化学驱及其数值模拟方法综述

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
[11] %以上。
在六七十年代,国外就开始对化学驱进行研究,80年代达到最多。但由于其 应用受到限制,到90年代,国外化学驱研究工作就基本处于停滞状态[1、11] 。 由于我国地质情况复杂,非均质等较为严重,水驱采收率比世界其他石油生 产国的水驱采收率要小,平均为34.3%[11] ,所以在我国,依靠化学驱提高采收 率更是迫在眉睫。正是由于这种特殊情况,1979年就揭开了我国三次采油高速 发展的序幕。通过几十年的室内研究,矿场试验,我国的化学驱已经走在了世 界的前列。无论是聚合物驱还是复合驱都进行了大量的研究,特别是聚合物驱 已进入工业应用阶段[16、17] 。另外还有一种复合驱,即泡沫复合驱,他是在三元 复合驱及天然气驱的基础上发展起来的化学驱油技术。泡沫复合驱体系由碱、 表面活性剂、聚合物和气体组成。据报道[5] ,泡沫复合驱的实验室驱油效率比 水驱、聚合物驱、三元复合驱和二元复合驱的驱油效率都高,采收率可以比水 驱高30%以上。但是目前关于泡沫复合驱的较全面完整的矿场试验方面的资料 比较少见。 目前,靠化学驱油技术采出的原油已经占到我国总产量的7-10% 二、 化学驱数值模拟方法
[1] SURE具有曲线网格;StrataSim具有三维交互式网格生成功能 。
值得注意的是,目前成熟的数值模拟软件都具有多种网格坐标系统,特别是 具有角点网格坐标系统。 本文通过对国外比较成熟, 功能最全的化学驱软件之一UTCHEM的源代码进 行解剖、分析,说明化学驱模型的软件结构、数学模型和主要求解方法。
[1、5]
。而且
随着水驱综合含水饱和度的增加,靠化学驱油技术开采的产量还会增加。 化学驱之所以在国外应用受限,除了国外油田地质及经济等特点以外,主 要是因为化学驱的复杂性和进行化学驱的成本高、风险大。所以进行化学驱矿 场试验就比较困难。而室内试验又不能很好的说明矿场实际生产。和其他驱油 方法相比,数值模拟方法对化学驱更是重要。通过化学驱数值模拟,可以进行 可行性研究、开发方案设计和开发效果评价,减小化学驱的投资风险,提高化 学驱的经济效益。所以,主要石油生产国既使对化学驱技术方面投入比较少,
[1、3、4、19]
: 中国石油勘探开发研究院袁士义研制的多功能化学驱模型。 该
பைடு நூலகம்
软件在驱油机理和物化现象研究、可行性研究、矿场方案设计等方面具备较强
4
的应用性能,在我国多家油田区块范围的矿场数值模拟软件研究中取得了良好 的效果。主要特点是: 1、 2、 3、 4、 三维多相多组分(油、水、表面活性剂、聚合物、多种碱、一价阳离 子、二价阳离子、胶联剂等) ; 考虑了复合驱的主要驱油机理(降低界面张力、流度控制、降低化学 剂吸附) ; 考虑了多种质量传递; 考虑了复合驱过程中各种重要的物化现象(界面张力、碱耗、化学剂 的吸附和滞留损失、相对渗透率的变化、组分扩散、相态变化、含盐 量对吸附、黏度、界面张力、相态等的影响、聚合物容易特性、离子 交换和化学反应等) ; 5、 6、 物化参数主要取自试验数据; 数值计算方法先进(空间步长任意变化、任意边界、时间步长自动选 择、井位任意分布、油藏参数任意分布、生产任意等,系统方程组采 用多种方法求解,包括高斯、SOR、和预处理共轭梯度解法) 。 能模拟水驱、聚合物驱、胶联、碱/聚合物驱、碱/聚合物/表面活性剂驱 以及各种驱替的组和。 SLCHEM[1、2、5]: 我国胜利油田在1993年引进的化学驱模拟软件UTCHEM上进行 的改进版。主要的改进是:对界面张力的计算采用实际油田流体的等界面张力 图,通过插值求得,使得界面张力更能反映实际应用中,各化学组分之间的协 同作用;将顺序文件输入改为可选择的关键字输入;对几乎所有的化学参数自 动隐含;浓度方程隐式求解;在解非线性方程组时交替使用牛顿法、共轭梯度 法、同伦算法等,节省求解时间。 另外,TIGRESS(PGS Tigres产品)具有对第三方软件产品数据处理的支持;
