如何合理开发才能成功？

当石油科技人员通过地质勘探工作，把油田的大小、储量、油层性质及分布规律等自然条件基本搞清楚之后，就着手准备打开埋藏千万年的地下石油宝库，让滚滚的“黑金”为祖国的经济发展服务，这时油田也就由勘探阶段转入开发阶段了。

要开发好一个油田，就必须制定一个正确的油田开发方案，简单地说，首先要对多油层油田以含油层为基础，把油层分类排队，选定开发方式；其次要充分利用自然资源，确定保持能量方法；再者要选定合理的布井方案。

一个油田往往含有多套油层，有的多达几十层甚至上百层，而且每一个油层的性质又不完全相同，有的渗透性好、压力高、出油多，有的则出油少，有的油田采用了“一井多管开采多油层”和用封隔器把各个油层分隔开来“一井单管开采多油层”的工艺技术，尽量多采出地下的石油。

大量的生产实践表明，对不同性质的多油层，采用分别开发的方式，对提高油田采油速度和采收率有很大效果。这是因为分层（组）的油层性质比较相似，不仅减少了好油层与差油层之间的互相干扰，同时，还可以根据不同层（组）的油层性质，采用不同的注水方式和布井方式区别对待，使每个层（组）的油气开发更加合理。

布井方案就是要确定油井打在油田的什么位置上，让每口钻井都能穿透油层，尽可能多地了解、控制住地下石油与天然气的储量，而且，要使每口油井长期保持旺盛的生产能力，满足一定的采出速度，还要利于不断认识、不断调整，达到比较经济的效果，以保证更多的石油从油井中开采出来。

为了实现这一要求，就要从油田的地质情况出发，计算油田全部钻井、开采等钢材、水泥、油料等消耗费用、基建投资、劳动生产率和原油成本等，从经济效益方面来评价布井方案和开发方案是否合理。同时要综合地质条件，如油层压力、油层物理性质、油层深度去全面考虑、综合评价。

在油田的开发工程中，布井方式是最重要的内容之一，布井的方式有很多，总的讲起来可以分成两大类：第一，排状布井，也称行列布井，就是把钻井按直线一排一排地分布，或者按环状一圈一圈地布井；第二，网状布井，也称面积布井，就是把井按一定的几何图形均匀地布置在整个油田的区域内。不同的开发方式应采用不同的布井方式。

当油田的石油开采到一定程度时，为了保证油层的压力，就应有计划地向地下油层内注入水，把油从深部“托”到油井中，利于开采。对于人工注水开发方式的油气区而言，生产采油井的布井方式和注水井的布井方式相适应。通常，对于油层大面积连通、分布稳定的优质油层，采用行列注水布井方式；对于分布不稳定，形态不规则的差油层，采用面积注水布井方式，以便充分发挥人工注水作用。对于靠地下自然能量开采的油田，在选择布井方式时，要考虑油田的形状、大小和能量来源以及油层物理性质等，以便在开采过程中充分利用油层的能量（图39）。

图39　油井集中控制示意图

我国最大的油田——大庆油田的科技工作者与工程人员，比较正确地解决了认识油田特点与开发油田的关系，从油田的实际情况出发，制定了内部横切割的布井方式，选择了合理的井网，油田高产、稳产几十年，达到了国际先进水平。

油田一旦投入开发，地下沉睡了千万年的油藏平衡状态就会被立即打破。和石油同时封闭在岩石孔隙中的还有天然气和水，这些“孪生兄弟”在地下的运移较为复杂，而且它们的存在状态和运移特征与岩石的物理性质也存在着极为密切的关系。比如某些岩石的孔隙、裂缝较多，内部所储存的油、气、水也多，但孔隙与裂缝之间的连通若不好，大量的石油与天然气就被死死地封到了孔隙、裂缝之中，开采不出来。有的石油太粘，即使孔隙、裂缝的连通性很好，流动起来也很不容易，同样不容易开采出来。

为了及时地抓住主要矛盾，解决主要问题，就需要工程技术人员与地质人员密切配合，通过生产实践，经常进行油田的地下动态分析，用计算机进行油藏乃至全盆地的静态与动态模拟，弄清开发中哪些油砂层被地下水淹了，哪些含油的砂体还可能留有尚未采出的“死油”，进而为采出更多的石油与天然气调整方案。

