[科普中国]-原始驱动

原始驱动能量弹性能量

（1）弹性能量形成机理和释放条件

弹性能量是一种压缩能，它是油藏岩石和其中的流体在地层高压条件下积蓄的一种能量。当油藏投入开发、油井进行采油生产、油藏压力出现下降时，油藏岩石和其中的流体就会出现弹性膨胀，释放出弹性能量，从而驱动岩石孔隙中的流体流向井底，形成弹性驱动。

（2）弹性能量的受控因素

油藏弹性能量的大小，主要受以下因素影响和控制：

1)油层岩石和其中流体的压缩系数大小压缩系数大，在压力作用下出现的体积变化也大，因而积蓄或释放的弹性能量也大。一般来说，油层岩石的压缩系数最小，而且不同岩性的油层岩石其压缩系数的差别一般也较小。

2)油藏原始压力系数的高低

油藏原始压力系数越高，它积蓄的弹性能量就越大;油藏原始压力系数越低，其积蓄的弹性能量也越少。因此，异常高压油藏的弹性能量比异常低压油藏要高很多。

3)开采中降压的幅度大小

油藏弹性能量的利用程度，取决于油藏在开发中能够降低压力的幅度。降压幅度越大，弹性能量释放就越多，获得的弹性采收率也就越高;反之则低。1

（3）弹性采收率

油藏的弹性采收率包括两个方面:

①纯粹的弹性驱动阶段的采收率。如果油藏的原始地层压力大大高于油藏的原始饱和压力，则该油藏在降压开采初期，就只有弹性能量得到释放，从而形成单纯的弹性驱动，直到油藏压力下降到原始饱和压力为比。此阶段的原油采收率，就是纯粹的弹性驱阶段的采收率。通常所指的弹性驱阶段，就是指这一阶段。

②混合驱阶段中的弹性采收率。当油藏压力下降到原始饱和压力以下时，油藏进入以溶解气驱为主、弹性驱为辅的混合驱阶段(假定油藏无其它原始能量和人工能量)。由于溶解气释出后的体积增加远比弹性膨胀增加的体积为大，因而此阶段的溶解气能量己占据主导地位，因此一般都称为溶解气驱阶段。但实际上，此阶段由于有一定的压力下降，因而仍然存在弹性能量的释放，应有一定的弹性采收率，只是由于处于溶解气驱为主的混合驱阶段，其弹性采收率太小而且难于单独计算，因而也容易被忽略。

（4）油藏饱和压力与饱和程度

1)饱和压力的概念

所谓油藏饱和压力，就是当地层原油中溶解的天然气达到饱和状态时所测定的压力。

油藏原油中一般都溶解有天然气。如果原油中溶解的天然气达到饱和状态，则多余的天然气就会呈气态形成带气顶的油藏，这时的饱和压力就与油藏地层压力相等。但如果原油中溶解的天然气尚未达到饱和，其饱和压力就需要进行地层原油高压物性(又称PVT)取样在室内分析测定。

油藏饱和压力表不该油藏的地层原油在低于该压力时，就会有多余的溶解气从原油中分离逸出，从而出现油气两相共存的状态。但如果高于该压力，则原油不饱和，其中的溶解气不会逸出。

2)饱和压力的测取

油藏饱和压力一般都是在评价勘探阶段通过PVT取样测得的，它实际上是该油藏的原始饱和压力，一般简称饱和压力。油藏在开发过程中有时也录取PVT资料测取饱和压力，这应是该油藏在当时的开发状态下(当时的温度、压力和注采程度下)的饱和压力(有称二次饱和压力者，以与原始饱和压力相区别)。

3)油藏地饱压差与油藏饱和程度

油藏地层压力与饱和压力的差值，称该油藏的地饱压差。油藏地饱压差一般都是指油藏原始地层压力与原始饱和压力之差。

油藏地饱压差的大小说明两个方面的问题。一是油藏地饱压差大，说明油藏的弹性能量较大，只要通过降压开采，油藏的弹性能量就可以释放出来，驱使油气流向井底，因此，油藏具备一定的弹性驱开采条件。二是油藏地饱压差大，说明油藏具较大的降压开采空间原油不至于脱气;如果地饱压差小，说明油藏地层压力稍有降低，其中的原油就有脱气的危险。我们知道，原油脱气会使原油粘度增大，其流动性变差;而且由于出现油气两相流动将大大降低油相的渗透率，这都会使井的产量降低，开发难度增大。1