2
也对化学驱数值模拟投入了大量的人力和物力。 由于化学驱包括的方法很多,所以模拟不同化学驱油方法的数值模拟软件 也有不同的侧重。主要是由黑油模型改进的黑又修正模型,有组分模型改进的 组分化学驱模型,模拟泡沫驱的泡沫驱模型,模拟聚合物驱的聚合物驱模型等。 显然,他们只能对化学驱的一个方面进行模拟,而化学驱包括很多技术,所以, 以上的模型都不是一套完整的化学驱模型。有些修正的模型更是省略简化化学 驱中的很多现象,如从黑油模型改进的黑油修正模型,不能很好地反映化学驱 油过程中的物理化学现象。 目前,国内外比较成熟的模拟复合驱或化学驱的模拟软件主要有:美国德 州大学奥斯丁分校的多组份化学驱数值模拟软件UTCHEM,Landmark公司的组 分化学驱软件desktop-VIP,加拿大CMG公司的CHEM,Petroleum Workbench的 COMP5TM , GeoQuest-Schlumberge 的 Eclipse300 , 400 及 我 国 改 进 的 GOW , SLCHEM,及自行研制的ASP等[1、2、3、4、8] 。 VIP是 Landmark Graphics Corporation 的产品[22] 。是目前商品化和一体化 最为先进的模拟器之一。该模拟器集成了众多模块,包括黑油,组分,聚合物 等,这些模块可以相互组合。VIP的一体化程度很高,它以ORACLE数据库为低层, 可以很好的结合地质等实际数据。目前,VIP的化学驱处理功能不是很完备,主 要针对聚合物(包括调剖) 。在数值处理方面,VIP成功地实现了快速的并行处 理功能。有多种网格,包括三维角点网格。 Eclipse:GeoQuest-Schlumberge的产品[23] ,由Schlumberge的油田服务公司 研制。 包括Eclipse100, 200, 300, 400, 500, OPEN Eclipse和EOR group。 Eclipse 拥有相应的先进快速的并行版本。与VIP一起是目前较为公认的商品化和一体化 最为先进的两个模拟系统。 EOR group是Eclipse中的强化采油选项,EOR group模型包括四个提高采收 率的驱油模型,即 POLYMER , SOLVENT , SURFACTANT , FOAM 等模型。 POLYMER为聚合物模型,它使用一个全隐式五组分(油、气、水、聚合物、盐 离子等)模型模拟聚合物驱油过程。该模型认为:聚合物容易导致水相粘度增 加;在较高的剪切速率下,水相粘度会由于非牛顿流体的剪切作用而下降;聚 合物的吸附仅发生在岩石表面;聚合物吸附的结果是水相相对渗透率下降。 SOLVENT是溶剂模型,它是由Todd和Longstaff经验混相驱模型扩展而来,它用 来模拟混相驱过程。在系统解法上,它采用全隐式方法解决系统方程。当然如 果没有溶剂,模型已经退化为常规黑油模型,可以用黑油模型中的方法来模拟
化学驱及其数值模拟方法综述
雷富强 中科院软件所并行计算实验室
前 言
油气田开发的主要任务就是尽可能经济、合理地提高地下原油的采出程度, 即提高石油采收率。从开采方式上,石油开采可以分为三个阶段,即:衰竭开 采阶段、注水开采阶段和注各种化学剂的化学驱阶段。衰竭开采一般采收率很 低,而且受原始地层压力、地层渗透率的影响较大。衰竭开采方式下的原油采 收率仅为5-10%[1] 。水驱可以使采收率达到40-60%。一般情况下,化学驱提高采 收率方法可以在水驱的基础上再提高原油采收率10-20%[1、5] 。 目前, 我国陆上油区尤其是东部老油区已处于高含水率阶段, 有些油区综合 含水率已经在80%以上,甚至90%以上。为稳定生产,必须采用一定的措施,提 高原油采收率。 化学驱采油方式提高采收率潜力巨大, 在一定的条件下能很大的 提高石油的采收率,但其应用受到很大限制。一是由于各种化学剂的价格昂贵, 化学驱的成本高; 二是化学驱技术风险大。 而化学驱数值模拟是进行化学驱可行 性研究、 开发方案设计和开发效果评价的有力工具, 通过化学驱的数值模拟能够 有效的降低化学驱油的风险。 所以对化学驱数值模拟软件的开发和应用具有重要 意义[1,9] 。