天然气的开发与石油开发的原理基本相同，但天然气的流动性更强，压力突然释放往往会引起井喷和爆炸，在开采中的工作难度也会相应的增加。

这个阶段油田开发工作者有两项很重要的工作，一是进行预开发可行性研究，或称为概念设计；另一项是集中力量编制好油由的开发总体方案，进行投资决策及组织钻生产井、建设油田的油气集输工程、供电、供水、排水、交通、通信及生产基本建设等地面工程和投产。

油田勘探中有了发现井，预期有油田开发的前景后即可开展概念设计。其基本任务是充分应用地球物理资料和发现井地质及试采资料进行早期油藏评价，详细阐述后续详探评价的步骤及转入实施开发的条件，提出需进一步获取的资料及需要开展的先导试验，对油藏开发着重进行机理研究和油层敏感性分析，为进行早期科学决策提供依据。

油田开发概念设计阶段往往只有发现井及少数评价井的资料，对油藏的认识还存在许多不确定性。不同的油藏类型和获得的资料信息量的多少对设计的可信度影响很大。在地质构造简单、含油面积大、油层多、储量丰富、获得较多储藏信息的情况下，概念设计的可信度比较高；对于复杂的断块、构造—岩性油藏，必须采用勘探和开发交替进行的滚动勘探开发程序进行滚动评价和滚动开发。对这两大类油藏概念设计所提出的开发程序应该有明显的区分，对所提出的油田开发基本原则、可能采用的开发部署、开发指标、经济指标都应指明可能波动的幅度。

在油田的详探工作基本结束，开发准备程度比较成熟的情况下，就可以着手编制油田开发总体方案设计。所谓“开发准备程度比较成熟”指的是：地震工作量比较多，测线密度比较大，测网通常不低于1千米×0.5千米，已经做了三维地震；钻了一定数量的评价井或资料井，油层取心进尺不少于油层累积厚度的30%；在区块分布密度及层系纵向分布密度上，有足够具有代表性的岩心及分析化验资料，测井系列齐全并与储层相适应；地层测试及高压物性测试资料齐全准确；通过试油、试气、试水及试采，对储层生产能力有了基本了解；油田地质储量计算可靠程度达到了探明及基本探明的标准，而且探明的地质储量达到70%以上，可以保证制定的开发方案有比较可靠的基础。

油田开发总体设计是油田开发工程项目立项和投资估算的决策性蓝本。它的主要任务是要确定油田开发层系的划分、注水与采油井网的部署和开采方式。也就是要明确先开采哪些层，要打多少井，打什么类型的井，用什么方法把油采出来，油田生产规模能搞多大，油藏动态监测系统、钻井、采油、地面建设及实施程序如何合理进行。这一系列的技术问题都要从油藏特性出发，尽可能满足国家与企业的政策需求，并归结到经济效益这一目标上，这就需要对多个方案进行优化评价，以进行开发决策。

随着石油科学和开采技术的发展，油田开发方式也在不断进步。在19世纪后半叶和20世纪初，主要以消耗天然能量的方式进行开发油田。直到20世纪三四十年代，人工注水补充能量的开发方式才逐步发展起来，成为石油开发史上的重大突破。但是，目前并不是所有的油田都采用注水开发，而是有多种开发方式，归纳起来有以下几种。

一、利用天然能量开发利用天然能量开发是一种传统的开发方式。其优点是投资少、成本低、投产快。只需按照设计的生产井网钻井，无需增加采油设备，石油依靠油层自身的能量就可流到地面。因此，它仍是一种常用的开发方式。其缺点是天然能量作用的范围和时间有限，不能适应油田较高的采油速度及长期稳产的要求，最终采收率通常较低。利用天然能量开发可分为以下几种方式。

1.d性能量开采油层d性能量的储存和释放过程与d簧的压缩和恢复相似。油层埋藏在地下几百米至几千米的深处。开发前油层承受着巨大的压力，因此在油层中积蓄了一定的d性能量。当钻井打开油层进行采油时，油层的均衡受压状态遭到破坏。油层岩石颗粒和孔隙中的液体因压力下降而膨胀，将部分原油推挤出来，流向井底喷至地面。随着原油的不断采出，油层中压力降低的范围不断扩大，压力降低的幅度不断增加，油层中的d性能不断减少。一般的砂岩油藏，靠d性能量仅能采出地下储量的1%～5%。

