王生奎，張衛(wèi)東，袁向春，魏旭光，蔡茂佳

1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院博士后工作站，北京海淀100083

2.中國石油大學（北京）博士后流動站，北京昌平102249

3.中國石化國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京朝陽100101

4.中國石油大港油田分公司勘探公司，天津大港300280

基于產(chǎn)出氣密度的富氣驅(qū)氣/水交替注入新方法

王生奎1，2*，張衛(wèi)東3，袁向春1，魏旭光3，蔡茂佳4

1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院博士后工作站，北京海淀100083

2.中國石油大學（北京）博士后流動站，北京昌平102249

3.中國石化國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京朝陽100101

4.中國石油大港油田分公司勘探公司，天津大港300280

目前文獻報道的各類氣/水交替（WAG）注入方法中，采用采收率、TRF（Tertiary recovery factor）、累計凈現(xiàn)金流及NPV等常用指標來優(yōu)化段塞方案時經(jīng)常會得出不同結(jié)論，其實質(zhì)是該類WAG設(shè)計方法本身就忽略了注入氣與波及區(qū)剩余油的定量關(guān)系。通過富氣驅(qū)過程中產(chǎn)出氣密度變化規(guī)律研究，提出了一種高效的富氣驅(qū)WAG注入新方法，即EWAG（EfficiencyWAG）定量優(yōu)化設(shè)計各WAG周期的氣段塞、水段塞及WAG總周期數(shù)。在M油田算例研究中，與幾種常用的WAG注入方法相比較，EWAG在采收率、TRF、液化氣回采率及累計凈現(xiàn)金流等指標上均優(yōu)勢明顯。

富氣驅(qū)；凝析；產(chǎn)出氣密度；驅(qū)替效率；EWAG

引言

氣-水交替注入（WAG）類項目自1957年在加拿大首次報道以來，在過去半個多世紀內(nèi)WAG類項目礦場實施數(shù)量攀升，在礦場的應用中取得了較大成功［1-3］?？紤]儲層物性與流體性質(zhì)等地質(zhì)條件的差異，WAG逐漸發(fā)展成了混相WAG、非混相WAG、HybridWAG、SWAG、Tapering及DUWAG等類型，旨在有效地提高波及效率和改善驅(qū)替效果［1-15］。目前，在各型WAG段塞方案優(yōu)化時，采用采收率、TRF（Tertiary Recovery Factor）、累計凈現(xiàn)金流及NPV（凈現(xiàn)值）等評價指標確定最佳段塞方案，其中采收率指標應用最為廣泛［1-2，4-11，14］。

2003年KulkarniM M用6英寸巖芯進行CO2驅(qū)替實驗時發(fā)現(xiàn)，在ROIP（剩余地質(zhì)儲量）采收率與累計注入PV（孔隙體積倍數(shù)）數(shù)關(guān)系曲線中，CGI（連續(xù)注入）具有明顯的優(yōu)勢；但在ROIP采收率/注氣量與累計注入PV數(shù)關(guān)系曲線中，WAG又具有明顯優(yōu)勢，結(jié)論截然相反，認為ROIP采收率/注氣量作為評價指標更為合理，并定義為TRF［15］。

2010年Chen S等人在CO2WAG混相驅(qū)段塞設(shè)計時發(fā)現(xiàn)，由于采用了不同氣水比的WAG段塞，使得在相同累計氣段塞大小下得到了不同的采收率值，并推薦用NPV作為方案評價指標［16］。

然而，無論選用哪種指標來評價方案，現(xiàn)有的WAG方法在段塞設(shè)計時本身就忽略了注入氣與地層剩余油之間的定量關(guān)系。本文提出一種富氣驅(qū)EWAG（Efficiency WAG）注入方法，定量設(shè)計各WAG周期中富氣利用率高的富氣段塞與殘余富氣回采率大的水段塞，以及總WAG周期數(shù)，能使注氣項目獲得最大采收率與經(jīng)濟效益。結(jié)合ECLIPS-E300組分模擬器，用M油田數(shù)據(jù)開展了驗證研究。