溶解气能量（1）形成机理和释放条件

地层原油中一般都溶解有天然气。当油藏压力出现下降并低于饱和压力时，溶解在地层原油中的天然气会逐渐游离出来，呈气态出现在油藏流体中。由于溶解气变成游离气将出现很大的体积增加，也由于游离气的体积膨胀系数很大(一般比液体高出6~10倍)，因此将出现很大的体积增加，释放出溶解气的膨胀能量，这种能量可以将大量油气驱向井底，从而使油藏进入溶解气驱阶段。

（2）溶解气能量的受控因素

溶解气能量的大小，与原始溶解气油比的高低，溶解气成分以及油层压力和温度都有一定关系。油藏原始溶解气油比高的油藏，其原始溶解气数量大，所蕴含的溶解气能量就大;反之则小。溶解气中重烃含量高者弹性能量相对较小。油层压力越高，其可能的降压幅度就越大，因而释放出的溶解气能量就越大。油层温度越高，其溶解气能量也越大。

与弹性驱相比，油藏的溶解气能量更为丰富，其溶解气驱采收率一般要高出弹性驱数倍。1

边底水能量所谓边底水能量，也称天然水驱能量，它指存在于油藏底部或外围的与油藏连通的水体所具有的能量。边底水能量有两种完全不同的存在形式:封闭型边底水和有外界水源供给的边底水。它们的情况如下。

（1）封闭型边底水能量

封闭型边底水是指与油藏连通的边底水体积有限，并且不与外界连通。整个油藏与边底水为一个统一的水动力系统，并具有良好的封闭性。因此，这时的边底水能量就只是边底水所具有的弹性能量，其大小只与边底水的体积有关。因而，也有人称封闭型边底水能量为“弹性水驱”能量。

（2）有外界水源供给的边底水能量

它指油藏边底水与外界(通常是地面或浅表水系的湖、河或海)水源有较好的连通时，在油藏投入降压开发后，外界水源会在压差作用下源源不断地流向油藏边底水区域，释放出强大的边底水压力能量。有外界水源供给的边底水能量本质上是一种水压势能，它的大小取决于外界水源的丰富程度和向油藏水体的补给速度。因此，它比封闭型边底水的弹性能量要强大得多，因此，也有人称其为“刚性水驱”能量。1

气顶能量它指油气藏气顶中的游离气由于地层高压所蓄积的能量。当油气藏投入降压开采时，气顶气由于降压产生膨胀，就释放出这种能量。气顶能量本质上仍然是弹性能，只是由于气体的压缩系数极大(在20℃,6.8MPa压力下甲烷的等温压缩系数达1645X10-4MPa-1)，因而在降压膨胀时释放出的弹性能量就十分巨大。1

重力能量重力能量是指原油可以依靠自身的重力流向井底时所具有的能量。从理论上说，任何油藏流体都具有重力能量。但主要由于以下3个方面的原因，使得这种重力能量在绝大多数实际油藏中毫无意义:

①与地层很高的压力(一般数十MPa)相比，正常井跄范围内的油层高差尤其油层与射孔井段顶界的高差太小，不足以形成像样的重力驱动。

②流体在油层中的流动远不能与管道流动相比，油层渗透率即使上千，单靠重力驱动所形成的流量与流速也是十分微弱的。

③油层射孔一般都要努力射开全部油层，以充分裸露油层从而形成较高的产能，这样，对于倾斜不大的水平油层来说，就难于利用其重力能量。

一般来说，要利用重力能量形成有意义的原油开采，只有以下情况才有可能:

①油藏缺乏其它天然能量，原始能量中只有重力能量，并且难于进行人工补充能量。这种情况只存在于某些重油(稠油)油藏:这类油藏原始溶解气油比极低((1至几m3/m3)，注水一般无意义，限于各种条件也难于考虑热采时，可以考虑利用重力能量进行重力驱。

