姜瑞忠，喬杰

(中國(guó)石油大學(xué)(華東) 石油工程學(xué)院，山東 青島 266555)

孫輝

(中國(guó)石油大學(xué)(華東) 計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院，山東 青島 266555)

彭國(guó)強(qiáng)

(中國(guó)石油大學(xué)(華東) 石油工程學(xué)院，山東 青島 266555)

陳冠中，林春陽(yáng)，李強(qiáng)

(海洋石油高效開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；中海油研究總院，北京 100028)

由于在實(shí)際生產(chǎn)中，低滲透層存在啟動(dòng)壓力梯度，但是，目前大多數(shù)較為成熟的商業(yè)軟件在針對(duì)嚴(yán)重非均質(zhì)地層的模擬過程中，都是基于達(dá)西定律研制開發(fā)的[1]；加之在多小層的產(chǎn)量劈分上，現(xiàn)場(chǎng)在沒有產(chǎn)液剖面測(cè)試資料的情況下，常用的方法按照地層系數(shù)(即滲透率與厚度之積)進(jìn)行。而海上油田，往往會(huì)通過產(chǎn)液量大幅度改變來達(dá)到一定的開發(fā)目的。因此，在商業(yè)化軟件中，必定會(huì)導(dǎo)致歷史擬合工作很難進(jìn)行下去。為此，筆者將討論如何在Eclispe軟件中解決非均質(zhì)儲(chǔ)層產(chǎn)液量大幅度變化引起的歷史擬合困難問題。

1 非均質(zhì)儲(chǔ)層中的非線性滲流模型研究現(xiàn)狀

圖1 低滲透儲(chǔ)層壓力梯度與流體速度示意圖

隨著海上區(qū)塊實(shí)際生產(chǎn)過程中的非均質(zhì)問題的日益突出，越來越多的研究學(xué)者[2～8]開始注意非均質(zhì)儲(chǔ)層開發(fā)過程中的非線性滲流問題。在非均質(zhì)的多孔介質(zhì)中，低滲透層發(fā)生的流動(dòng)往往為非線性流動(dòng)。壓力梯度與流體速度的關(guān)系如圖1所示。

由于商業(yè)軟件Eclispe中的基本流動(dòng)理論都是基于達(dá)西定律研制開發(fā)的，所以針對(duì)這種流動(dòng)，往往是很難實(shí)現(xiàn)的。即使能實(shí)現(xiàn)，也是采用了一種近似處理的方法，設(shè)置“門限壓力”。其原理就是將儲(chǔ)層設(shè)置n個(gè)平衡分區(qū)，然后運(yùn)用關(guān)鍵字“THPRES”設(shè)置每一個(gè)平衡分區(qū)與相鄰平衡分區(qū)之間的門限壓力，如果將這種方法應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際模型，不僅繁瑣而且難度較大。

2 提液/降液生產(chǎn)提高采收率機(jī)理

在實(shí)際的非均質(zhì)儲(chǔ)層的開發(fā)生產(chǎn)過程中，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常會(huì)采用提液或者換小泵降低產(chǎn)液量生產(chǎn)，以求達(dá)到提高采收率的目的[9～14]。

提液生產(chǎn)能提高采收率的機(jī)理是：在縱向上非均質(zhì)嚴(yán)重的儲(chǔ)層中，開發(fā)初期的低滲透層由于啟動(dòng)壓力的存在，并不會(huì)真正的投入生產(chǎn)。當(dāng)進(jìn)行提液操作之后，產(chǎn)液量的大幅度上升必會(huì)導(dǎo)致井底壓力的迅速下降，當(dāng)?shù)蜐B層位內(nèi)部的地層壓力p0與井底流壓的差值大于啟動(dòng)壓力的時(shí)候，低滲層位便開始有流體產(chǎn)出，達(dá)到了動(dòng)用低滲儲(chǔ)層、提高采收率的目的(圖2)。

換小泵生產(chǎn)，其主要機(jī)理是在實(shí)際的儲(chǔ)層生產(chǎn)中，存在低滲透層開發(fā)效果變差、含水率升高、高滲透層并沒有完全動(dòng)用的現(xiàn)象。當(dāng)該現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)就會(huì)采用換小泵生產(chǎn)，降低產(chǎn)液速率。其機(jī)理在于，當(dāng)降液生產(chǎn)的時(shí)候，產(chǎn)油井的井底流壓迅速提高，低滲透層的生產(chǎn)壓差變小，當(dāng)生產(chǎn)壓差低于該低滲透層的啟動(dòng)壓力梯度時(shí)，低滲透層便會(huì)停止生產(chǎn)，達(dá)到降低含水率的目的(圖3)。

圖2 提液生產(chǎn)提高采收率機(jī)理

圖3 降液生產(chǎn)改善開采效果機(jī)理

3 等效模擬方法

在進(jìn)行相關(guān)操作之前，首先需要對(duì)實(shí)際的地質(zhì)模型和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)進(jìn)行仔細(xì)的分析與研究，在該基礎(chǔ)上，運(yùn)用Eclispe中的WPIMULT關(guān)鍵字[15,16]，對(duì)每一個(gè)射孔層位進(jìn)行設(shè)置。