1 富氣凝析機理

WAG富氣驅(qū)凝析機理示意圖見圖1，其過程特征為：（1）當注入氣與油藏流體接觸時，富氣的中間烴組分凝析到原油中，注入氣逐漸變貧，最終失去凝析能力；（2）失去凝析能力的貧氣超覆原油向前運動；（3）當更多的注入富氣進入油藏時，大量中間組分凝析到混合帶尾部，最終使混合帶后緣與注入富氣混相；（4）開始形成的貧氣部分向前運移，由于后緣也與注入氣混相，這部分向前運動的貧氣成為總體積中很小的一部分；（5）油井生產(chǎn)特征表現(xiàn)為：一小段貧氣后是混相帶。

圖1 WAG富氣驅(qū)凝析機理示意圖Fig.1 Schematic ofmechanism of enriched-gas condensation

在富氣混相驅(qū)過程中，理論上波及區(qū)內(nèi)可動油被適量富氣“徹底”凝析并排驅(qū)后，產(chǎn)出氣中C2～C6組分含量保持在較低水平范圍之內(nèi)；當混相帶尾部突破后，產(chǎn)出氣中C2～C6組分含量恢復到伴生氣的水平。反之，當注入富氣過剩時，后續(xù)富氣未與足夠原油充分凝析傳質(zhì)后就被逐漸排出，富氣驅(qū)替效率變差，此時產(chǎn)出氣中C2～C6組分含量將會高于伴生氣中的含量，并隨著這種不利程度的加劇，排驅(qū)氣中C2～C6含量上升并接近注入氣中的水平。

從上面的分析得知，C2～C6組分含量的變化可以間接地反映富氣的驅(qū)替效率。而在給定溫度、壓力條件下，C2～C6組分含量的變化可以用氣體密度變化來表征。

2 EWAG設(shè)計方法

2.1 氣段塞

在富氣注入階段，當大量前緣貧氣到達生產(chǎn)井時，受大量貧氣的影響，產(chǎn)出氣密度下降，在產(chǎn)出氣密度曲線上出現(xiàn)反應點A點（圖2）；當后緣混合物突破后，繼續(xù)注入過量富氣，此時產(chǎn)出氣中C2～C6組分必然會快速上升，則可找到產(chǎn)出氣密度曲線上的反應點B點，如圖2所示。顯然在圖上，A點到B點所對應的富氣段塞的單位體積注入氣的驅(qū)替效率最高，即為最佳富氣段塞。

圖2 注氣階段產(chǎn)出氣密度與注入量關(guān)系Fig.2 Schematic of the produced gasdensity vs.in jection volume curve during gas injection period

在EWAG富氣段塞設(shè)計時，尤其在第1個WAG周期地下剩余油飽和度較高的情況下，如果注入富氣在油層內(nèi)發(fā)生嚴重超覆、指進等不利于擴大波及體積的問題，則B點會過早出現(xiàn)，導致最佳富氣段塞過小。在這種情況下，采取必要的措施提高注氣波及體積或重新優(yōu)化注采層位。

2.2 水段塞

氣-水切換后，注入水驅(qū)替殘余在地層中的富氣，改善并調(diào)整注入井吸入剖面和波及區(qū)油水系統(tǒng)分布并達到新的平衡，以提高后續(xù)富氣的波及效率。緊接混合物后緣，水驅(qū)前緣攜帶殘余氣富氣到達生產(chǎn)井，殘余富氣產(chǎn)出量增加，產(chǎn)出氣密度保持在相對較高的水平；當注入水在某種程度上到達調(diào)整縱向和平面矛盾時，富氣產(chǎn)出量下降，氣產(chǎn)出密度下降到某一值并逐漸趨于穩(wěn)定，即產(chǎn)出氣密度曲線（圖3）反應點C點。圖3中，B點到C點所對應水段塞的單位體積水段塞的殘余富氣回采效率最高，即最佳水段塞大小。