②如果上述油藏具高陡构造，或具有很厚的油层时，就更增强了应用重力驱的条件。因为这样就加大了地层原油流向井底的高差，加大了驱动压力。

③某些水驱效果不佳的稀油油藏，在油藏开发临近结束时，可以终比注水进行降压深抽开采(将深井泵下到油层射孔井段底部以下)，这样就可以利用重力能量以提高采收率。例如，一些注水开发的裂缝性油藏(如多数火山岩变质岩油藏、部分碳酸盐岩油藏)常常水驱效果很差，在结束注水转入降压开采一段时间以后，部分或全部油井进入低能低产的间歇生产阶段(关井一定时间，再开井生产一定时间)。此时，原油的重力能量就可能逐渐发挥作用，配合溶解气驱与弹性驱以尽力采出更多的原油。

但尽管如此，与其它儿种天然能量比较，重力能量仍然少得可怜，它在开发中的作用极为有限。有人认为，重力驱采收率在10%~20%，这显然是错误的，估计重力驱所贡献的采收率，一般低于1%，极少能达到2%~3%。1

原始驱动类型所谓油藏原始驱动类型，是指油藏在依靠天然能量开采时，起主要作用占支配地位的那种能量类型。油藏的原始能量儿乎不存在单一类型的，它们都是儿种能量共存的。比如，几乎所有的油藏都具备弹性能量和溶解气能量;而气顶能量和边底水能量则是特定油藏才具有的。

因此，一般油藏都具有2种或2种以上的能量。但这些能量在具体油藏中的作用大小和重要性则是差别巨大的:比如，有相当规模气顶的油藏和具较大水体的油藏，其中的弹性能量就可能无足轻重;一些高气油比的油藏，其溶解气能量就可能占压倒的优势。这样，油藏的驱动类型，就取决于这主要的能量类型。

由于存在五种天然能量，因此，也就存在五种原始驱动类型，即弹性驱、溶解气驱、天然水驱、气顶驱、重力驱。具有实际意义的主要是前四种天然驱动类型。1

形成条件由于油藏中存在多种天然能量并常常存在人工注入能量，又由于油藏开发要经历漫长的时间过程和地层压力与油气水界面的各种变化。因此，在油藏开发的整个过程中，一般都要出现驱动类型的转化。当然，油藏驱动类型的形成或转化是需要一定的条件的，因此，掌握油藏原始驱动类型的形成条件，就可以充分利用油藏的天然能量和有效地控制油藏开发过程，以争取预期的油藏开发效果。

1、弹性驱形成条件

油藏形成弹性驱动需要两个条件:

①油藏饱和程度比较低，地饱压差较大，油藏具备较大的降压空间。这样弹性能量的释放就贯穿在油藏压力由原始压力降低到饱和压力的整个过程中，并且这整个过程无溶解气释放，因而形成单纯的弹性驱动。如果油藏饱和程度高，油藏仅有很小的降压空间，则虽有弹性驱动阶段出现，但过程太短，实际意义不大。

②油藏必须进行降压开采。油藏如果不进行降压开采(比如注水保持压力开采)，即使该油藏具有丰富的弹性能量，也无释放的机会，因而也无法形成弹性驱动。

利用弹性驱进行开发主要用在低饱和油藏和异常高压油藏，这两类油藏都有较大的降压空间，可以利用弹性驱降压开采相当一段时间再转入溶解气驱或其它驱动类型进行开采。但弹性驱能量毕竟有限，弹性驱提供的采收率一般较低((2%~5%或更低)，因此需要及时转入其它驱动类型的开采。

2、溶解气驱形成条件

油藏溶解气驱形成的条件只有一个，就是油藏压力降低到饱和压力以下。对于饱和油藏，由于饱和压力与油藏原始地层压力相等，只要投入开发，就马上可以形成溶解气驱动。对于地饱压差很小的不饱和油藏，只要投入开发不久，也可以很快形成溶解气驱。其它油藏要形成溶解气驱，需要油藏压力出现较大的下降，即需要先进行弹性驱开采一段时间，待油藏压力下降到饱和压力以下时，才会形成溶解气驱。溶解气驱采收率一般大大高于弹性驱采收率，但进入溶解气驱以后由于原油脱气，会造成原油粘度升高，原油流动性变差，导致油田产量降低。此外，还会出现油气两相流动，使油相渗透率降低，这也会影响油田产量下降。1

