探析油田采油和注水對(duì)油井動(dòng)態(tài)的影響

陳廣輝 李兵 趙蒙(冀東油田路上作業(yè)區(qū)，河北 唐山 063200)

探析油田采油和注水對(duì)油井動(dòng)態(tài)的影響

陳廣輝 李兵 趙蒙(冀東油田路上作業(yè)區(qū)，河北 唐山 063200)

自英國(guó)工業(yè)革命以來，機(jī)器生產(chǎn)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人力生產(chǎn)，極大的提高了生產(chǎn)效率，促進(jìn)了社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展。石油作為機(jī)器生產(chǎn)的動(dòng)力因素，在當(dāng)今時(shí)代，有著極高的經(jīng)濟(jì)地位。有著這么一句話，“誰擁有石油，誰就掌控著經(jīng)濟(jì)的命脈”。因此，油井的開采和保護(hù)就顯得尤為重要。據(jù)科學(xué)考證，油層間隙所導(dǎo)致的壓力梯度對(duì)油井的動(dòng)態(tài)狀況有重大影響，而油井在采油、注水過程中應(yīng)力應(yīng)變的改變直接導(dǎo)致壓力梯度的改變。在這里，筆者將運(yùn)用動(dòng)態(tài)力學(xué)的相關(guān)理論，對(duì)油田采油和注水對(duì)油井動(dòng)態(tài)的影響進(jìn)行表述。

油田采油；油田注水；油井動(dòng)態(tài)

油井動(dòng)態(tài)的發(fā)展是當(dāng)今石油采集工作的重要議題，油井的動(dòng)態(tài)發(fā)展，不僅關(guān)乎油井出油的質(zhì)量問題，更牽扯到資源的可持續(xù)利用、環(huán)境保護(hù)等國(guó)際性問題。影響油井動(dòng)態(tài)發(fā)展的有內(nèi)在的因素，也有外在的因素。根據(jù)國(guó)家地質(zhì)局的調(diào)查報(bào)告，地殼的活動(dòng)對(duì)油井的動(dòng)態(tài)發(fā)展影響重大，比如強(qiáng)烈地震的發(fā)生將直接導(dǎo)致油井的淹埋，淺源地震也對(duì)油井油層的分布和石油質(zhì)量產(chǎn)生不可估量的影響。像這種由外力、人力不可控制的因素所導(dǎo)致的油井動(dòng)態(tài)變化在這里就不作詳細(xì)闡述。而在油井開發(fā)過程中，石油采集的工作和油田注水工作是人為的，具有可控性，因此，從這兩個(gè)方面來探究對(duì)油井動(dòng)態(tài)的影響就顯得更有價(jià)值。

1 邊界層分析

學(xué)術(shù)界一致認(rèn)為，邊界層的應(yīng)力波動(dòng)對(duì)油層的影響作用較大。為了方便理解與探求邊界層的應(yīng)力波動(dòng)對(duì)油層的影響，我們將數(shù)學(xué)科學(xué)中的二維平面坐標(biāo)模式應(yīng)用到邊界層中。我們將邊界層所產(chǎn)生的應(yīng)力置于坐標(biāo)模式的原點(diǎn)，那么地層的集中點(diǎn)我們假設(shè)是坐標(biāo)軸的縱軸，由此我們就可以推出邊界層在彈性區(qū)域內(nèi)的坐標(biāo)。根據(jù)數(shù)學(xué)二維平面坐標(biāo)模式的計(jì)算模式，我們可以算出平面中的垂直應(yīng)力，再通過疊加的計(jì)算方法，就能得知，在邊界層整體均勻分布的條件下，笛卡爾坐標(biāo)系中平面的垂直應(yīng)力。根據(jù)上述分析可知，地平應(yīng)力受負(fù)載面積和負(fù)載距水平地面的垂直距離共同影響，之間成正相關(guān)。即距水平地面的垂直距離的負(fù)載面積的增加，將會(huì)導(dǎo)致地平應(yīng)力的增加。因此，在油田采集開始工作中，要盡可能的取負(fù)載面積為極限值的地方開展石油開采的工作。

2 油田采油對(duì)油井的動(dòng)態(tài)影響

石油是埋藏在地底下的礦物資源，由于時(shí)間的積累導(dǎo)致石油資源豐富的油井埋藏在地底較深處。油田采油需要一定的技術(shù)支持，石油的開采大致分為四大步驟，即測(cè)井工程、鉆井工程、采油工程、油氣集輸工程。其中，鉆井工程、采油工程和油氣集輸工程對(duì)油井的動(dòng)態(tài)影響較大。

