李 科

剩余油研究及開發(fā)技術政策

李 科

（西安石油大學，陜西 西安 710065）

目前，剩余油的開采已經(jīng)成為油田提高產(chǎn)能的重要部分。針對目前剩余油的研究現(xiàn)狀以及影響因素，通過油藏數(shù)值模擬方法，提出了對合理的注采比、合理的采油速度、合理的井底流動壓力、合理的地層壓力保持水平等開發(fā)技術政策的調(diào)整，達到剩余油開采提高采收率的目的。

剩余油；數(shù)值模擬；開發(fā)技術政策

1 剩余油研究

1.1 研究現(xiàn)狀

剩余油是指在經(jīng)歷了各種不同的生產(chǎn)方式或開發(fā)階段后，仍保留在不同地質(zhì)環(huán)境中的油藏中的原油，即剩余油[1]。對于精細油藏描述而言，最重要的目標之一就是量化剩余油在空間上的分布特征。截至目前， 研究剩余油的方法多種多樣， 其中主要包括地質(zhì)法、油藏工程法、試井及數(shù)值模擬法、室內(nèi)實驗技術等多種。不同的研究者根據(jù)研究目標的差異和資料掌握狀況，選擇不同的剩余油表征方法。剩余油研究的基本問題是確定單井單層剩余油飽和度，尤其是開發(fā)中后期的檢查井是觀察和檢驗層內(nèi)剩余油分布最直接手段，而飽和度測井技術則是礦場確定剩余油飽和度的主要手段。

中國油田基本上屬于陸相儲集層，非均質(zhì)性嚴重，原油黏度偏高，注水開發(fā)效率較低，提高采收率有很大的潛力。特別是在高含水后期，油藏剩余油呈“整體高度分散，局部相對富集”的格局[2]。而隨著油田開發(fā)工作的不斷進展，油藏中的油水關系更加復雜，剩余油在油藏中的分布特征也復雜化，這也一定程度上增大了剩余油表征的規(guī)模、剩余油形成與分布及沉積相影響。對于剩余油的研究，國內(nèi)外眾多學者均開展過相關研究。其中包括剩余油飽和度的確定方法、剩余油采收率和為高含水期剩余油挖潛工作提供依據(jù)。

關于剩余油的研究進展，其內(nèi)容從最初的剩余油的分類、分布特征描述、分布模式總結(jié)，到現(xiàn)在的剩余油空間發(fā)育特征定量預測，研究的定量化水平不斷提高[3]。研究方法也從最初的開發(fā)地質(zhì)學方法、測井解釋方法等向密閉取心井的分析測試、物理模擬、數(shù)理統(tǒng)計分析、數(shù)值模擬方法等方向發(fā)展。剩余油描述對象也從水驅(qū)后剩余油描述逐漸向聚合物驅(qū)和氣驅(qū)后剩余油特征描述轉(zhuǎn)變。微觀剩余油描述研究的力度逐漸加大，而宏觀剩余油描述逐漸降溫。同時高分辨率層序地層學、儲層非均質(zhì)性研究、流動單元研究等也被應用到剩余油研究中來，在提高剩余油成因研究水平同時也進一步提高了研究的精度。而且研究目標也由以往重點關注宏觀剩余油分布，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯钊胙芯课⒂^剩余油的分布特征。

1.2 研究內(nèi)容

由于剩余油研究主要集中在油田開發(fā)中后期階段，因此既要考慮儲層因素，又要考慮油田在開發(fā)過程中的影響，涉及的內(nèi)容繁多。從中分析出剩余油研究的重點內(nèi)容，為精細油藏描述中剩余油表征提供參考。關于剩余油的研究主要包括：（1）對儲層中的剩余油進行分類和分布規(guī)律的描述。（2）描述剩余油的形成與分布規(guī)律，并分析其控制因素。（3）利用試井、地震、測井解釋、數(shù)值模擬等方法對剩余油進行描述。（4）在剩余油的研究中各學科的應用，如層序地層學，儲層構型，非均質(zhì)性等。（5）預測儲層中剩余油的分布特征。（6）描述三次采油后剩余油的分布特征。

1.3 分布影響因素

1.3.1 地質(zhì)因素

研究發(fā)現(xiàn)剩余油分布的主要地質(zhì)因素有： 1）空間砂體的幾何分布。剩余油的形成和分布受砂體的起伏形態(tài)和儲層結(jié)構的控制，這將影響油井的生產(chǎn)能力。2）由于儲層中不同微相的物性不同，影響了剩余油分布和油井的產(chǎn)能。3）由于砂體內(nèi)部結(jié)構的不同，會形成不同的殘留油聚積區(qū)，例如正韻律油藏的頂部，反韻律油藏的底部和復合韻律層的垂直向上，殘留油的聚積容易形成。

