[科普中国]-油气田开发设计

简介

油气田开发设计其主要内容包括：①划分开发层系,确定油层的开发组合和开发顺序；②选择合理的开采方式；③确定生产井和注入井(当需要注入时)的井网；④确定合理的井身结构、井底完成方法、编制射孔方案；⑤测算油井、水井的配产、配注及全油田年产油量、注水量,预测油田开发动态,提出稳产年限的作法和要求；⑥编制油田地面建设方案(集输和计量的流程及设施等)。油气田的开发方案是在大量的地质研究、油层物理、地下水力学、油气田开发动态的数值模拟、钻井工程、采油工程以及石油工业经济等综合分析的基础上作出的。大的油田还需要开辟生产实验区,以便在投入大规模开发前取得经验。即使这样,新编制的方案仍应留有应变的余地,以便在开发过程中,作适当的调整和补充。1

定义所谓油气田开发设计，就是对计划投入开发的油气田进行全盘的开发、开采规划。这里所指的全盘，既包含油气田的整体，又包含油气田开发的全过程，还包括油气田开发技术工艺的方方面面，甚至包括油气的输炼销售。油气田开发设计，就是要对涉及该油气田开发的方方面面进行科学的论证和周密的规划设计，并要形成正式的文件(即开发方案)。

油气田开发设计牵涉多个专业和多个方面，但主要涉及地质、油气田工程和采油工艺等方面。其中地质是整个开发设计的基础和主体。

油气田开发是一个大的系统工程，它不仅耗资巨大(动辄数十亿元)、历时长久(一般20~50年)，而且涉及地质、工程、工艺、管理及输运、炼制、销售，甚至涉及交通、通讯、环境等许多方面。要保证油气田开发的顺利进行并取得尽可能好的综合效益，必须预先研究规划制订一个着眼整个油气田并立足主要开发过程的开发计划，这样的计划就是油气田开发方案，制定这样计划的过程就是油气田开发设计。1

重要性显然，油气田开发设计水平的高低，是油气田开发成败与经济效益高低的关键。世界上许多开发效益好的油田，无不与其开发设计的正确高明有关;而许多开发效益较差的油田，都或多或少与开发设计的失察或失策有关。由于油气田开发耗资巨大和历时长久，这种开发设计的失误所造成的经济损失往往是十分巨大的。

影响油气田开发设计水平的因素很多，主要有:

①油气田地质认识的准确程度;

②油气田开发方针、开发原则的科学合理正确程度;

③该类型油气田开发经验的积累程度。

要保证油气田开发设计的正确性与高水平，主要应当在以下三个方面进行努力:

①尽可能加深对本油气田的地质认识(努力“榨干吃尽”己有的地质资料，坚决补取必须的地质资料、科学合理地开展试采与开发先导试验);

②努力研究借鉴国内外同类型(或可比较)油气田的开发实践资料，研究借鉴其开发中的问题得失及原因对策并加以利用;

③研究采用符合本油气田条件的、具一定可靠性与性能价格比优势的技术工艺。1

原则油田开发设计原则要坚持少投入、多产出，具有较好的经济效益;并根据当时、当地的政策、法律和油田的地质条件，制定储量动用、投产次序、合理采油速度等开发技术政策，保持较长时间的高产、稳产。

要严格按油气田类型确定设计原则:

①中、高渗透率的多层砂岩油气田:如果大、中型砂岩油气田不具备充分的天然水驱条件，必须适时注水，保持油气田能量开采。一般不允许油气田在低于饱和压力下开采。

②低渗透砂岩油气田:要在技术经济论证的基础上采取低污染的钻井、完井措施，早期压裂改造油层，提高单井产量。具备注气、注水条件的油气田，要保持油气田压力开采。

③气顶油气田:要充分考虑气顶能量的利用。具备气驱条件的要实施注气开采;不具备气驱条件的，可考虑油气同采，或保护气顶的开采方式，但必须严格防比原油窜入气顶，造成资源损失，要论证射孔顶界位置。

④边底水油气田:边、底水能量充足的油气田要充分利用天然能量开采。要研究合理的采油速度和生产压差，要计算防比底水锥进的极限压差和极限产量，要论证射孔底界位置。

⑤裂缝性层状砂岩油气田:要搞清裂缝发育规律，需要实施人工注水的油气田，要模拟研究最佳井排方向，要考虑沿裂缝走向部署注水井，掌握适当的注水强度，防比水窜。

⑥高凝油、高含蜡的油气田:在开发过程中必须注意保持油层温度和井筒温度。采用注水开发时，注水井应在投注前采取预处理措施，防比井筒附近油层析腊。生产井要控制井底流压，防比井底附近大量脱气。

