李 博，陳雪峰，王正旭，翟文寶，李明印，劉德智，康 健

（中國石油集團工程技術(shù)研究院有限公司，北京102206）

1 研究背景

二氧化碳驅(qū)油已經(jīng)成為現(xiàn)行的高效的常規(guī)方法，作為世界三大（熱采、化學(xué)劑驅(qū)、二氧化碳驅(qū)）提高油藏采收率的方法之一，注二氧化碳改善油藏的驅(qū)油效果在國內(nèi)外已經(jīng)得到了成功的應(yīng)用。與其他采油方式相比，二氧化碳驅(qū)油具有適用范圍大、成本低、無污染、采油率提高顯著等優(yōu)點。作為一種新型采油技術(shù)，二氧化碳驅(qū)油可以使石油采收率高10%~30%，目前國內(nèi)外都在大力發(fā)展二氧化碳驅(qū)油技術(shù)[1-3]。

超臨界二氧化碳技術(shù)是20世紀60年代開始興起，初始是利用二氧化碳具有可以萃取輕質(zhì)原油而對重質(zhì)組分影響小的性質(zhì)，大量應(yīng)用于萃取有機物。正是由于超臨界狀態(tài)這種特殊性質(zhì)，經(jīng)過多年的發(fā)展，開始逐漸應(yīng)用到石油領(lǐng)域[4]。

二氧化碳在溫度大于31.1℃、壓力大于7.38MPa，二氧化碳會呈現(xiàn)出不同于普通狀態(tài)的相，也就是常說的超臨界狀態(tài)。

在超臨界狀態(tài)下，二氧化碳會呈現(xiàn)一種特殊狀態(tài)的形式，既保留了類似液體的性質(zhì)，同時還具有氣體性能；而密度是氣體幾百倍，接近于水的密度，粘度接近于氣體，擴散系數(shù)介于氣體和液體之間，是氣體的1%，但比液體大幾百倍。

二氧化碳是一種有效的驅(qū)油劑，尤其對輕質(zhì)油藏、低滲油藏，效果明顯。超臨界二氧化碳具有氣液兩相性，將超臨界二氧化碳注入到儲層，可以改變原油性質(zhì)，降低原油粘度、消除界面張力、引起原油膨脹等[5-9]。

2 研究區(qū)域地質(zhì)建模

為驗證二氧化碳驅(qū)油效果，建立綏中油田高精度三維地質(zhì)模型，并在模型粗化的基礎(chǔ)上進行油藏數(shù)值模擬研究。

2.1 建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫

本次建模工作準(zhǔn)備了大量細致的基礎(chǔ)工作，在已有的資料中詳細地整理了三維建模所需目的層段的數(shù)據(jù)，本次建模主要以叢式井A系列為主，目的儲層深度為1300~1400m，本次地質(zhì)建模主要針對目的層段的幾何特性（包括小層頂?shù)状股罴翱臻g分布）、巖性屬性和分布、滲透率、含油飽和度等，圍繞砂巖儲層屬性高精度的確定性分析和基于高精度井間預(yù)測技術(shù)進行儲層地質(zhì)建模。為確保了模型的精確度，已經(jīng)處理了大量數(shù)據(jù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括：

（1）井位坐標(biāo)數(shù)據(jù)（wellhead）：主要包括井名（well）、X坐標(biāo)（Xcoordinate）、Y坐標(biāo)（Y coordinate）、測深（md）及補心海拔（kb）；數(shù)據(jù)加載類型為well heads（*.*）。本次建模區(qū)域內(nèi)有16口井，位4×4分布。

（2）井軌跡（井斜）數(shù)據(jù)：主要包括測量深度（Md）、井斜傾角（INCL）及井斜方位角（AZIM）；數(shù)據(jù)加載類型為well path/deviation（ASCII）（*.*）。

（3）測井?dāng)?shù)據(jù)主要包括深度值及曲線值：本次對比所應(yīng)用的測井?dāng)?shù)據(jù)主要有自然伽馬（GR）、聲波時差（AC）以及電阻率（RT）曲線。數(shù)據(jù)加載類型為well logs（ASCII）（*.*）。

（4）井分層數(shù)據(jù)（welltop）：通過目的儲層巖性沉積對研究區(qū)域小層頂?shù)椎膭澐?。主要包括井名（well）、層名（surface）、測深（Md）及層類型（wellpoint）；數(shù)據(jù)加載類型為Petrel well tops（ASCII）（*.*）。

2.2 構(gòu)造模型和屬性模型

構(gòu)造模型就是儲層的三維骨架，直接影響確定性地質(zhì)模型及后期數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。是三維地質(zhì)建?；A(chǔ)，主要是利用井?dāng)?shù)據(jù)和分層數(shù)據(jù)來完成。構(gòu)造模型采取將構(gòu)造圖數(shù)字化，通過3D網(wǎng)格的編輯，最終達到控制儲層，精確儲量的目的。見圖1。