1.3.2 開發(fā)因素

1）對于整個開采區(qū)塊來說，由于層系不同，當采用同一個井網(wǎng)時，會發(fā)生層位井網(wǎng)的不均勻，部分油藏儲層中分布有井網(wǎng)，部分油藏儲層中無分布井網(wǎng)，從而在無井網(wǎng)分布的油藏儲層中形成剩余油。2）當油田開采時采用多層開采的方式，由于開采區(qū)域各地層滲透率的差異，會造成底層各段啟動壓差的不同，若在開采過程中采用相同的啟動壓差，在低滲透油層段則會出現(xiàn)原油無法流動的現(xiàn)象，從而形成剩余油。3）油田進行分層開采時，由于各層的滲透率有所差異，導致吸水能力也有差異，這就要求在進行注水層的選擇時，要考慮到沉積微相展布所帶來的影響，處理好兩者之間的配置關系。4）當油藏開采一段時間之后，地層壓力會有所下降，導致地層中的剩余油無法開采出來，這就需要我們通過注水井注水增壓的方式來平衡地層壓力，保持油田的穩(wěn)定生產(chǎn)。

1.4 研究方法

當油田進入開發(fā)中后期，油田的產(chǎn)能下降，為了能夠提高產(chǎn)能，為了能夠更好地利用資源，提高經(jīng)濟效益，剩余油的研究成為關鍵。而剩余油研究主要是掌握剩余油在儲層空間中的分布情況。截至目前，剩余油研究的主要方法有地質(zhì)方法、油藏工程方法、試井方法、油藏數(shù)值模擬方法、室內(nèi)試驗法等。而在剩余油研究中，油藏數(shù)值模擬方法應用的最為廣泛，相對于其他的研究方法，油藏數(shù)值模擬方法操作較為簡單，節(jié)省資源等具有多重優(yōu)勢，該方法最大的優(yōu)點在于能夠?qū)κＳ嘤偷姆植继卣骱托纬蓹C制進行定量表征。

2 油藏數(shù)值模擬

油藏數(shù)值模擬方法基于滲流力學，數(shù)學和物理方程以及計算方法，結(jié)合了油藏地質(zhì)學和油藏工程原理，并利用計算機研究了地層中各種流體的滲流規(guī)律，原油的復雜驅(qū)油機理和機理，剩余油的分布，從而模擬整個油藏開發(fā)過程[4]。在油田生產(chǎn)項目中，評估開發(fā)計劃的風險并使其最小化對于選擇油田開發(fā)計劃非常重要。因此在面對開發(fā)計劃中風險時，需要選擇合適并且可靠的數(shù)據(jù)資料，正確優(yōu)異的模型建立方法也是十分重要的，能夠真實地反映出油藏的實際情況，準確預測油藏的生產(chǎn)特征動態(tài)。該方法利用油藏數(shù)值模擬的基本原理和方法，通過掌握整個油田的開發(fā)動態(tài)，總結(jié)不同開發(fā)階段的特點，結(jié)合油藏數(shù)值模擬的分析，分析工區(qū)的開發(fā)動態(tài)和開發(fā)過程中的各種動態(tài)油田開發(fā)效果的影響因素，識別了工區(qū)內(nèi)油水流動關系、注水驅(qū)替情況和地層剩余油分布情況。該方法可以再現(xiàn)油田開發(fā)的實際過程，并預測地下儲層的動態(tài)變化。并且，該方法在油田得到了廣泛的應用，解決了相應的實際問題[5]。

數(shù)值模擬方法一般按照以下所示的步驟進行：

2.1 擬定油藏模擬的目標

在實際的油藏研究中使用數(shù)值模擬方法進行研究時，第一是要明確該研究的目的和想要獲得的主要的技術指標，隨之確定油藏模型各方面情況所需的全部資源，后期包括歷史擬合及預測情況也就確定。

2.2 基礎資料的準備

因為模擬研究所需的數(shù)據(jù)來源不同，因此應先對數(shù)據(jù)進行分析，再根據(jù)油藏開發(fā)過程，首先建立油藏的概念模型，然后建立油藏的靜態(tài)模型，最后建立油藏的動態(tài)模型。

