高慧梅 何應(yīng)付 趙淑霞 馬 濤

(中國石化石油勘探開發(fā)研究院)

低滲透油藏CO2驅(qū)氣竄影響因素分析及模糊評判預(yù)測*

高慧梅 何應(yīng)付 趙淑霞 馬 濤

(中國石化石油勘探開發(fā)研究院)

采用特征參量法推導(dǎo)了低滲透油藏CO2驅(qū)相似準(zhǔn)則,并分析了影響CO2驅(qū)效果和氣竄的主要因素;在此基礎(chǔ)上,建立了CO2驅(qū)氣竄模糊評判預(yù)測模型,并進行了實際應(yīng)用,驗證了本文模型的準(zhǔn)確性和有效性。

低滲透油藏;CO2驅(qū);氣竄;相似準(zhǔn)則;模糊評判

近年來,隨著技術(shù)的進步、油價的攀升及環(huán)境保護的需要,注CO2提高采收率越來越受到重視[1-4]。但是由于CO2氣體密度小、粘度小,儲層非均質(zhì)性強、天然裂縫發(fā)育,地層壓力低等因素往往導(dǎo)致驅(qū)替過程中過早氣竄,嚴重影響了CO2驅(qū)替的效果[5-6]。

目前已有的對CO2驅(qū)氣竄影響因素的分析及氣竄嚴重程度的評價主要是基于CO2驅(qū)實施后的動態(tài)跟蹤[7],該方法雖然較為準(zhǔn)確,但是達不到預(yù)警及超前治理的目的。本文基于CO2驅(qū)相似準(zhǔn)則,分析了可能影響CO2驅(qū)氣竄的主要因素,進而利用模糊評判方法建立了CO2驅(qū)氣竄預(yù)測模型,并進行了油田實例驗證。

1 CO2驅(qū)相似準(zhǔn)則及影響因素分析

相似準(zhǔn)則[8]對于如何設(shè)計實驗、如何選擇實驗參數(shù)和如何處理實驗數(shù)據(jù)等具有十分重要的作用,本文首先推導(dǎo)CO2驅(qū)相似準(zhǔn)則,并在此基礎(chǔ)上分析影響CO2驅(qū)的主要因素。

1.1 基本假設(shè)與基本方程

考慮一水驅(qū)后三維非均質(zhì)油藏,油藏溫度不變,無彌散和化學(xué)反應(yīng);不考慮吸附,并能瞬時達到熱力學(xué)平衡;孔隙度和滲透率不隨時間變化,相行為分析計算時采用PR-EOS,并假設(shè)原油由3個擬組分組成,即輕質(zhì)組分、中等組分和重質(zhì)組分;各相流動符合達西定律[9-10]。

水驅(qū)后油藏注CO2混相驅(qū)的數(shù)學(xué)模型由質(zhì)量守恒方程、運動方程、毛細管方程、相平衡方程以及有關(guān)輔助方程組成。

1)質(zhì)量守恒方程

式(1)中:nc為組分個數(shù),在本文中主要考慮4個組分,即CO2、2個原油組分和水;np為相個數(shù),本文主要有三相,即油、氣和水;Sj為j相飽和度;ρj為j相密度;vj為j相滲流速度;k—ij為各組分平衡常數(shù);xij為i組分在j相中的濃度分數(shù);φ為孔隙度。

2)運動方程

式(2)中:μj是j相的粘度;pj為j相的壓力;K為地層滲透率;Krj為j相相對滲透率;g為重力加速度;其他參數(shù)含義同前。

3)毛細管方程

式(3)中:σmj是m相與j相之間的界面張力;J(S)表示J函數(shù);S表示飽和度;其他參數(shù)含義同前。

4)相平衡方程

式(4)中:cij為i組分在j相中的濃度。

5)輔助方程

1.2 相似準(zhǔn)則

對方程(1)～(6),采用特征參量法可以獲得相似準(zhǔn)則數(shù)群如下:

1)油藏非均質(zhì)性

2)流度比

3)毛細管數(shù)(描述界面張力的影響)

4)油藏傾角

5)重力數(shù)

6)原油組成

7)狀態(tài)方程(壓力及溫度)

8)原油組成熱力學(xué)性質(zhì)

9)油井工作制度

在上述相似準(zhǔn)則數(shù)群中,Gi為相似準(zhǔn)則數(shù),i= 1,2,…,18;L為井距;h為油藏厚度;W為油藏寬度;vinj為注入速度;α為油藏傾角;cI2為第2個組分在第1相中的原始摩爾含量;cJ2為第2個組分在第2相中的原始摩爾含量;p、pci分別為注氣前地層壓力和組分i的臨界壓力;T和Tci分別為油藏溫度和組分i的臨界溫度;ωi為組分i的偏心因子;pMMP為最小混相壓力;pinj為注入壓力;pwf為生產(chǎn)流壓。

1.3 CO2驅(qū)影響因素分析

對上述18個相似準(zhǔn)則數(shù)進行分析,可以得出CO2驅(qū)油效果主要與油藏特性、儲層流體特性和儲層巖石特性相關(guān)。具體分析每個相似準(zhǔn)則數(shù),結(jié)果如下。

1)油藏非均質(zhì)性:滲透率級差、各向異性(沉積相、裂縫)、井距等;

2)流度比:原油粘度、CO2粘度(油藏溫度和壓力);

3)毛細管數(shù):界面張力(油藏溫度和壓力)、注入速度、粘度;

4)油藏傾角:井距、傾角;

5)重力數(shù):原油密度、CO2地下密度(油藏溫度和壓力)、注入速度、油層厚度;

6)狀態(tài)方程:油藏溫度和油藏壓力;

7)油井工作制度:注入壓力、油井流壓、最小混相壓力;

8)原油組成:原油粘度和密度。

對上述影響因素進行總結(jié),可以得出影響CO2開發(fā)效果的因素包括:油藏滲透率、滲透率級差、裂縫發(fā)育程度和方向、油藏傾角、油藏溫度、注氣前地層壓力、原油密度、原油粘度、最小混相壓力、注入壓力、油井流壓、井距。

2 CO2驅(qū)氣竄模糊評判預(yù)測

2.1 構(gòu)造評價矩陣

不同油藏條件下CO2的作用不同,相應(yīng)的采油機理亦不盡相同,根據(jù)對相似準(zhǔn)則數(shù)的分析可以得出影響CO2驅(qū)主要因素有12個。參考國內(nèi)研究成果[11-12],增加飽和度指標(biāo),并假設(shè)油藏傾角為0,建立了低滲透油藏CO2驅(qū)氣竄分析的評價指標(biāo)體系,確定CO2驅(qū)替氣竄模糊評判的單因素評價標(biāo)準(zhǔn)(表1),評價等級分為弱、較弱、一般、較嚴重和嚴重等5類。評價影響因素用下述模糊數(shù)學(xué)公式來表示:

式(7)中:u為CO2驅(qū)影響因素。

依據(jù)表1對每個因素的評判結(jié)果作為評語集R上的模糊子集,即

式(8)中:Ri為對單因素ui的單因素評價集;rim為第i因素對第m評語的隸屬度值,m≤5。

表1 CO2驅(qū)氣竄模糊評判預(yù)測評價指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)

所有單因素評價集構(gòu)成評價矩陣,即

式(9)中:R為CO2驅(qū)氣竄的評判矩陣。

2.2 利用層次分析法確定權(quán)重

對上述12個影響因素進行分析,確定的各影響因素相對重要程度為

根據(jù)比例標(biāo)度方法,建立判斷矩陣并計算矩陣的特征值,可以獲得各因素的權(quán)重集X(表2)