圖1 井眼軌跡

本次研究選取的16口井為4×4正方形，這樣選取有利于井間控制和對井間未知區(qū)域的確定性分析，更為后續(xù)注CO2開發(fā)方案和二氧化碳驅(qū)油數(shù)值模擬提供便利。

儲層屬性模型是在構(gòu)造模型的基礎(chǔ)上，將滲透率、孔隙度、飽和度等儲層物性參數(shù)由數(shù)字化轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢暬?，直觀地反映出地下儲層物性的三維空間展布特征。儲層屬性參數(shù)主要包括滲透率、孔隙度、飽和度等。

2.3 模型粗化

為提高計算機性能，3D建模模型精確度，建立更加精細的網(wǎng)格步長，對原有的模型在進行粗化網(wǎng)格設(shè)置，由原來的網(wǎng)格精度20m×20m粗化為50m×50m。在粗化過程中，確定流體流動方向，保證網(wǎng)格平行于流動方向，確定網(wǎng)格邊界，為儲量計算更加精確結(jié)果，保持網(wǎng)站正交性，減少死網(wǎng)格。

在縱向網(wǎng)格模型粗化時，考慮儲層分布特點及隔夾層分布特征，將原來的網(wǎng)格密度由0.3m粗化為0.6m，縱向網(wǎng)格粗化為9層，滿足數(shù)值模擬的精度和計算要求。

2.4 儲量計算

為了優(yōu)化開采方案，為后續(xù)數(shù)值模擬做準(zhǔn)備，對目的儲層進行儲量計算模擬。根據(jù)模擬結(jié)果，目的層段標(biāo)準(zhǔn)體積為129×106m3，有效體積114×106m3，空隙體積36×106m3，油藏體積36×106m3，孔隙度為0.315。

3 油藏數(shù)值模擬

本次數(shù)值模擬主要是對二氧化碳驅(qū)油過程中相態(tài)參數(shù)研究，目前已對所需油藏參數(shù)進行了綜合整理。在建立油藏三維地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，對所建模型進行物性調(diào)參，通過對開采方案參數(shù)進行設(shè)置，設(shè)計出最有效的開采方案。最后對油藏累積油產(chǎn)量曲線做出了預(yù)測。

二氧化碳驅(qū)油屬于注氣開發(fā)，油藏開采過程及其復(fù)雜，在溫度和壓力的雙重作用下，選擇組分模型可以更好反映油藏開發(fā)過程中流體真實特征，并通過參數(shù)敏感性分析，從而為油藏開采設(shè)定可行方案。

3.1 方案一數(shù)值模擬

由于所建模型網(wǎng)格過多，計算時間過長，對所選模型提取了子模型進行數(shù)值模擬。在原有的目的層段提取的子模型三維井位圖，模型選取了其中五口井為參考井。

3.1.1 開采方案設(shè)置

本次研究，對目的儲層進行敏感性參數(shù)分析，設(shè)計出四套開采方案，并對儲層累積油儲量、單井累積油產(chǎn)量進行計算。

方案一：五口井全部為生產(chǎn)井，統(tǒng)計累積油產(chǎn)量、單井產(chǎn)量、壓降速度等參數(shù)，并計算采收率。

方案二：設(shè)計A15井為注CO2井，其余四口為生產(chǎn)井，模擬開發(fā)方案，統(tǒng)計累積油產(chǎn)量、單井產(chǎn)量、壓降速度等參數(shù)，并計算采收率，與第一套開采方案采收率進行對比。

方案三：設(shè)計A15井為注水井，其余四口為生產(chǎn)井，模擬開發(fā)方案，統(tǒng)計累積油產(chǎn)量二氧化碳驅(qū)進行對比。

3.1.2 方案一相關(guān)參數(shù)設(shè)置

通過相似油藏、查閱有關(guān)文獻對有關(guān)參數(shù)進行設(shè)置。油藏參數(shù)：巖石壓縮系數(shù)2×10-5kPa-1、參考壓力13000kPa、地層表面溫度25℃、溫度系數(shù)3℃/100m、地層壓力系數(shù)1000kPa/100m；生產(chǎn)井設(shè)置：井底流壓3000kPa、產(chǎn)液量100m3/d、時間步長1月、時間步數(shù)60、井筒半徑0.1m。

3.1.3 方案一區(qū)塊數(shù)值模擬結(jié)果

（1）原油儲量。通過模型模擬進行計算，區(qū)塊油藏總體積1.52308×107m3、孔隙體積為4.83242×106m3、有效孔隙4.32161×107m3、原油儲量4.29817×107m3。