⑦凝析气藏或带油环的凝析油气藏:当凝析油含量大于200g/m3时，必须采取保持压力方式开采以回收凝析油，油层压力要高于露点压力。应用循环注气开采时，只有在采出气体中凝析油含量低于经济极限时，才可转为降压开采。

⑧碳酸盐岩及变质岩、火山岩油气田:这些油气田一般具有双重孔隙介质性质，储集层多呈块状分布。要注意控制底水锥进，在取得最大水淹体积和驱油效率的前提下，确定合理采油速度。

⑨重油油气田:要进行开发可行性研究，筛选开采方法。在经济、技术条件允许的情况下，采用热力开采。1

基本任务油气田开发设计是在油气田评价勘探和开发准备工作的基础上进行的。评价勘探主要着眼于油气田的基本地质特征和探明储量计算，虽然它也承担为油气田开发录取资料的任务，但这毕竟不是它的主要任务，因此，评价勘探对油气田的地质认识是比较粗线条的。开发准备阶段主要任务有二:一是钻资料井，补充岩心与试油资料，以加深对油气田内部非均质性的认识;二是进行试采和开辟先导试验区进行开发先导试验，取得本油气田开发生产的宝贵的第一手资料，以此作为开发设计的重要依据。开发先导试验一般应包括各种天然能量利用的试验、井网井$}的试验、注水注气保持压力的试验、影响油田产能的主要因素和提高采油速度与采收率的措施方法试验等，它们都是直接为油气田开发设计服务的重要方面。

油气田开发设计需要解决涉及油气田开发的各个方面的问题。一般来说，油气田开发方案应当包括以下10个方面的内容，油气田开发设计的基本任务就是研究解决这些问题。

①油气田地质情况(应当按原石油部《油田开发管理纲要》规定的八个方面:构造、储集层、储集空间、渗流特征、油气水分布及性质、油气田压力温度系统、原始驱动能量和驱动类型、油气田类型进行系统深入的描述)。

②开发储量计算与评价。

③开发方针、开发原则与开发程序。

④开发层系、井网井距、开发方式与能量利用接替。

⑤钻井完井工艺与投产投注措施。

⑥采油、注水、集输工艺。

⑦稳产方式与技术措施。

⑧采油速度、采收率等开发指标。

⑨经济分析。

⑩方案实施要求。2

渐进过程油气田开发设计不是一次完成的，它有一个渐进的过程，对于大型或复杂油气田更是如此。油气田开发设计的这一特点，是由油气田本身的复杂性、评价勘探对油气田认识的粗略性及油气田开发的重大性决定的。

油气田深埋地下，经历了长时期的形成和演化过程，其复杂性自不待言。油气田开发耗资巨大，影响因素很多，其重大性勿容置疑。鉴于此，在进行油气田开发设计时，必须慎之又慎，一般采取先粗后细，分步进行并留有余地的工作程序是适宜的。再加上评价勘探的主要目的在于提交探明储量，它对油气田的认识是粗线条的，仅仅依靠评价勘探的资料来完成开发设计一般是不现实的，或者说是风险极大的。要满意地完成油气田开发设计，就应该在开发设计进行的同时，根据该油气田的具体情况，规划实施必要的补取资料工作，并及时应用这些资料来解决开发设计中的疑难问题。

通常，在进行油气田开发设计时，先根据该油气田的地质特点与资料齐全准程度，规划适当井点补充岩心、测井、试油及试采资料，并开辟适当井组进行开发先导试验，然后再逐次完成油气田开发概念设计、开发方案的地质设计、开发方案的工艺设计并最后完成射孔方案的设计，从而完成整个油气田的开发设计。

(1)油气田开发概念设计

油气田开发概念设计是对油气田开发进行的粗线条规划，它在解决油气田开发层系、开发方式、能量利用与开发过程，以及主要技术工艺等重大课题以后，规划设计出大井距的基础井网，在此基础上选择合适的井点补充油气田地质资料(这种井称资料井)，并检验、修正油气田地质认识，由此修改和完善进一步的开发设计工作。

(2)开发方案的地质油气田工程设计

经过基础井网的有选择的部分的实施，油气田的井数增加，岩心、测井、试油、试采资料增加，先期开辟的开发先导试验区一般也有了进一步的试验结果，这时就有可能完成对油气田的比较详细深入的描述认识，从而建立油气田储层可靠的地质模型，并据此敲定油气田开发的主要技术问题并设计出具体的开发井网，进行油气田开发模拟分析，完成油气田开发的地质油气田工程设计。