表2 CO2驅(qū)氣竄影響因素綜合評判權(quán)重分配

由表2可以看出,影響CO2驅(qū)氣竄的最主要因素是裂縫發(fā)育程度、油藏非均質(zhì)性和注氣前地層壓力與最小混相壓力的比值。

2.3 模糊評判

綜合評價集由權(quán)重和因素評價矩陣集合得到,即Y=X·R,其中Y為評價集,X為權(quán)重集,R為評判對象的評判矩陣。最后利用最大隸屬度原則對綜合評價集Y進行評價,從而得到綜合評判結(jié)果。

表3 腰英臺油田基本參數(shù)

3 實例驗證

腰英臺油田是一個低孔、特低滲油田,天然裂縫發(fā)育,原始含水飽和度高,生產(chǎn)井壓裂投產(chǎn),基本參數(shù)見表3。參照表1的評價標(biāo)準(zhǔn),對該油田先導(dǎo)性試驗區(qū)各參數(shù)進行評價,得到評判矩陣,結(jié)合利用層次分析法確定的各因素權(quán)重,得到該油田注CO2驅(qū)的最終評價結(jié)果矩陣為(0.057,0.292,0.117, 0.165,0.369),其最大隸屬度為0.369。因此,該油田注CO2驅(qū)氣竄程度為嚴重。

按照上述建立的評價方法和評判步驟,對腰英臺油田CO2驅(qū)先導(dǎo)性試驗區(qū)主要采油井進行綜合評價,注CO2驅(qū)生產(chǎn)井評價結(jié)果見表4。

表4 腰英臺油田CO2驅(qū)氣竄程度單井評價結(jié)果

從表4可以看出,5-2、DB38井給出評語為較弱,目前分別為未見氣和氣油比300,兩者較為吻合;2-10、4-4井給出的評語為嚴重,目前2-10井對應(yīng)注入井已停注,停注前的氣油比為2400,4-4井目前已停產(chǎn)準(zhǔn)備轉(zhuǎn)注,停產(chǎn)前氣油比為2500,評價結(jié)果與實際情況相符;1-5井評價結(jié)果與實際情況基本吻合。上述評判結(jié)果與該油田實際情況吻合較好,從而驗證了本文模型的準(zhǔn)確性和有效性。

4 結(jié)論

1)通過推導(dǎo)低滲透油藏CO2驅(qū)相似準(zhǔn)則,得到了影響CO2驅(qū)氣竄的12個因素,其中最主要的因素是裂縫發(fā)育程度、油藏非均質(zhì)性和注氣前地層壓力與最小混相壓力的比值。

2)建立了預(yù)測CO2驅(qū)氣竄的模糊評判模型,并在腰英臺油田6口生產(chǎn)井中進行了應(yīng)用評判,結(jié)果與實際情況吻合較好,從而驗證了本文模型的準(zhǔn)確性和有效性。

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(編輯:楊 濱)

Control-factor analysis and fuzzy-evaluation prediction of gas channeling during CO2flooding in low-permeability oil reservoirs

Gao Huimei He Yingfu Zhao Shuxia Ma Tao

(Petroleum Ex ploration&Production Research Institute, Sinopec,Beijing,100083)

A method of characteristic parameters was used to derive the similarity criterion for CO2flooding in low-permeability oil reservoirs,and the factors to control CO2flooding effects and gas channeling were analyzed.On this basis,a model of fuzzy evaluation prediction was built for gas channeling during CO2flooding,and its actual application has verified its accuracy and effectiveness.

low-permeability oil reservoir;CO2flooding;gas channeling;similarity criterion; fuzzy evaluation

2014-01-20改回日期:2014-03-10

*國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)項目(編號:2009AA063406)部分研究成果。

高慧梅,女,2007年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(北京)油氣田開發(fā)工程專業(yè),獲博士學(xué)位,現(xiàn)主要從事油田開發(fā)方面的研究工作。地址:北京市海淀區(qū)中石化勘探開發(fā)研究院(郵編:100083)。E-mail:huimeigao@126.com。