劉 剛 孫建博 尹錦濤 徐 杰

陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院,陜西 西安 710075

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考慮啟動(dòng)壓力梯度的低滲透滲流模型改造

劉 剛 孫建博 尹錦濤 徐 杰

陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院,陜西 西安 710075

如何充分反映啟動(dòng)壓力梯度的影響一直是低滲透油藏?cái)?shù)值模擬研究領(lǐng)域的難點(diǎn),以低滲透油藏滲流機(jī)理為研究起點(diǎn),通過(guò)對(duì)低滲透油藏滲流模型的改造,得到了一種啟動(dòng)壓力梯度在數(shù)值模擬方程中新的表現(xiàn)形式,并研發(fā)出相應(yīng)的低滲透油藏?cái)?shù)值模擬編輯器,通過(guò)與專(zhuān)業(yè)石油軟件進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證了該模型的高精確度,進(jìn)一步結(jié)合實(shí)際油田資料完成了該模型的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用,結(jié)果表明改造后的模型很大程度上加強(qiáng)了啟動(dòng)壓力梯度對(duì)低滲透數(shù)值模擬過(guò)程的影響程度,并且能夠更加準(zhǔn)確地反映出低滲透油藏的實(shí)際生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。

低滲透油藏;啟動(dòng)壓力梯度;模型改造;油藏?cái)?shù)值模擬

0 前言

作為低滲透油藏中最重要的滲流特征,啟動(dòng)壓力梯度一直是低滲透油藏的研究重點(diǎn)。從20世紀(jì)90年代開(kāi)始程林松、吳文瑞等廣大學(xué)者通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究對(duì)啟動(dòng)壓力梯度進(jìn)行了深入研究,分析出啟動(dòng)壓力梯度與儲(chǔ)層、流體特征之間存在一定的相關(guān)關(guān)系,并總結(jié)出關(guān)于啟動(dòng)壓力梯度的多種表達(dá)公式[1-8]。然而我國(guó)低滲透油藏儲(chǔ)層非均質(zhì)極強(qiáng),若精確反映整個(gè)油藏的啟動(dòng)壓力梯度,對(duì)于網(wǎng)格數(shù)量級(jí)達(dá)到數(shù)十萬(wàn)級(jí)別的油藏?cái)?shù)值模擬耗時(shí)繁瑣,實(shí)效性較差。為求簡(jiǎn)便高效,應(yīng)用擬啟動(dòng)壓力梯度[9-10]參與數(shù)值模擬成為廣大學(xué)者的首選,但筆者通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)該方法同樣存在缺陷:處在微分項(xiàng)內(nèi)的擬啟動(dòng)壓力梯度值在前后網(wǎng)格數(shù)值差分過(guò)程中被相互抵消,極大地削弱了啟動(dòng)壓力梯度的影響程度。

本文通過(guò)對(duì)低滲透油藏儲(chǔ)層流體性質(zhì)和滲流機(jī)理進(jìn)行深入研究[11-13],實(shí)現(xiàn)對(duì)低滲油藏滲流模型的改造,力求使啟動(dòng)壓力梯度對(duì)低滲透油藏的影響在數(shù)值模擬過(guò)程中得到較大程度的體現(xiàn)。

1 低滲透滲流模型建立

以低滲透油藏的質(zhì)量守恒方程和流體運(yùn)動(dòng)方程為基礎(chǔ),建立了考慮啟動(dòng)壓力梯度的低滲透油藏的滲流模型[14-15]:

(1)

2 低滲透滲流模型改造

低滲透油藏微可壓縮流體的密度一般表征為壓力的函數(shù),因此可將式(1)左端的第一項(xiàng)做微分展開(kāi):

ρm

(2)

其中密度關(guān)于壓力的函數(shù)通過(guò)流體壓縮系數(shù)Cm的定義推導(dǎo)而得[16]：

(3)

式中:V為體積,cm3。

微可壓縮流體的Cm作常量處理,由式(3)得到：

(4)

從而得到流體密度關(guān)于壓力的函數(shù)表達(dá)式如下:

(5)

將式(5)代入到微分展開(kāi)式(2)中,整理可得:

(6)

ρmp+qm

(7)

3 模型精確度驗(yàn)證

在改造后的低滲透油藏滲流模型原理基礎(chǔ)上,利用Visual Basic軟件開(kāi)發(fā)出了相應(yīng)的低滲透油藏滲流數(shù)值模擬器[16-22],該模擬器可用于實(shí)際低滲透油藏?cái)?shù)值模擬研究，見(jiàn)圖1。

在儲(chǔ)層、流體條件及工作制度相同的情況下,應(yīng)用商業(yè)軟件Eclipse與所開(kāi)發(fā)的低滲透油藏?cái)?shù)值模擬器進(jìn)行單井開(kāi)發(fā)單元數(shù)值模擬對(duì)比分析,完成模型器精確度驗(yàn)證,具體的儲(chǔ)層和流體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1～2。生產(chǎn)制度規(guī)定如下:定產(chǎn)油量生產(chǎn),日產(chǎn)油量為10 t/d,當(dāng)井底壓力降到2 MPa時(shí),改變生產(chǎn)制度,轉(zhuǎn)為定井底壓力生產(chǎn)。

