注气驱开发低渗透油藏见气见效时间预报方法

第 14 卷 第 34 期 2014 年 12 月 1671 — 1815 （ 2014 ） 34-0018-06
科
学
技
术
与
工
程
Science Technology and Engineering
Vol. 14 No. 34 Dec． 2014 2014 Sci. Tech. Engrg.
注气开发低渗透油藏见气见效时间预报方法
（ 4）
（ 汉族） ， 第一作者简介： 王高峰（ 1980 —） ， 男， 工程师， 河南许昌人， mail： wanggaofeng@ petrochi硕士。研究方向： 油气田开发新技术 。Ena． com． cn。
［8 ］ 完全非混相驱的油密度为压力指数函数 ： C （ P －P i） （ 5） ρ o = ρ oi e o 低渗透油藏注气后地层压力恢复很快 ， 一般地， 须尽可能使地层压力接近最小混相压力 ， 提高混相 程度。将压力随时间变化记为 P = k P （ x， t） （ 6） t
34 期
王高峰， 等： 注气开发低渗透油藏见气见效时间预报方法
19
将式（ 5 ） 、 式（ 6 ） 带入式（ 4 ） 中得到 df om S o S o m og + φρ o = － φC o S o k P － f om m og d S o x t x （ 7） 一阶拟线性偏微分方程式 （ 7 ） 的特征线方程及 ［10 ］ 特征线上相容关系为 m og df om / dS o － φC o S o k P － f om m og / x φρ o = = dS o dt dx （ 8） 取式（ 8 ） 中描述饱和度变化的两项并整理得 m og df om dx = （ 9） dt φρ o dS o 只考虑油气两相流动时， 存在饱和度关系 （ 10 ） S o = 1 － S g － S wc 油气两相的质量流量分率之间有关系 （ 11 ） f om = 1 － f gm 将式（ 10 ） 、 式（ 11 ） 带入式（ 9 ） 中可得 d f gm m dx og = （ 12 ） dt φρ o dS g 积分式（ 12 ） 后有 t 1 x（ t， S g ） － x（ 0 ， Sg ） = f' m og dt （ 13 ） gm（ S g ） φρ o 0 L 方程， 描述了定 式（ 13 ） 即为流线上的油气流动 B饱和度锋面的位置。设气驱前缘与注气井的距离为 x F （ t） ， 则 t f' gm（ S gF ） Sg ） + m og dt （ 14 ） x F （ t） = x（ 0 ， φρ oF 0 将坐标轴原点置于注入井处， 则 （ 15 ） x（ 0 ， Sg ） = 0 联立式（ 13 ） ～ 式（ 15 ） 得到 ' （ Sg ） ρ gF f gm （ 16 ） x（ t， S g ） = x F （ t） ρg f' gm（ S gF ） 据式 （ 16 ） 即可 在已知气驱前缘位置 x F （ t） 时， 计算流线上任意位置的含气饱和度。其中， 气相质
(
)
（ kg / m ） 。当油气相渗曲线、 密度和黏度已知时， 代 进而获得其 入式（ 17 ） 即可求出气相质量流量分率， 导数。 油藏条件下， 注入气不断蒸发萃取原油组分使 自身被富化， 驱替前缘气相黏度将数倍于纯气体黏 度。还须将地层水作束缚水考虑。这是应用上述完 全非混相驱方程时应注意的两个问题 。由此可以预
20
科
学
技
术
与
工
程
14 卷