2.溶解气能量开采在日常生活中经常可见到这样一种现象，当打开汽水或啤酒瓶盖时，汽水或啤酒会随着气泡一起溢出瓶口。这是因为在制造汽水、啤酒时，加压使汽水、啤酒中溶解了一定数量的二氧化碳气体。当打开瓶盖时，瓶内压力下降，二氧化碳的溶解度减小，很快从汽水、啤酒中分离出来，同汽水、啤酒一起涌出瓶口。溶解气能量开采就是利用这个原理。打开油层开始采油后，油层压力降低。当其压力低于饱和压力时，在高压下原来溶解在原油中的天然气就分离出来，以自由的气泡存在。在向井底流动的过程中，由于压力越来越低，气泡体积不断膨胀，就沿着油层把原油推向井底。

在利用溶解气能量的开采过程中，由于气体比原油容易流动，往往是气体先溢出来。溶解在原油中的天然气量大幅度减少使原油变得越来越稠、流动性越来越差。当油层中溶解的天然气能量消耗完后，油层中还会留下大量的原油。因此，只依靠溶解气能量开采，一般只能采出原始储量的百分之十几。

3.气顶能量开采有些油田在油层的顶部存在气顶。油田投入开发后，含油区的压力将不断下降。当这一压力降传递到气顶时，将引起气顶发生膨胀，气顶中的气体就会侵入到储存原油的孔隙中，将原油驱向生产井井底。

4.水压驱油能量开采水压驱油分为边水驱动和底水驱动两种形式，如图4-11所示。无论是边水驱动还是底水驱动，地下油层必须与地面水源沟通，开采时才能得到外来水源的补充。如果油田面积小、水压驱动条件好、水的补给量与采出的油量平衡，那么在开采过程中油田的产油量和地层压力就可以在较长时间内保持稳定，可以获得较好的油田开采效果和较高的最终采收率。但实际中绝大多数天然水压驱动的油田，外界水源的补给都跟不上能量的消耗，因此开采效果不很理想。

图4-11　水压驱油能量开采示意图

此外，如果油层具备倾角大、厚度大及渗透性好等条件，原油还可依靠自身的重力将油驱向井底。重力驱油作用往往与其他能量同时存在，但在多数情况下所起的作用不大。

从上面几种情况可以看出，依靠油层自身的天然能量可以采出一定的油量。在满足石油产量要求的前提下，根据油层和油田的具体情况，可以利用某种天然能量进行开采。

二、保持压力开采把原油从地下开采出来依靠的是油层内的压力。油层压力就是驱油的动力。在驱油过程中要克服各种阻力，包括油层中细小孔道的阻力、井筒内液柱的重力和管壁摩擦阻力等。油层压力能够克服所有这些阻力，原油才能从地下喷至地面，生产正常运行。前面所介绍的依靠天然能量开采一般不能保持油层压力，油田不能长期高产、稳产和实现较高的采收率。在长期的油田开采实践中，人们找到了一种保持油层压力的方法,就是人工向油层内注水、注气或注入其他溶剂，从而给油层输入外来能量以保持油层压力。

下面介绍人工保持油层压力的具体方法。

1.人工注水人工注水就是在油田开发过程中，人为地把水注入油层中或底水中，以保持或提高油层的压力。目前国内外油田采用的注水方式归纳起来主要有四种：边缘注水、切割注水、面积注水和点状注水。所谓注水方式就是注水井在油藏中所处的部位以及注水井与生产井之间的排列关系。

总的来说，一个油田的注水方式要根据国内外油田的开发经验与本油田的具体特点来确定。应针对不同的油田地质条件选择不同的注水方式。油层性质和构造条件是确定注水方式的主要地质因素。下面分别介绍各种注水方式的定义及其适用条件。

1)边缘注水在边缘注水方式中，注水井排位于构造中油水边缘附近的等高线上，基本上与含油边缘平行。这样可使油水前缘有一个良好的界面，让水向油区均匀推进，实现较高的采收率，如图4-12所示。

图4-12　边缘注水示意图

实线—含油外缘；虚线—含油内缘；△—注水井；○—生产井边缘注水方式适用于面积不大(油藏宽度不大于4～5km)、构造比较完整,油层稳定,边部和内部连通性好,油层的流动系数较高的油田。