3.1 WPIMULT描述

WPIMULT的主要作用是在模型內(nèi)部可以分別針對(duì)某一層的傳導(dǎo)率乘積因子進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)設(shè)置的乘積因子大于1的時(shí)候，表示該小層的滲流效果變好；反之，當(dāng)乘積因子小于1時(shí)，則表示該小層的滲流效果變差。運(yùn)用WPIMULT的這一特殊功能，可以在一定程度上模擬出因?yàn)樘嵋荷a(chǎn)或者降液生產(chǎn)帶來的低滲透層、高滲透層的滲流效果變化情況。

3.2 產(chǎn)液量變化設(shè)置描述

在實(shí)際生產(chǎn)過程中進(jìn)行提液操作時(shí)，會(huì)導(dǎo)致井底流壓迅速下降，生產(chǎn)壓差變大，當(dāng)生產(chǎn)壓差大于啟動(dòng)壓力時(shí)，低滲透儲(chǔ)層開始有流體產(chǎn)出，有效地動(dòng)用了低滲透儲(chǔ)層中的油層。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中進(jìn)行降液生產(chǎn)時(shí)，井底流壓瞬間增大，生產(chǎn)壓差變小，當(dāng)生產(chǎn)壓差小于啟動(dòng)壓力時(shí),低滲透層便會(huì)停止生產(chǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)這往往是為了解除由于低滲層的不良生產(chǎn)情況導(dǎo)致的含水率過高的問題。

3.3 WPIMULT的優(yōu)勢(shì)對(duì)比

在一般的概念模型中，根據(jù)生產(chǎn)機(jī)理，經(jīng)常還可以用WELOPEN關(guān)鍵字設(shè)置某一小層和某幾小層的開、關(guān)情況，這在機(jī)理上完全可以[17，18]。但是，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際模型當(dāng)中，有兩方面因素限制了該關(guān)鍵字的應(yīng)用：其一，由于地質(zhì)模型內(nèi)部的網(wǎng)格劃分和隨機(jī)建模的原因，某一油層內(nèi)部可能既包含高滲透層，又包含低滲透層，因此，并不能僅僅用WELOPEN將這一層關(guān)閉，而當(dāng)采用這個(gè)WPIMULT時(shí)，就完全可以設(shè)置一個(gè)介于0～1之間的乘積因子，來達(dá)到完全模擬的效果；其二，在進(jìn)行降液生產(chǎn)時(shí)，可能存在高滲透層的產(chǎn)能提高現(xiàn)象，而僅僅采用WELOPEN，并不能將該效果體現(xiàn)出來。

4 應(yīng)用實(shí)例分析

以渤海SZ36-1油田中的J02井為例。該油田分布廣，埋藏淺，層系多，油層厚，縱向上呈現(xiàn)嚴(yán)重的非均質(zhì)特性。J02井為一口后期轉(zhuǎn)注井，射開層位為23、24、26、27、29、30、34、36小層。

圖4為該油井的生產(chǎn)歷史曲線。在2005～2006年之間，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了換小泵大幅度降液生產(chǎn)操作。顯然，含水率開始下降明顯，而2006年以后，又開始了大幅度提液生產(chǎn)操作。

圖4 目標(biāo)井J02井含水率、產(chǎn)液量變化曲線

以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)模型為基礎(chǔ)，采用Eclispe軟件對(duì)該區(qū)塊進(jìn)行模擬，針對(duì)J02井的含水率變化擬合曲線見圖5。

很明顯，當(dāng)不進(jìn)行任何設(shè)置的時(shí)候，J02井在2005～2006年的時(shí)候，含水率擬合出現(xiàn)很大偏差，整體呈偏高趨勢(shì)。并且在2005年之后，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行提液生產(chǎn)的時(shí)候，含水率與實(shí)際又出現(xiàn)了整體偏低的現(xiàn)象。這充分說明，在商業(yè)軟件Eclispe中，針對(duì)嚴(yán)重非均質(zhì)儲(chǔ)層，提液/降液生產(chǎn)時(shí)，模型內(nèi)部并不會(huì)根據(jù)提液/降液機(jī)理進(jìn)行分析計(jì)算，忽略了低滲透層的啟動(dòng)壓力問題，導(dǎo)致含水率擬合出現(xiàn)很大偏差。

根據(jù)儲(chǔ)層的沉積構(gòu)造和儲(chǔ)層特性，得到該井附近的儲(chǔ)層29、30小層滲透率特別高,其余小層滲透率很低的情況，滲透率級(jí)差大于40。根據(jù)先前的機(jī)理研究，當(dāng)進(jìn)行降液生產(chǎn)時(shí)，則在降液生產(chǎn)的時(shí)間段，針對(duì)除高滲透層每一個(gè)射孔層位，采用WPIMULT設(shè)置，乘積因子設(shè)置為0.7，此處的0.7為經(jīng)驗(yàn)值，可以根據(jù)實(shí)際的含水率變化情況和小層產(chǎn)液結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整；針對(duì)29、30小層，采用WPIMULT設(shè)置乘積因子為4.0，此處4.0依舊為經(jīng)驗(yàn)值，可以根據(jù)實(shí)際的含水率變化情況和小層產(chǎn)液結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