圖1 低滲透油藏?cái)?shù)值模擬器

表1 研究區(qū)儲(chǔ)層數(shù)據(jù)

儲(chǔ)層厚度/m孔隙度/(%)原始地層壓/MPa初始含水飽和度/(%)平均滲透率/μm2152614.7300.005

表2 研究區(qū)流體數(shù)據(jù)

油密度/(g·cm-3)水密度/(g·cm-3)油黏度/(mPa·s)水黏度/(mPa·s)油壓縮系數(shù)/MPa-1水壓縮系數(shù)/MPa-10.7812.60.69.4×10-42.3×10-4

圖2 日產(chǎn)油量模擬對(duì)比圖

圖3 井底壓力預(yù)測(cè)對(duì)比圖

對(duì)比模擬結(jié)果表明,應(yīng)用低滲透模擬器模擬出的單井井底壓力、日產(chǎn)油量變化趨勢(shì)和Eclipse軟件模擬出的結(jié)果吻合度很高,表明應(yīng)用該模擬器進(jìn)行油藏?cái)?shù)值模擬具有較高的精確度，見(jiàn)圖2～3。

4 模型應(yīng)用

應(yīng)用該數(shù)值模擬器對(duì)新疆吐哈溫米油田米登區(qū)塊年產(chǎn)油量進(jìn)行歷史擬合,米登區(qū)塊在1993年對(duì)中侏羅統(tǒng)三間房組開(kāi)始投產(chǎn),儲(chǔ)層物性以低孔低滲為主,目前尚未采取大規(guī)模注水措施,屬于低滲透天然能量衰竭式開(kāi)發(fā)模式。通過(guò)收集區(qū)塊內(nèi)幾十口生產(chǎn)井的儲(chǔ)層、流體參數(shù),綜合分析得出整個(gè)區(qū)塊的擬啟動(dòng)壓力梯度約為0.053 MPa/m。應(yīng)用研發(fā)的低滲數(shù)值模擬器,采用外邊界封閉,內(nèi)邊界定壓的生產(chǎn)制度,完成溫米區(qū)塊1995年到2010年年產(chǎn)量的歷史擬合。分析歷史擬合結(jié)果表明,考慮啟動(dòng)壓力梯度影響的擬合結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)歷史吻合程度更高,能夠更加準(zhǔn)確地反映油田的實(shí)際生產(chǎn)情況,特別是油田生產(chǎn)中后期,誤差達(dá)到萬(wàn)噸以上，見(jiàn)圖4。這主要是由于隨著流體的不斷采出,油田生產(chǎn)后期地層能量供給不足,對(duì)原油驅(qū)替能力下降,克服啟動(dòng)壓力的難度更大,此外油田生產(chǎn)中后期孔隙水鎖現(xiàn)象嚴(yán)重,也加大了原油驅(qū)替的難度,最終導(dǎo)致產(chǎn)量下降更加明顯,因此油田后期生產(chǎn)階段要重視啟動(dòng)壓力梯度對(duì)油田生產(chǎn)的影響,及時(shí)調(diào)整油田生產(chǎn)工作制度,加大注水開(kāi)采力度,補(bǔ)充地層能量,盡可能地消除啟動(dòng)壓力梯度對(duì)油田生產(chǎn)的影響。

圖4 米登區(qū)塊年產(chǎn)量歷史擬合

5 結(jié)論

1)本文分析了低滲透油藏?cái)?shù)值模擬中啟動(dòng)壓力梯度的研究難點(diǎn),以低滲透滲流機(jī)理為研究基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)了對(duì)低滲透油藏滲流模型的改造,使啟動(dòng)壓力梯度的影響在數(shù)值模擬過(guò)程中得到更加充分的體現(xiàn),在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的低滲透數(shù)值模擬器。

2)通過(guò)對(duì)數(shù)值模擬器進(jìn)行精確度驗(yàn)證和實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用,表明啟動(dòng)壓力梯度對(duì)低滲透油藏生產(chǎn)動(dòng)態(tài)影響非常顯著,在油田生產(chǎn)中后期尤為明顯。因此在進(jìn)行生產(chǎn)動(dòng)態(tài)方案預(yù)測(cè)時(shí)需充分考慮啟動(dòng)壓力梯度的影響,并及時(shí)調(diào)整油田生產(chǎn)工作制度,加大注水開(kāi)采力度,補(bǔ)充地層能量,盡可能地消除啟動(dòng)壓力梯度對(duì)油田生產(chǎn)的影響。

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2016-05-05

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)(2011 ZX 05009-006)；國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目(SS 2013 AA 061001)

劉 剛(1985-)，男，河北保定人，工程師，碩士，主要從事低滲透油藏?cái)?shù)值模擬和非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的研究。

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.04.010