[1]
:我国大庆油田和新星石油公司研究院对SIMBESTTM- 2的改进版。
CMG(Computing Modelling Group)产品[26] 。其中的CHEM为N组分的EOS组 分模型。能模拟的驱油过程包括: 1、乳状液、泡沫在地下的产生和流动过程; 2、蜡和沥青在地下的沉淀; 3、化学剂注入过程中的井眼处理; 4、提高采收率过程,包括聚合物、泡沫、乳状液、凝胶,是目前世界上使 用的最为广泛的泡沫驱商业数值模拟软件,使用基本的反应动力学模型 处理多级、多相的凝胶产生和流动过程。其中的反应动力学方程可以由 用户定义。 CMG支持直角坐标网格,柱面坐标网格和混合网格。网格可以局部加密。可 以根据运算量进行动态分配所需的内存。矩阵的求解算法先进,AIMSOL适合求 解多变量的大规模矩阵,该算法集成了不完全消去法作为 GMRES 加速前的预处 理,解决自适应隐式建立的Jacobian矩阵最为理想。 ASP
一、 化学驱技术发展回顾
一、化学驱油技术 油田经过二次开发,地下还有60-70%的剩余油[1、5、11、12],剩余油的分布已 经改变,这时靠常规注水已经很难采出这一部分残余油。必须靠提高采收率方 法开采出二次开发后的剩余油。 大量实践和理论研究证明,油层十分复杂,具有非均质性,油气水在复杂的 孔隙中的渗流相当复杂,不仅注入水不能活塞式驱油,不能波及到整个油区, 而且,在多相流动过程中,由于受相粘度,毛管力,界面张力等的影响,各相 流量随着开发的进行也在不断地变化。所以只有提高水驱的注入水的波及体积
3
处理。SURFACTANT为表面活性剂驱油模型。可以模拟添加表面活性剂的驱油 过程。SURFACTANT模型认为,表面活性剂的加入使得体系界面张力降低,减 少了油相和水相之间的毛管压力,进而减少了残余油饱和度;而残余油饱和度 的减少和由此引起的相对渗透率的变化仅是毛管数的函数。 FOAM模型为近些年 发展起来的泡沫模型的简化版,可以用来对泡沫驱项目进行优选。该模型认为 泡沫是气相中的示踪剂组分,它的作用为阻碍气体流动,减少气相的流动。 由于Eclipse中各模块可以互相调用,所以,EOR group模型中的网格形式, 加密,坐标形式等可以采用Eclipse中提供的各种形式和方法。 Petroleum Workbench : Scientific Software-Intercomp , Inc 产品 [ 24 ]。 Petroleum Workbench的核心应用程序集成了油藏描述、黑油数值模拟、试井和 是生产分析等应用。主要的模块有:SIMBESTTM- 2、COMP5TM、WPMTM、PVT、THERMTM 等。其中SIMBESTTM- 2是Baker atlas geoscience的最为知名的产品。也是世界 上油藏模拟器中技术最先进的之一。有很多单位对其进行了修改,以使其可以 模拟化学驱油过程。COMP5是一基于EOS的全隐式组分模型,其技术处于世界领 先。PVT是独立的程序,可以模拟实验的PVT数据,可以为其他模型提供需要的 参数。 GOW
1
和洗油效率才能提高地下原油的采收率。相粘度差是影响水驱波及系数大小的 决定因素。洗油效率主要和油水,岩石的性质等有关。根据不同的实际情况, 人们提出了多种提高采收率的化学驱方法。一是在注入水中加入大分子聚合物, 以提高水的粘度,降低油水粘度比,提高注入水的波及体积和驱油效率的方法 来提高采收率;二是注入水中加入表面活性剂/碱等以提高注入水的洗油效率, 从而提高原油的采空收率的化学驱油技术;三是所谓的复合驱,就是把以上化 学剂复合注入地下,运用各个化学剂之间的协同效应,来提高采收利率,它借 助物理和化学双重作用,既提高了驱油剂的波及系数又提高了驱油剂的洗油效 率。所以复合驱可以达到更好的驱油效果,一般可以在水驱的基础上再提高20
相关文档
最新文档