3 油田注水對(duì)油井動(dòng)態(tài)的影響

3.1 油田注水對(duì)油井動(dòng)態(tài)影響的過程。

為了確保油井開采的充分性，提高油田的產(chǎn)油量，石油采集工作者通常會(huì)采取油田注水的方法。但是由于水和石油密度的不同以及水分子質(zhì)量的因素，注水的油井通常會(huì)發(fā)生油層的波動(dòng)。因此，在學(xué)術(shù)中，通常將油田注水歸為影響油井動(dòng)態(tài)的原因之一。在油田注水過程中，水流會(huì)沿著巖石層的斷裂處流入油層，也可能隨著油田注水時(shí)間的延長(zhǎng)，水流會(huì)停滯在油層的上下邊緣，也有可能以上兩種情況并存。在水流沿巖石裂縫流進(jìn)油層過程也被稱為直接滲流過程中，流水會(huì)提高地質(zhì)中各個(gè)部分的壓力，因此油井出油量就會(huì)變高。而隨著注水時(shí)間的延長(zhǎng)，水流停滯在油層上面或下面，由于壓力的來源是油層與水層的水平高度差，這就使得油層壓力變高，油井出油率就變高。

3.2 深度解析油田注水對(duì)油井動(dòng)態(tài)的影響。

為了更方便的理解和認(rèn)知油田注水對(duì)油井動(dòng)態(tài)的影響，現(xiàn)引進(jìn)數(shù)學(xué)科學(xué)中三維立體模型。假定在理想調(diào)解下，油層、水層均勻分布并且高度一致。以地面建立坐標(biāo)軸X、Y軸，垂直于地下的為Z軸。那么根據(jù)壓力力學(xué)的理論可以計(jì)算出油田開采和油田注水這兩個(gè)過程所產(chǎn)生的壓力變化較小，而油層與水層之間壓力的大小是根據(jù)兩者之間的高度差決定的，因此，通過壓力具備傳遞性這一性質(zhì)，我們便可以計(jì)算出壓力波動(dòng)在其垂直方向上的波動(dòng)。再根據(jù)流體力學(xué)原理便可將沿X、Y兩個(gè)水平方向上的流水速度作為變量來計(jì)算，得出油田注水給油層的內(nèi)在壓力，使得油田出油量提高。

由上可知，在油田注水對(duì)油井動(dòng)態(tài)的影響中，油田注水改變了油層的壓力，在油層與水層之間建立一個(gè)壓力衰減的過渡地帶，這使得原有的油田內(nèi)部壓力平衡結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，而為了達(dá)到新的壓力平衡效果，就使得油層里的石油往上進(jìn)行流動(dòng)。因此，油田注水是迫使油層內(nèi)部壓力結(jié)構(gòu)平衡的重組，以此達(dá)到加大出油量的效果。

4 結(jié)語

對(duì)油井動(dòng)態(tài)的影響的因素有很多，有外界的不可控因素，比如地震。在這里，筆者不對(duì)外界作用作過多的敘述，而是著重探究了油田采油和注水對(duì)油田動(dòng)態(tài)的影響。筆者通過建立數(shù)學(xué)空間模擬和運(yùn)用力學(xué)的各種理論，從邊界層分析、油田采油和油田注水三個(gè)方面，闡述了油田采油和注水對(duì)油井中油層內(nèi)部壓力改變的變量換算和油層、水層壓力波動(dòng)表達(dá)式的推演，并以此來對(duì)油田采油和注水對(duì)油田動(dòng)態(tài)的影響作簡(jiǎn)單的探究。

[1]王可花.油田注水系統(tǒng)技術(shù)管理模式研究與應(yīng)用[J].科技資訊.2007(19)

[2]代燕.試論油田采油和注水對(duì)油井動(dòng)態(tài)的影響[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量.2013(15)

陳廣輝（1980-），男，漢，河南臨穎人，唐山冀東油田采油技師，大學(xué)?？?，研究方向：石油的開采。

李兵（1984-），男，漢，山東臨沂人，唐山冀東油田采油、注水、集輸高級(jí)，大學(xué)本科，研究方向：石油的開采。

趙蒙（1986-），男，漢，河北保定人，唐山冀東油田注水高級(jí)，大學(xué)本科，研究方向：石油的開采。