(3)开发方案的工程、工艺设计

一个完整的油气田开发方案应当包括地质方案与工艺方案。地质方案规划油气田开发的基本纲领与具体路线，工艺方案则是规划实现地质方案的基本手段和技术措施。油气田开发的工艺方案应当承担这样一些任务:

①钻、完井工艺技术与措施。比如:适应油气田地质条件的钻、完井技术工艺，基于油层保护的钻井、固井技术与措施，符合该油气田地质条件的套管系列等。

②油水井投产投注的工艺技术与措施。比如:采油井的射孔工艺技术、诱流措施、油层破堵与油层改造措施;注水井的油层射开程度控制，投注前的井筒处理与油层处理措施等。

③采油工艺技术与增产措施。比如:采油方式及转换，油井举升技术工艺，油井清蜡保温技术工艺，开采过程中的提液、降水与油层改造措施等。

④油气集输工艺技术。比如:集输系统选择与压力分配，油气水分离处理工艺技术等。

⑤注水工艺技术。比如:注水系统规划设计，水质处理工艺技术等。

(4)射孔方案编制

在开发方案设计的开发井基本完钻时，以下问题就会呈现在油气田开发设计者的面前:

①大量开发井完钻取得的密井网条件下的油气田地质资料使我们能够更详细更深入地认识油气田的地质开发特征，对比开发方案，原来对油气田的地质认识是否正确?是否需要修正、完善?这时就需要应用最新的资料对油气田地质做深入的认识描述。

②如果油气田认识描述有一定变化，这些变化对原来的开发设计有多大的影响，应当进行评估并对开发设计做出相应的修改，使之更适应油气田的地质条件。

③根据上述认识，钻成的采油井和注水井应该怎样射孔、油井投产应当采取怎样的技术工艺措施，注水井投注的时机、投注的技术措施等。

④开发初期及开发过程中的问题和对策估计。

基于以上问题的存在和解决的迫切需要，就成为油气田开发射孔方案编制的理由。射孔方案是油气田开发方案的最终实现，是开发方案的继续和深化，其重要性己不言自明。

由于油气田自身的复杂性和我们认识油气田手段的局限性，使得人们对油气田地质和开发设计的认识必然要经历一个由粗到细、由浅入深的认识论过程。鉴于此，为了给可能存在的失察误判留出修正完善的空间，在进行油气田开发设计的时候，一般应当留有一定的余地:比如，井距适当放大、注水井点适当减少，以留待以后进行加密完善;开发层系适当放宽，待开发过程中层间矛盾充分暴露后再决定分注分采或进行层系调整;等等。常常，一个油气田要经过1至几次层系井网的调整，才能取得预期的开发效果。1

方针开发油田必须依据一定的方针来进行。开发方针是否正确，直接关系到油田的开发成败和经济效果。正确的油田开发方针应根据国民经济对石油工业的总体要求、根据油田开发的长期经验总结制订出来。开发方案的编制，不能违背这些方针，否则就会给油田带来危害，也会给国民经济带来危害，使国家资源蒙受损失。

油田开发方针的制订应考虑如下几个方面的关系:

①采油速度，即以什么样的速度进行开发(高速开发或中速、低速开发);

②油田地下能量的利用和补充;

③采收率的大小;

④稳产年限;

⑤经济效果;

⑥工艺技术;

⑦环境保护。

这几个方面往往是相互依赖又相互矛盾的。应根据国内外油田开发的经验和我们国家的能源政策，制订出科学的油田开发方针并不断补充和完善。3

先导试验重视先导试验是我国油气田开发的一条成功经验。所谓先导试验，就是先行一步，取得对过程的了解和经验认识，以指导大面积的生产。油气田开发先导试验，就是在油气田末进入大规模开发之前，先开辟一小块地质条件有代表性的试验区，按开发设计的基本思想进行先期开发，先行一步以观察其开发过程和效果、问题，用以指导开发方案设计和大面积开发。为了达到先导的目的，有时还需要缩小试验区井跄以加快试验进程，以尽早取得认识和经验来指导开发设计和开发生产。

依靠勘探阶段所取得的资料，能够认识油气田静态的基本地质特征，但不能揭不出油气田开发过程中的油水运动和变化的规律。加之，拟采用的开发方式和工艺技术是否得当，也有待进行油气田适应性检验。因此，为了提前认识油气田的开发规律和可能出现的问题，需要进行油气田开发先导试验，以便尽早研究对策，指导油气田的合理开发和调整，以取得好的开发效果。1