3、边底水驱形成条件

形成边底水驱动需要两个条件:

①油藏具备一定的边底水能量(水体)。油藏水体的大小，可以用水体指数来描述。水体指数定义为:水体体积与油层原油体积之比。它显不油藏条件下水体体积对石油体积的倍数。掌握油藏的水体指数，对于分析研究油藏开采动态，计算边底水能量、水侵量和天然水驱采收率具重要意义。

②油藏压力出现一定下降，并且压力下降幅度应与边底水水体$}离油藏主体的距离相适应。即边底水距离油藏主体较近时，油藏压力稍有下降就可以出现边底水驱动;但若油藏水体(主要是边水)距离油藏主体较远，则油藏的压降就需相应增大(以保证必要的压降梯度)，才能形成较具规模的边底水驱动。

一般来说，底水油藏由于水体紧邻油藏主体，油藏一经投入开发，就可以较快地形成底水驱动;如果底水水体较大，则驱动更为强烈。边水则由于距离油藏主体较远，要形成边水驱动就需要较大的压降和较长的时间。当然以上两种情况都与油层渗透率有关，如果渗透率较高，则形成天然水驱较快，否则较慢。此外，还常常存在这样的情况，即在油层与边底水接触的区域尤其接触带界面附近，由于地层水的氧化作用，常使原油变稠，密度粘度增加，这就使边底水驱动的压降条件有所提高，或实际水驱出现一定的减慢或滞后。天然水驱采收率的大小视水体大小或水体能量的多少决定，高者可达30%~40%，中等者15%~30%，低者5%~15%或更低。

4、气顶驱形成条件

气顶驱形成的条件有两个:

①油藏具一定规模的气顶。气顶的大小，可以用气顶指数来描述。气顶指数定义为:气层的天然气体积与油层原油体积之比。气顶指数越大，说明气顶气能量就多，气顶驱条件就越优越。

②油层压力出现一定的下降，在油气界面上下形成压力差，这样就会促使气顶气膨胀并驱动油气界面向下移动，从而形成气顶气驱动。

气顶油藏的开发一般都是先利用气顶驱采油，待采油基本结束时，再射开气顶的气层采气。因此，在气顶驱采油阶段，应当努力保护气顶，以有效利用气顶气能量来获取高效的原油采收率。一般采取气层不射孔、油层射孔井段应尽量远离油气界面、油井出现严重气窜时应当关井控制等办法来保护气顶能量和控制气窜。

5、重力驱形成条件

利用重力驱开发只出现在某些难于进行注蒸汽开发的稠油油藏中。如果这样的稠油油藏构造倾角较大或油层较厚，则对重力驱更有利。实际上，单纯的重力驱在实际油藏的开发中是很难见到的。多数情况都是重力驱仅仅作为一个次要的驱动方式与弹性驱和溶解气驱同时存在，因为即使是稠油油藏很低的原始溶解气油比，也有1至几m3/m3，也有一些溶解气能量和一定的弹性能量，它们在降压开采中的实际驱动作用都会超过重力的贡献。国外(例如加拿大的冷湖油田)有采用坑道开采极浅层重油的报道，这显然是利用重力驱最极端的实例。

以上各种天然驱动形成以后，油藏即进入以该种能量为主的驱动阶段，但这并不是说这阶段不存在其它驱动能量。事实上，各天然驱动阶段中一般都存在弹性能量的释放，在低于饱和压力开发时，一般都存在溶解气能量的释放。也就是说，当油藏进入某种驱动类型阶段时，只是说明该阶段油藏驱动能量是以它为主，但仍然存在其它次要的辅助的驱动能量。或者说，在实际油藏依靠天然能量进行的开发过程中，很少存在单纯一种能量的驱动阶段，一般都是以某种能量为主、其它能量为辅的混合驱状况。1