地层原油压缩因子与密度 ρ o 之间关系 PM Wo （ 23 ） ρo = z o ＲT 被萃取物压缩因子 z oe 与密度 ρ oe 之间有关系 PM Woe （ 24 ） ρ oe = z oe ＲT 联立式（ 20 ） —式（ 24 ） 得到 ε M Woe ρ o （ S － ΔS gdo ） （ 25 ） ΔS oge = n o M Wo ρ oe o 被萃取物分子量 式（ 25 ） 中， 地层原油分子量 M Wo 、 M Woe 可通过分析化验得到。 1. 3 一次溶解体积计算方法 注入气溶解于油藏流体引起的相分布的体积变 以及溶解态注入 化包括地层油和地层水体积膨胀， 气等效占据的地下体积两部分。 将溶解注入气后地层油和水的体积系数增量分 ΔB wd ， 忽略注入气体沿流管的扩散作 别记为 ΔB od 、 用， 仅关心注入气与完全非混相驱后剩余油和水的 接触并溶解其中引起的体积膨胀 。则溶解引起的流 体膨胀为地层油和水体积膨胀之和 ΔS le = ΔB wd （ S o － ΔS gdo ） + ΔB wd （ 1 － S o － （ 26 ） ΔS gdw ） 记注入气在地层油和地层水中的溶解度分别为 Ｒ Dw ， Ｒ Do 、 则溶解态注入气质量 Ｒ Do （ S o － ΔS gdo ） + Ｒ Dw V p （ 1 － S o － m dg = ρ gsc［ （ 27 ） S Δ gdw ） ］ 与溶解态注入气等效的孔隙体积为 m dg ΔS dg = ρg Vp 式（ 28 ） 即可得到 联立式（ 27 ） 、 （ 28 ）
国内取得明显增油效 自 20 世纪 60 年代至今， 果的气驱项目已逾 30 个； 对各类砂岩油藏注气动态 已有较多认识， 找到普遍化定量气驱规律是油藏工 ［1 —7 ］ 。气驱开发经验与理论分析都 程研究主要任务 表明， 生产气油比开始快速增加的时间 ， 综合含水开 始下降的时间， 见效高峰期产量出现时间与提高采 收率形成的混相“油墙 ” 前缘到达生产井时间具有 ［1 ， 5 ］ ， 现统一称之为气驱油藏见气见效时间。 同一性 郭平教授指出目前还没有好的办法确定混相带长 ［6 ］ 度， 进而预测气驱动态 。 难以准确完整定量描述 微观气驱油过程， 难以准确度量三相及以 复杂相变、 上渗流， 以及地质模型难以真实反映储层等原因导 ［7 ］ 致多组 分 气 驱 数 值 模 拟 预 测 结 果 经 常 不 可 靠 。 因此， 提出实用有效气驱油藏工程方法就很有必要 。 在真实注气过程中， 渗流与相变同时发生； 而从结果 看， 驱替与相变又可分开考虑。 现提出将该复杂过 程简化为不考虑相变的完全非混相驱替 、 只考虑一 次萃取的相变以及油藏流体的一次溶解膨胀三个步 “三步近似法 ” 骤的简单叠加， 即用 来简化真实气驱 过程， 以便于进行油藏工程研究。 基于“三步近似 法” 和气驱增产倍数概念， 研究了注入气的游离态、 溶解态和成矿固化态三种赋存状态分别占据的烃类 孔隙体积， 以及气驱“油墙 ” 或混相带规模， 最终得
3
则被萃取物的体积 记被萃取物压缩因子 z oe ， V oe 亦可由状态方程得到 （ 21 ） PV oe = εz oe ＲT 假设被萃取组分与剩余组分在地下为简单堆 积， 即原油体积是二者体积之和， 则被萃取组分占据 的烃类孔隙体积为 V oe （ S － ΔS gdo ） （ 22 ） ΔS oge = Vo o
王高峰
（ 提高石油采收率国家重点实验室（ 中国石油勘探开发研究院） ， 国家能源 CO2 驱油与埋存研发（ 实验） 中心， 北京 100083 ）