（2）區(qū)塊累積油產(chǎn)量。經(jīng)過5年的油藏模擬開采，到2000年達到5.1×105m3，隨著彈性能的耗盡，累積油產(chǎn)量逐漸趨于穩(wěn)定，不再增加，如圖2區(qū)塊累積油產(chǎn)量。經(jīng)過計算區(qū)塊累計油產(chǎn)量達到11.8%。

圖2 區(qū)塊累積油產(chǎn)量

3.2 方案二驅(qū)油數(shù)模模擬

二氧化碳驅(qū)油是一種可行的、高效的、對儲層傷害最小的一種開采方式，經(jīng)過十幾年的技術(shù)發(fā)展，驅(qū)油效果明顯，尤其在低滲和中滲油藏中，可以大幅度提高原油采收率。為此進行二氧化碳驅(qū)油數(shù)值模擬。

3.2.1 方案二數(shù)值模擬參數(shù)設(shè)置

基礎(chǔ)參數(shù)與方案一不變，方案二參數(shù)設(shè)置：生產(chǎn)井參數(shù)設(shè)置：井底流壓3000kPa、產(chǎn)液量100m3/d、時間步長1月、時間步數(shù)158、井筒半徑0.1m、開采年限25年；注入井參數(shù)設(shè)置：臨界深度1400m、注入流體CO2百分數(shù)100%、注入井井筒半徑0.1m、井頭溫度25℃、井底溫度60℃、注入壓力16000kPa。

3.2.2 方案二數(shù)值模擬結(jié)果

如圖3為區(qū)塊25年的累積油產(chǎn)量模擬，到2020年達到9.5×105m3。通過計算，注氣驅(qū)區(qū)塊采收率達到22.10%，區(qū)塊增加產(chǎn)量86.2%。

圖3 二氧化碳驅(qū)油模型區(qū)塊累積油產(chǎn)量

3.3 方案三數(shù)值模擬

為驗證二氧化碳驅(qū)油效果合理性，對目的儲層進行注水驅(qū)油進行對比。注水驅(qū)油是最早的驅(qū)油手段之一，因為技術(shù)簡單方便且價格低廉得到廣泛應(yīng)用。但是因為水驅(qū)的波及系數(shù)低，造成的采收率達不到理想驅(qū)油效果。

本次研究經(jīng)過對水驅(qū)模型進行模擬，得到圖4注水驅(qū)油模型的累積油產(chǎn)量和圖5水驅(qū)模型的單井產(chǎn)量。圖4可以看出，水驅(qū)模塊對儲層進行了25年產(chǎn)量模擬，在注水驅(qū)1995~2005年十年之內(nèi)，儲層產(chǎn)油速率較快，但是在2005~2010年，產(chǎn)油速率下降非?？欤?010年之后，產(chǎn)量幾乎不再增大，達到8.5×105m3。與二氧化碳驅(qū)油相比，產(chǎn)量下降了1×105m3。進一步對圖5單井累計油產(chǎn)量進行分析，以A14井為例經(jīng)過15年開采達到2.25×105m3，遠遠小于二氧化碳驅(qū)油模型中A14井2.75×105m3的產(chǎn)量。

圖4 水驅(qū)模型區(qū)塊累積油產(chǎn)量圖

圖5 水驅(qū)模型單井累積油產(chǎn)量

4 結(jié)論

本次研究主要以綏中油田為研究對象，對目的儲層進行三維地質(zhì)建模及數(shù)值模擬，得出以下結(jié)論：

（1）二氧化碳是一種良好的驅(qū)油劑，當(dāng)二氧化碳在溫度大于31.1℃、壓力大于7.38MPa，二氧化碳會呈現(xiàn)超臨界狀態(tài)。超臨界二氧化碳具有氣液兩相性，即具有液體的密度，又有氣體的擴散系數(shù)。將超臨界二氧化碳注入到儲層，可以改變原油性質(zhì)，降低原油粘度、消除界面張力、引起原油膨脹從而提高原油采收率。

（2）本次研究對綏中36-1油田A區(qū)塊17口井進行了三種開采方案設(shè)計：第1套方案：五口井全部為生產(chǎn)井，模擬開發(fā)方案，統(tǒng)計累積油產(chǎn)量；第2套方案：設(shè)計A15井為注CO2井，其余四口為生產(chǎn)井，模擬開發(fā)方案，統(tǒng)計累積油產(chǎn)量；第3套方案：設(shè)計A15井為注水井，其余四口為生產(chǎn)井，模擬開發(fā)方案，統(tǒng)計累積油產(chǎn)量；通過對數(shù)值模擬結(jié)果分析，得出結(jié)論，與水驅(qū)相比，二氧化碳驅(qū)油可以改變儲層滲流機理，且超臨界二氧化碳具有氣體的性質(zhì)，擴散系數(shù)遠大于水，波及效果越高，從而可以更大地提高原油采收率。