世界上采用边缘注水开发方式比较成功的有前苏联的巴夫雷油田。该油田的面积为80km2，平均有效渗透率是600×10-3μm2，油层比较均匀、稳定，边水活跃。采用边缘注水方式后，油层的平均压力稳定在14～15 MPa。在注水后的5年内，原油日产量基本上没有波动。

边缘注水方式的优点是油水界面比较完整，注入水逐步由外向油藏内部推进，因此比较容易控制水线。无水采收率和低含水期采收率较高，最终采收率也很高。适用于边水比较活跃的中小油田。边缘注水方式也有缺点。由于遮挡作用，能够受效的生产井一般不超过三排。当油田较大时，其内部的生产井难以受到注入水的影响。此外，部分注入水可能会发生外溢现象，从而降低注水效果。

2)边内切割注水对于面积大、储量丰富、油层性质稳定的油田，一般采用边内切割注水方式。注水井排将油藏分割成若干个相对独立的单元。每个单元称为一个切割区，可以看作是独立的开发单元进行开发和调整，如图4-13所示。

图4-13　边内切割注水示意图

△—注水井；○—生产井采用边内切割注水方式的条件是：油层分布面积大,注水井排上可以形成比较完整的切割水线；每个切割区内布置的生产井与注水井之间有较好的连通性；油层具有一定的流动系数，以保证在切割区一定的井排距离内，注入水能比较好地传递到生产井排。

实施边内切割注水时需要经历排液、拉水线和全面注水三个阶段。排液的目的是清除注水井井底周围油层内的污染物，在井底附近造成局部低压带。拉水线就是注水井排上一口井排液，一口井注水，在注水井排上首先形成水线。全面注水就是在拉水线的基础上，把注水井排上的排液井改为注水井，使注水井排上的水线向切割区内的生产井排推进。

国内外一些大油田采用边内切割注水方式取得了很好的开发效果。例如，前苏联的罗马什金油田采用边内切割注水方式，效果很好，大部分油井保持了自喷生产。美国的面积约为200km2的克利—斯耐德油田，初期依靠d性能量开采，之后转为溶解气驱方式。为了提高采油速度和最终采收率，后来采用了边内切割注水方式，使油田由溶解气驱动改变成水压驱动。结果油层压力得到恢复，大部分油井保持了自喷。我国的大庆油田面积大，其中一些好油层的储量大、油层延伸长度大、油层性质好，占储量80%以上的油砂体都可以延伸到3.0km以上。这些油层采用边内切割早期注水的方式开采，已取得了很好的开发效果。

边内切割注水方式的优点是：可根据油田的具体地质特征选择最佳的切割井排形式、方向和切割距；可以根据开发期间认识到的油田更详细的地质构造资料，进一步调整为面积注水方式；切割区内生产井排受益情况比边缘注水方式好。

但这种注水方式也有其局限性。第一，不能很好地适应油层的非均质性。对于在平面上油层性质变化较大的油田，往往使相当部分的注水井处于低渗地带，造成注水效率不高。第二，同一切割区内，内排与外排生产井受注入水的影响不同，因而开采不均衡。外排井的生产能力大、见水快，而内排井的生产能力不易发挥。第三，注水井排两侧的地质条件不同时，会出现区与区之间的不平衡。

3)面积注水将油层按照一定的几何图形划分成若干个单元，在每个单元的顶点和中心部位分别布置生产井和注水井，从而构成在整个含油区域内的面积注水方式。根据油井和注水井相互位置及构成的井网形状，面积注水可分为四点法、五点法、七点法、九点法、反九点法、正对式排状注水、交错式排状注水等。值得指出的是，不同国家甚至同一国家的不同油田，关于面积井网的命名方法可能会不同。一种是以注水井为中心包括周围的生产井而构成的注水网格来命名，在这个网格中一共有几口井就称为正几点井网，简称几点井网。另一种则以生产井为中心包括周围的注水井而构成的单元来命名。这里我们采用第一种命名方法。将正井网中的生产井与注水井的位置对调而得的井网称为反井网。井网的特征可借助于图4-14说明。