2.3 建立油藏模擬模型

數(shù)值模擬的基礎工作主要包括模型的選擇和建立，這是數(shù)值模擬成敗的關鍵。 首先，確定要模擬的區(qū)域。 獲得上述基本數(shù)據(jù)后，對收集到的數(shù)據(jù)的完整性，可靠性，準確性和代表性進行分析研究。 在建模過程中，篩選出能夠真實反映油藏特征的可靠數(shù)據(jù)進行模擬。 在模型建立過程中，由于受限于計算機處理能力的限制，需要對精細地質(zhì)模型實現(xiàn)網(wǎng)格上的粗化來達到減少模型的網(wǎng)格數(shù)的目的，具體包括對某些儲層參數(shù)、流體參數(shù)等進行粗化，例如孔隙度、滲透率、飽和度、深度等參數(shù)，使用加權平均法或者流量計算等方法進行粗化。但總體的目標還是要使模型能夠系統(tǒng)反映出油藏區(qū)塊的地質(zhì)特征。在建立油藏模擬模型時，還應充分考慮油藏的地質(zhì)和動態(tài)特征。為了滿足未來性能預測的要求，有必要考慮油藏歷史擬合和油藏開發(fā)調(diào)整的需要。

2.4 歷史擬合

對于數(shù)值模擬研究，歷史擬合部分是一個十分重要的環(huán)節(jié)，它整個基本上是一個確認模型的過程。通過模擬儲層的性能并與其歷史數(shù)據(jù)進行比較，并且及時調(diào)整輸入?yún)?shù)，使差異達到最小化，提高擬合程度，如此重復，最后通過靜態(tài)數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)，使模型在一定程度上能夠代表區(qū)塊油藏的真實狀態(tài)[6]。

油藏的動態(tài)特征受許多因素影響，因此歷史擬合是一項非常困難和復雜的工作。油藏的歷史擬合過程主要是適應儲量，壓力和含水量。通過歷史擬合研究，對儲集層的各種地質(zhì)參數(shù)進行修正，使儲集層地質(zhì)模型能夠客觀，真實地反映儲集層的地質(zhì)特征和開發(fā)性能，從而提高方案預測結(jié)果的準確性和可靠性。

模型的歷史擬合一般分為以下步驟： 1）將地質(zhì)模型形成的數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為數(shù)字建模軟件可以使用的數(shù)據(jù)文件；2）以日產(chǎn)量和日產(chǎn)時間作為控制因素，整理歷史生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)資料和單井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)資料，共同形成模型運行所需要的歷史數(shù)據(jù)。3）檢驗模型進行歷史擬合后的結(jié)果，并與歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行比較，檢驗歷史擬合的完成度。4）根據(jù)擬合后的結(jié)果和歷史數(shù)據(jù)的對比，對模型的參數(shù)進行合理的調(diào)整，再重新進行擬合，如此重復，直到滿足歷史擬合所需的要求。整個歷史擬合過程可以大致分為兩個步驟：首先，將整個區(qū)域壓力擬合至單井壓力，然后擬合飽和度（整個區(qū)域和單個井的含水率）。

2.5 油藏動態(tài)預測

油藏動態(tài)監(jiān)測主要是針對油田在不同的開發(fā)階段，有著不同動態(tài)預測的需求，這一部分解決了油田開發(fā)過程中所出現(xiàn)的油藏工程問題和經(jīng)濟分析問題，而由于開發(fā)層位的不同、井網(wǎng)密度的不同和注采系統(tǒng)的不同都會對油田的開發(fā)效果產(chǎn)生不同的影響，因此通過油藏的動態(tài)監(jiān)測，對油田現(xiàn)有的開發(fā)方案進行調(diào)整優(yōu)化，采用不同區(qū)塊不同調(diào)整的方法選擇最適合的開發(fā)設計方案，使油田的經(jīng)濟效益得到最大化。

3 開發(fā)技術政策優(yōu)化

3.1 合理注采比

注采比是表征油田注水開發(fā)過程中注采平衡的綜合指標，反映了產(chǎn)液量，注水量與地層壓力之間的關系，是規(guī)劃設計油田注水的重要依據(jù)[7]。當油田進入開發(fā)的中后期，穩(wěn)產(chǎn)的難度越來越大，合理的注水開采方案成為提高油田開發(fā)效率的難題，如何做到油水穩(wěn)定，尋找合理的注采比成為問題中的關鍵，合理的注采比能使油田保持一定的地層壓力，具有優(yōu)秀的產(chǎn)液、產(chǎn)油能力，減少了不必要的消耗，從而提高了原油的采收率。到目前為止，關于注采比的確定，油田開發(fā)過程中主要有油藏工程方法、壓力恢復速度法、經(jīng)驗公式法、注采平衡法、礦場統(tǒng)計法、數(shù)值模擬法等。根據(jù)不同的油田類型，應該選取合適的注采比確定方法。

