(chǎn)和中高產(chǎn)油藏，屬于高效油田。

②低滲透和個別滲透率較好的中、高粘低產(chǎn)油藏屬于低效油田。

多爾仁科夫的這一分類，強(qiáng)調(diào)的是油田開發(fā)的效果，展不油藏的天然條件似嫌不夠，其對開發(fā)的指導(dǎo)意義與應(yīng)用比較受限。

灰?guī)r油藏也就是碳酸鹽巖油藏，油藏巖石以碳酸鹽巖（包括我們通常所說的石灰石和大理石等）為主，這類油藏由于在成藏過程中受地質(zhì)構(gòu)造和自然等因素作用后，油藏孔隙度和滲透率變化比較大，反映為單井產(chǎn)量變化比較大，采用水平井多級壓裂技術(shù)可以極大改善開發(fā)效果。

碳酸鹽巖油藏，在油藏成因、儲層結(jié)構(gòu)、開發(fā)特征、水驅(qū)機(jī)理等方面均與碎屑巖沉積的砂巖油藏存在著較大的差異。