2.3 WAG周期

在實際富氣驅(qū)中，由于注入富氣的擴散和彌散等因素［17-19］，地層中會形成一定的殘余氣飽和度。即便是注入氣恰好與波及區(qū)剩余油“徹底”凝析并驅(qū)替，因殘余富氣的存在，尤其在第2個WAG周期以后產(chǎn)出氣密度也會略高于伴生氣密度。在EWAG中，隨著注入周期增加，剩余油飽和度的下降，地層中殘余富氣飽和度逐漸增加，產(chǎn)出氣密度將呈臺階式上升。建議產(chǎn)出氣密度達到注入氣密度90%以上時結(jié)束EWAG注入。

圖3 注水階段產(chǎn)出氣密度與注入量關(guān)系Fig.3 Schematic of the produced gasdensity vs.injection volume curve during water in jection period after finishing gasslug injection

Bermudez L等［5］在用富化度高于MME以上富氣開展驅(qū)替研究時發(fā)現(xiàn)，在給定氣水比條件下少數(shù)幾個WAG周期就可獲得最大采收率。筆者認為，在EWAG中，注入周期取決于剩余油飽和度、儲層非均質(zhì)性等因素。

3 應用算例

3.1 油田背景

M油田F4油藏屬于中-高孔高滲海相砂巖油藏，平均埋深1 400m。研究區(qū)目標層位平均油層厚度7.8m，平均孔隙度21%，平均滲透率1 464mD；油藏飽和壓力11.4MPa，當前地層壓力10.2MPa，油藏溫度83.9?C；原油黏度0.515mPa·s。

3.2 模型描述

用研究區(qū)目標層油藏儲層參數(shù)建立了一個不規(guī)則三層網(wǎng)格模型，模型滲透率分布見圖4。選擇“一注五采”井組開展研究，井組控制區(qū)1.025 km2，孔隙體積170.5×104m3，原始地質(zhì)儲量130.19×104m3，剩余地質(zhì)儲量57.97×104m3。用ECLIPS-E300（2006版）建立了9組分模擬器。在油藏壓力和溫度條件下，用長細管實驗、Holm LW等［20］提出的混相界定標準確定MMC富氣中LPG含量為37%。原油、干氣、LPG組成見表1。

圖4 研究區(qū)地質(zhì)模型滲透率分布圖Fig.4 Permeability distribution of the reservoir in the study area

表1 原油與注入氣組成Tab.1 Crudeoiland injected gas com positions

3.3 基礎(chǔ)方案操作參數(shù)

用MME富氣開展基礎(chǔ)模擬研究，注入井定注入量600 Rm3/d（地下體積），采油井控制井底壓力10MPa。關(guān)井條件為綜合含水率98%，產(chǎn)出氣密度為注入富氣密度的90%。

3.4 模擬方案設(shè)計

設(shè)計富氣累計注入量相同的連續(xù)注氣（CGI，氣水比1：0）、普通型（Common-WAG，氣水比1：1）、Hybrid-WAG與EWAG等4個注氣方案及純水驅(qū)方案開展模擬，從采收率、產(chǎn)出氣密度、TRF以及累計凈現(xiàn)金流共4個指標進行對比研究。

3.5 結(jié)果與討論

3.5.1 結(jié)果

各方案設(shè)計結(jié)果與模擬預測統(tǒng)計指標見表2。從表2中段塞設(shè)計結(jié)果看，本案例中EWAG方案共設(shè)計了3個WAG周期，其氣段塞逐漸減小，氣水比逐漸增大。與文獻［15］描述的TaperingWAG類似，氣段塞逐漸減小。

但實質(zhì)上，EWAG氣段塞大小與波及區(qū)內(nèi)剩余油有關(guān)。本案例地質(zhì)模型儲層薄且相對均質(zhì)，在第2、第3個WAG周期前雖然注入了一定量的水段塞，但波及體積沒有發(fā)生質(zhì)的變化，而波及區(qū)剩余油量逐漸減小，從而導致了后續(xù)富氣段塞減小。如果在某WAG周期中注氣波及體積擴大，則后續(xù)富氣段塞大小有可能增加。