調(diào)整之后的含水率變化曲線見圖6。從圖6中可以看出，修改之后的歷史擬合效果變得很好，這也進(jìn)一步驗(yàn)證了上述機(jī)理的準(zhǔn)確性和Eclispe中的WPIMULT關(guān)鍵字在處理現(xiàn)場(chǎng)提液和降液生產(chǎn)方面的優(yōu)越性。

圖5 目標(biāo)井J02井初期歷史擬合含水率變化曲線

5 結(jié)論

給出了如何運(yùn)用商業(yè)軟件Eclispe中的WPIMULT關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)提液、降液生產(chǎn)過程中帶來的含水率擬合困難的解決方法，并從機(jī)理分析入手，采用現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了該方法的優(yōu)越性闡述。結(jié)果表明，采用該方法可以有效地模擬出非均質(zhì)儲(chǔ)層大幅度提液、降液生產(chǎn)帶來的擬合困難問題，對(duì)研究指導(dǎo)具有重要意義。

[1]王公昌, 李林凱, 王平, 等. 啟動(dòng)壓力在數(shù)值模擬軟件中等效模擬的新方法[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程, 2012, 12(1):165～167.

[2]黃延章. 低滲透油層非線性滲流特征[J]. 特種油氣藏, 1997, 4(1):9～14.

[3]李洋, 雷群, 劉先貴,等. 微尺度下的非線性滲流特征[J]. 石油勘探與開發(fā), 2011, 38(3):336～340.

[4]王恩志, 韓小妹, 黃遠(yuǎn)智. 低滲巖石非線性滲流機(jī)理討論[J]. 巖土力學(xué), 2003,(S2):120～124.

[5]劉建軍, 劉先貴, 胡雅衽. 低滲透巖石非線性滲流規(guī)律研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2003, 22(04):556～561.

[6]時(shí)宇, 楊正明, 黃延章. 低滲透儲(chǔ)層非線性滲流模型研究[J]. 石油學(xué)報(bào), 2009, 30(5):731～734.

[7]李宗翔, 孟憲臣, 紀(jì)傳仁. 冒落非均質(zhì)平面流場(chǎng)非達(dá)西滲流新迭代算法[J]. 力學(xué)與實(shí)踐, 2007, 29(2):28～30.

[8]于春生, 楊曉培, 蘇娜,等. 網(wǎng)絡(luò)模型在非線性滲流模擬中的應(yīng)用[J]. 重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2012, 14(6):88～92.

[9]馮其紅, 王守磊, 白軍偉, 等. 層間非均質(zhì)油藏提液效果數(shù)值模擬[J]. 油氣地質(zhì)與采收率, 2013, 20(3):49～52.

[10]張超. 水驅(qū)油藏提液提高采收率理論分析與實(shí)例[J]. 科技信息, 2012,(32):395～396.

[11]王濤. 響應(yīng)曲面法在油藏提液效果影響因素研究中的應(yīng)用[J]. 重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2015, 17(3):67～70.

[12]張超, 鄭川江, 肖武, 等. 特高含水期提液效果影響因素及提高采收率機(jī)理——以勝坨二區(qū)沙二段74-81單元為例[J]. 油氣地質(zhì)與采收率, 2013, 20(5):88～91.

[13]楊浩, 楊進(jìn), 周長(zhǎng)所, 等. 生產(chǎn)壓差對(duì)稠油儲(chǔ)層產(chǎn)量的影響[J]. 石油鉆采工藝, 2008, 30(3):63～65.

[14]趙建勇. 勝坨油田產(chǎn)液規(guī)模調(diào)整技術(shù)經(jīng)濟(jì)界限研究[D].東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)(華東), 2012.

[15]朱焱, 謝進(jìn)莊, 楊為華, 等. 提高油藏?cái)?shù)值模擬歷史擬合精度的方法[J]. 石油勘探與開發(fā), 2008, 35(2):225～229.

[16]陳兆芳, 張建榮, 陳月明, 等. 油藏?cái)?shù)值模擬自動(dòng)歷史擬合方法研究及應(yīng)用[J]. 石油勘探與開發(fā), 2003, 30(4):82～84.

[17]Burgoyne M W, Little A J H. From high perm oil to tight gas-a practical approach to model hydraulically fractured well performance in coarse grid reservoir simulators[J].SPE156610-MS,2012.

[18]Kuzevanov M A, Buchinskiy S V, Glumov D N,et al. Building of a multiple layer oil and gas condensate field integrated simulation model (Russian)[J].SPE171255-RU,2014.