气驱开发油藏见气时间预报油藏工程完备理论尚未见报道 。 首次提出应用完全非混相驱替 、 一次萃取和一次溶解 “三步近似法” “特征流管 ” 即 简化真实气驱过程。引入 概念研究波及区域完全非混相驱含气饱和度分布 。 结 膨胀三个步骤， 摘 要 合相态理论和实验成果量化一次萃取和一次溶解引起的油藏流体膨胀 。利用物质平衡原理和气驱增产倍数概念描述见气见 “油墙” 效时的 规模。分别计算了见气见效时游离态 、 溶解态和成矿固化态三种赋存状态的注入气体占据的烃类孔隙体积， 得 到低渗透油藏见气见效时间预报普适理论模型 。给出了 CO2 驱油藏见气时间计算简化公式， 用于十个注气项目的平均相对误 差为 8. 3% 。发现见气见效时间对见气前的阶段地层压力及其接近最小混相压力的程度 、 注入气地下密度和和理论体积波及 系数较为敏感。指出提高见气前的阶段地层压力和增加体积波及系数是延迟见气的两项基本技术对策 。 研究成果对编制气 驱方案、 把握注气动态并及时制定生产调整对策有重要指导意义 。 关键词 气驱 中图法分类号 见气时间 TE311 ； 特征流管 文献标志码 完全非混相 A 萃取 溶解膨胀 油墙规模 三步近似法
∫
∫
量流量分率表达式为 ρ μ f gm = K rg / o g K ro + K rg （ 17 ） ρg μo K r g 分别为油气的相对渗透率 （ f ） ； 式（ 17 ） 中，K ro 、 μ g 为油、 ρ g 为油、 气黏度 （ mPa · s ） ； ρ o 、 气密度 μo 、
见， 完全非混相气驱油效果取决于油相黏度 、 地层压 力、 转驱时含油饱和度和相渗情况。 结合低渗透油 藏典型相渗曲线， 利用式（ 16 ） 和式 （ 17 ） 可得到完全 非混相气驱油步骤形成的平均含气饱和度为 0. 3 P Ｒ －0. 25 So （ 18 ） μ ΔS gdo = P MM o P Ｒ 是从注气到见气的阶段平均地层压 式（ 18 ） 中， 力（ MPa） ； P MM 为最小混相压力 （ MPa ） 。S o 是转驱 时的平均剩余油饱和度 （ f ） 。 现将驱替形成含气饱 和度与地层压力设置为正比例关系乃是受到细管实 验结果的启发。 1. 1. 2 气排开地层水的体积计算 对气驱水过程做如下考虑： 水相的微可压缩性 和见气前地层压力不降低两个因素， 将使得被气排 开的地层水空间仅为注入气所占据， 并且油藏产出 水地下体积接近这部分被气驱离原地的地层水体 积。由此可用采出水地下体积近似代替注入气排开 的水相体积。 将“特征流管 ” 从注气到见气的阶段 （ Ｒ 采出程度记为 Δ esl 此数值等于全油藏阶段采出程 f） ， 则被注入气排开的水相 度 ΔＲ e 与波及系数之比， 地下体积为 fw B w ρ os ΔＲ esl S （ 19 ） ΔS gdw = B o ρw 1 － Ｒ e 1 － fw o f w 为阶段综合含水率 （ f ） ； B w 为地层水 式（ 19 ） 中， 体积系数（ f） ； B o 为地层油体积系数（ f） 。 1. 2 一次萃取原油体积计算方法 计算萃取体积目的之一是得到该步骤原油体积 烃类气等介质驱油实验和相态 收缩量。根据 CO2 、 分析成果知， 在油气多次接触过程中， 通过蒸发凝 析机制， 原油较轻组分（ 主要是 C2 ～ C20 ） 易被萃取， 但不同介质萃取抽提能力不同。 “三步近似法” 在 模型中， 萃取抽提只针对完全 非混相驱替后的剩余油进行。记这部分地层油的物 被萃取较轻组分物质的量为 ε， 完全 质的量为 n o ， 地层原油压缩 非混相驱后地层压力 P ， 油藏温度 T， 则完全非混相驱后剩余油地下体积 V o 可由 因子 z o ， 状态方程计算 PV o = n o z o ＲT （ 20 ）