3.5.2 討論

（1）采收率

從表2中采收率指標看，各WAG方案富氣驅(qū)效果比較理想，與水驅(qū)相比，OOIP采收率提高4.19%以上。

表2 方案段塞設(shè)計結(jié)果與模擬預測統(tǒng)計指標Tab.2 The slug design and flooding simulation resu lts

Hadlow R E［6］在1992年統(tǒng)計的CO2驅(qū)提高OOIP采收率8.00%～14.00%；Christensen JR等［1］統(tǒng)計了54個項目的結(jié)果，混相驅(qū)提高OOIP采收率9.70%，烴氣驅(qū)提高OOIP采收率為8.00%；Solan R等［9］用1D模型研究MME以上富化度富氣擴散對采收率影響時得出OOIP采收率約為5.00%～15.00%。EWAG方案OOIP采收率5.82%，比其他WAG方案高出0.51%～1.63%。

（2）產(chǎn)出氣密度

從圖5看，EWAG方案產(chǎn)出氣密度控制的效果最好。Common-WAG（1：1）第1個周期中氣段塞過小，產(chǎn)出氣密度一度低于伴生氣密度，顯然波及區(qū)內(nèi)原油未被足量富氣“徹底”凝析并驅(qū)替。在第2個周期水段塞過小，產(chǎn)出氣密度保持高值，注入水未達到調(diào)整波及區(qū)油水系統(tǒng)新平衡；在CGI和Hybrid-WAG中，第1個富氣段塞過剩，產(chǎn)出氣密度過高，在整個驅(qū)替過程中兩個方案的產(chǎn)出氣密度曲線變化趨勢基本一致。

圖5 方案產(chǎn)出氣密度與注入量Fig.5 The produced gasdensity vs.in jection volume

文獻［1，10，13］中報道，通常Hybrid是在第1個大氣段塞后設(shè)計第2個小氣段塞或1：1的WAG段塞，從本文研究結(jié)果看，這種氣水比1：1的小段塞Common-WAG設(shè)計需因地制宜。在第1個大氣段塞結(jié)束后，富氣大量殘余地下，后續(xù)水段塞過小，注入水雖能波及并驅(qū)替部分殘余富氣，但遠未達到調(diào)整吸入剖面和改善波及區(qū)油水系統(tǒng)重新分布的目的。

Bermudez L等［5］在均質(zhì)油藏MME以上富氣WAG驅(qū)參數(shù)研究時也認為WAG驅(qū)替效果好于連續(xù)注入，氣水比小于1時不利于提高采收率，與本文認識一致。

（3）TRF指標

在圖6中，當各WAG方案后續(xù)水驅(qū)結(jié)束時，EWAG方案TRF值為122.08，高出其他方案7.07～18.40。EWAG方案考慮了注入富氣與地下原油和注入水與殘余富氣間的定量關(guān)系，使其單位富氣驅(qū)替效率最大，單位水段塞的液化氣回采率更高，因而方案TRF值最大。

圖6 方案TRF評價指標Fig.6 The TRF value vs.injection volume

（4）累計凈現(xiàn)金流

從圖7看，EWAG方案的累計凈現(xiàn)金流指標具有明顯優(yōu)勢，比其他方案高$（4.1～10.3）×106。在不同的注氣方案中，WAG方案的累計凈現(xiàn)金流整體上優(yōu)于CGI方案，WAG水段塞的設(shè)計改善了后續(xù)富氣波及與驅(qū)替效率。

圖7 方案累計凈現(xiàn)金流指標評價結(jié)果Fig.7 The cumulative net cash flow valuesofWAG scenarios