3.2 合理采油速度

采油速度是衡量油田開發(fā)速度的一個重要指標，石油企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的主要目標是最大限度地提高經(jīng)濟效益，保持石油產(chǎn)量穩(wěn)定增長。因此對于石油企業(yè)而言，在油田開發(fā)的中前期，油田處于穩(wěn)產(chǎn)階段內(nèi)，采油速度是非常重要的。合理的采油速度不僅可以充分發(fā)揮生產(chǎn)井的采油能力和注水井的注水能力，而且可以使注采井網(wǎng)的格局合理化，優(yōu)化注入生產(chǎn)系統(tǒng)，從而達到經(jīng)濟效益最大化的目的。因此根據(jù)油田的實際開采狀況，確定合理的采油速度對油田的整個發(fā)展是十分重要的[8]。目前為止，關于采油速度的確定，油田開發(fā)過程中主要有綜合研究法、流動系數(shù)法、礦場統(tǒng)計法、數(shù)值模擬法等有效確定合理采油速度的方法。

3.3 合理井底流壓

流動壓力與油井產(chǎn)量和正常產(chǎn)量直接相關。 在一定的生產(chǎn)階段，儲層壓力穩(wěn)定在一定的值。 如果要穩(wěn)定生產(chǎn)或增加產(chǎn)量，必須將流動壓力保持在穩(wěn)定值。 當流動壓力與飽和壓力相比太低時，由于脫氣，井附近會出現(xiàn)三相滲流，油相滲透率會降低，采油指數(shù)會降低，原油黏度的增加油流更困難[9]。因此，確定合理的井底流壓可以有效地解決上述問題，從而提高采收率。目前為止，關于井底流壓的確定，油田開發(fā)過程中主要有三種：一是經(jīng)驗公式法；二是流入動態(tài)曲線法；三是數(shù)值模擬法。

3.4 合理地層壓力保持水平

研究表明，地層壓力過低會導致生產(chǎn)井的生產(chǎn)壓力差減小，儲層的滲流能力下降，水驅(qū)開發(fā)效果惡化。如果地層壓力過高，則應增加注入壓力，這將加速套管破壞速度，降低開發(fā)的經(jīng)濟效益。因此確定合理地層壓力在油藏開發(fā)過程中有重要的實際意義?，F(xiàn)有確定合理地層壓力的方法主要有合理注采井數(shù)比法，靜水柱壓力法，礦場統(tǒng)計法。對于不同的油藏類型和開發(fā)階段，將選擇不同的最優(yōu)確定方法，因此在確定地層壓力的同時應選取適合油藏開發(fā)現(xiàn)狀的方法。

4 結(jié)束語

剩余油的開采是提高油田開發(fā)中后期石油產(chǎn)量的重要組成部分。 隨著我國大部分油田進入開發(fā)的中后期，部分油田進入中高含水階段，油藏的原油儲量減少，產(chǎn)量也隨之出現(xiàn)下降趨勢，而為了提高采收率，保持油田的穩(wěn)定生產(chǎn)，需要對油藏中的剩余油進行開采。而通過油藏數(shù)值模型的建立，對油藏進行動態(tài)監(jiān)測，從而制定合理的開發(fā)技術政策是有效的剩余油開采方式，其中包括注采比、采油速度、井底流壓和地層壓力的優(yōu)化調(diào)整，從而制定綜合開發(fā)調(diào)整措施，以提高油田的產(chǎn)量。

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Research and Development Technology Policy of Remaining Oil

（Xi 'an Shiyou University, Xi'an Shaanxi 710065, China）

At present, the extraction of remaining oil has become an important part of oilfields to increase production capacity. Based on the current status of remaining oil research and influencing factors, through reservoir numerical simulation methods, development technology policies were proposed, such as reasonable injection-production ratio, reasonable oil production rate, reasonable bottom-hole flow pressure, and reasonable formation pressure maintenance level. After the adjustment, the goal of increasing the recovery rate of remaining oil extraction was achieved.

Residual oil; Numerical simulation; Production technology policy

2020-09-03

李科（1995-），男，陜西西安人，西安石油大學碩士研究生在讀，研究方向：石油與天然氣工程。E-mail：like0923@foxmail.com。

TE328

A

1004-0935（2021）01-0113-04