图4-14　面积注水井网示意图

△—注水井；○—生产井从图4-14中可以看出：四点井网是由一口注水井和周围的三口生产井构成的。每口注水井影响三口生产井，而每口生产井同时受到六口注水井的影响。该井网的注水井与生产井井数比为2∶1。不同面积井网的井网参数简要列于表4-2中。

表4-2　不同面积井网的井网参数

早期进行面积注水开发时，注水井经过适当排液即可转入注水，并使油田投入全面开发。这种注水方式实质上是把油层分割成许多小单元。一口注水井控制一个单元，并同时影响周围的几口油井。而每口油井又同时在几个方向上受注水井影响。显然，这种注水方式的特点是采油速度较高，生产井容易受到注入水的充分影响、见水时间早。

采用面积注水方式的条件是：第一，油层分布不规则，多呈透镜状分布；第二，油层的渗透性差,流动系数低；第三，油田面积大,构造不够完整,断层分布复杂；第四，可用于油田后期的强化采油，以提高采收率；第五，虽然油田具备切割注水或其他注水方式的条件，但为了达到更高的采油速度，也可采用面积注水方式。

2.人工注气人工注气是在油田开发过程中，用人工方法把气体注入油层中，以保持和提高油层压力。人工注气分为顶部注气和面积注气。顶部注气就是把注气井布置在油藏的气顶上，向气顶中注气以保持油层压力；面积注气是根据需要按某种几何形状在油田的一定位置上部署注气井和采油井，进行注气采油。

三、开发方式的选择对于具体油田，开发方式的选择原则是：既要合理地利用天然能量又要有效地保持油藏能量，确保油田具有较高的采油速度和较长的稳产时间。为此，我们必须进行区域性的调查研究，了解整个水压系统的地质、水文地质特征和油藏本身的地质—物理特征，即必须了解油田有无边水、底水，有无水源供给区，中间是否有断层遮挡和岩性变异现象，油藏有无气顶及气顶的大小等。

当通过预测及研究确定油田天然能量不足时，则考虑向油层注入水、气等驱替工作剂。

注入剂的选择与储集层结构及流体性质有密切关系。当储集层渗透率很低时，注水效果通常较差，油井见效慢。若储集层性质均匀、渗透性好、水敏性粘土矿物少、原油粘度低，注水开发效果就好。当断层或裂隙较多时，注入流体可能会沿断裂处窜入生产井或非生产层。因此，必须搞清断层的走向和裂隙的发育规律，因势利导，以扩大注入剂的驱替面积。

开发过程的控制，即开发速度也会对驱动方式的建立产生重大影响。开发速度过大，由于外排生产井的屏蔽遮挡作用，往往使内部油井难以见效。也可能造成气顶和底水锥进、边水舌进，影响最终采收率。开发速度过小又满足不了对产量的要求。

实施人工注水、注气还要考虑注入剂的来源及处理问题。注水必然要涉及水质是否与储集层配伍以及环保等问题。注入冷水、淡水可能会对地下温度、原油物性及粘土矿物产生影响。因而需要考虑是否要加添加剂、是否要进行加热预处理等。

显然，向油层注入驱替剂会增加油田的前期投资、设备和工作量。因此，需要对采取该措施所能获得的采收率和经济效益进行预测。

人们最初向油层注水，是当油田开采了相当长的时间，天然能量接近枯竭的时候，为了进一步采出油层中剩余的原油而进行的。这种做法称为晚期注水。在长期的油田开发实践中，人们发现保持油层压力越早，地下能量损耗就越少，能开采出的原油也就越多。于是就有意识地在油田开发初期向油层注水以保持压力，这种方法叫早期注水。目前，世界上许多油田都采用了早期注水。我国的大庆油田，在总结了国内外油田开发经验和教训的基础上，根据本油田的特点，在油田开发初期就采用了边内切割注水保持油层压力的开发方式。生产实践表明：由于油层压力保持在一定水平上，油层能量充足，油田产量稳定。

由于水的来源广、价格便宜、易于处理，而且水驱效果一般比溶解气驱等驱动方式好，我国有条件的油田都采用注水方式开发，并取得了显著的经济效益。它是我国现阶段科技水平的产物，今后有待于进一步发展。此外，为了实现有效注水，还应采取多方面的措施，尤其是工程工艺方面的措施，以提高水驱效果。

总之，人工保持油层压力的方法，要根据油田的具体情况来确定。

---