4 結(jié)語

富氣驅(qū)過程中產(chǎn)出氣密度變化可以定性表征富氣驅(qū)替效率。基于產(chǎn)出氣密度變化特征提出一種富氣驅(qū)WAG注入新方法（EWAG），定量設(shè)計各周期富氣段塞與水段塞，以及總WAG周期數(shù)。用M油田F4油藏儲層數(shù)據(jù)建立9組分的不規(guī)則三層網(wǎng)格模型，用干氣和LPG混合組成富氣，選擇“一注五采”井組開展模擬驗證研究。本案例中，EWAG方案共設(shè)計了富氣段塞逐漸減小的3個WAG周期。在幾種常見的WAG注入方法中，EWAG在采收率、TRF、液化氣回采率及累計凈現(xiàn)金流指標上具有明顯的優(yōu)勢。

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編輯：牛靜靜

編輯部網(wǎng)址：http：//zk.swpuxb.com

New WAG Injection M odel Based on the Produced GasDensity Variation for Enriched-gas Flooding

WANG Shengkui1，2*，ZHANGWeidong3，YUAN Xiangchun1，WEIXuguang3，CAIMaojia4
1.Post-doctoral Research Station，SINOPEC E&PResearch Institute，Haidian，Beijing 100083，China
2.Post-doctoral Research Station，China University of Petroleum（Beijing），Changping，Beijing 102249，China
3.SINOPEC InternationalPetroleum E&PCorporation，Chaoyang，Beijing 100101，China
4.Exploration Branch，Dagang Oilfield Company，PetroChina，Dagang，Tianjin 300280，China

When using theWAG models proposed in the literatures，different slug conclusions are obtained by using common indexes such as oil recovery，TRF，cumulative net cash flow and NPV.The reason is that theWAG designmethod has neglected the quantitative relationship between the injected enriched-gas volume and the amountof remaining oil in the swept region.In thispaper，an efficientoptim ization and designmethod isproposed and developed forwater-alternating-gasinjection model（EWAG）injection process.The proposed technique isable to quantitatively determ ine the sizesof theenriched-gasslug andwaterslug foreach cycleof thewater-alternating-gas（WAG），aswellas the totalnumberof injection cycles.Applying this method provides thisopportunity to implementtheWAG scenariomoreefficiently and econom ically.Thenumericalsimulation showed that in comparison w ith other conventionalWAG scenariosw ith traditionaloptim ization approaches，the EWAG has the obviousadvantagesof evaluation indices，such as the oil recovery factorand cumulative netcash flow.

enriched-gas flooding；condensate；produced gas density；displacementefficiency；EWAG

王生奎，1980年生，男，漢族，青海西寧人，高級工程師，博士/博士后，主要從事油藏提高原油采收率與油藏精細研究。E-mail：skwang.sipc@sinopec.com

張衛(wèi)東，1970年生，男，漢族，四川巴中人，高級工程師，主要從事油氣田開發(fā)方面的研究。E-mail：wdzhang.sipc@sinopec.com

袁向春，1956年生，男，漢族，山東濰坊人，教授級高級工程師，主要從事油藏開發(fā)技術(shù)研究。E-mail：yuanxc.syky@sinopec.com

魏旭光，1968年生，男，漢族，河北衡水人，高級工程師，主要從事油藏開發(fā)技術(shù)及項目管理研究。E-mail：xgwei.sipc@sinoepc.com

蔡茂佳，1969年出生，男，漢族，天津人，高級工程師，主要從事油田開發(fā)技術(shù)與項目管理研究。E-mail：wanglang865@126.com

10.11885/j.issn.1674-5086.2013.12.30.01

1674-5086（2016）03- 0095-06

TE357.7

A

http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1718.TE.20160108.0914.004.htm l

王生奎，張衛(wèi)東，袁向春，等．基于產(chǎn)出氣密度的富氣驅(qū)氣/水交替注入新方法［J］．西南石油大學學報（自然科學版），2016，38（3）：95-100．

WANGShengkui，ZHANGWeidong，YUAN Xiangchun，etal．New WAG Injection ModelBased on the Produced GasDensity Variation for Enrichedgas Flooding［J］．Journalof Southwest Petroleum University（Science&Technology Edition），2016，38（3）：95- 100．

2013- 12-30網(wǎng)絡(luò)出版時間：2016- 01-08

王生奎，E-mail：skwang.sipc@sinopec.com