高慧梅 何應(yīng)付 趙淑霞 馬 濤

(中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院)

低滲透油藏CO2驅(qū)氣竄影響因素分析及模糊評(píng)判預(yù)測(cè)*

高慧梅 何應(yīng)付 趙淑霞 馬 濤

(中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院)

采用特征參量法推導(dǎo)了低滲透油藏CO2驅(qū)相似準(zhǔn)則,并分析了影響CO2驅(qū)效果和氣竄的主要因素;在此基礎(chǔ)上,建立了CO2驅(qū)氣竄模糊評(píng)判預(yù)測(cè)模型,并進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用,驗(yàn)證了本文模型的準(zhǔn)確性和有效性。

低滲透油藏;CO2驅(qū);氣竄;相似準(zhǔn)則;模糊評(píng)判

近年來(lái),隨著技術(shù)的進(jìn)步、油價(jià)的攀升及環(huán)境保護(hù)的需要,注CO2提高采收率越來(lái)越受到重視[1-4]。但是由于CO2氣體密度小、粘度小,儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)、天然裂縫發(fā)育,地層壓力低等因素往往導(dǎo)致驅(qū)替過程中過早氣竄,嚴(yán)重影響了CO2驅(qū)替的效果[5-6]。

目前已有的對(duì)CO2驅(qū)氣竄影響因素的分析及氣竄嚴(yán)重程度的評(píng)價(jià)主要是基于CO2驅(qū)實(shí)施后的動(dòng)態(tài)跟蹤[7],該方法雖然較為準(zhǔn)確,但是達(dá)不到預(yù)警及超前治理的目的。本文基于CO2驅(qū)相似準(zhǔn)則,分析了可能影響CO2驅(qū)氣竄的主要因素,進(jìn)而利用模糊評(píng)判方法建立了CO2驅(qū)氣竄預(yù)測(cè)模型,并進(jìn)行了油田實(shí)例驗(yàn)證。

1 CO2驅(qū)相似準(zhǔn)則及影響因素分析

相似準(zhǔn)則[8]對(duì)于如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、如何選擇實(shí)驗(yàn)參數(shù)和如何處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等具有十分重要的作用,本文首先推導(dǎo)CO2驅(qū)相似準(zhǔn)則,并在此基礎(chǔ)上分析影響CO2驅(qū)的主要因素。

1.1 基本假設(shè)與基本方程

考慮一水驅(qū)后三維非均質(zhì)油藏,油藏溫度不變,無(wú)彌散和化學(xué)反應(yīng);不考慮吸附,并能瞬時(shí)達(dá)到熱力學(xué)平衡;孔隙度和滲透率不隨時(shí)間變化,相行為分析計(jì)算時(shí)采用PR-EOS,并假設(shè)原油由3個(gè)擬組分組成,即輕質(zhì)組分、中等組分和重質(zhì)組分;各相流動(dòng)符合達(dá)西定律[9-10]。

水驅(qū)后油藏注CO2混相驅(qū)的數(shù)學(xué)模型由質(zhì)量守恒方程、運(yùn)動(dòng)方程、毛細(xì)管方程、相平衡方程以及有關(guān)輔助方程組成。

1)質(zhì)量守恒方程

式(1)中:nc為組分個(gè)數(shù),在本文中主要考慮4個(gè)組分,即CO2、2個(gè)原油組分和水;np為相個(gè)數(shù),本文主要有三相,即油、氣和水;Sj為j相飽和度;ρj為j相密度;vj為j相滲流速度;k—ij為各組分平衡常數(shù);xij為i組分在j相中的濃度分?jǐn)?shù);φ為孔隙度。

2)運(yùn)動(dòng)方程

式(2)中:μj是j相的粘度;pj為j相的壓力;K為地層滲透率;Krj為j相相對(duì)滲透率;g為重力加速度;其他參數(shù)含義同前。

3)毛細(xì)管方程

式(3)中:σmj是m相與j相之間的界面張力;J(S)表示J函數(shù);S表示飽和度;其他參數(shù)含義同前。

4)相平衡方程

式(4)中:cij為i組分在j相中的濃度。

5)輔助方程

1.2 相似準(zhǔn)則

對(duì)方程(1)～(6),采用特征參量法可以獲得相似準(zhǔn)則數(shù)群如下:

1)油藏非均質(zhì)性

2)流度比

3)毛細(xì)管數(shù)(描述界面張力的影響)

4)油藏傾角

5)重力數(shù)

6)原油組成

7)狀態(tài)方程(壓力及溫度)

8)原油組成熱力學(xué)性質(zhì)

9)油井工作制度

在上述相似準(zhǔn)則數(shù)群中,Gi為相似準(zhǔn)則數(shù),i= 1,2,…,18;L為井距;h為油藏厚度;W為油藏寬度;vinj為注入速度;α為油藏傾角;cI2為第2個(gè)組分在第1相中的原始摩爾含量;cJ2為第2個(gè)組分在第2相中的原始摩爾含量;p、pci分別為注氣前地層壓力和組分i的臨界壓力;T和Tci分別為油藏溫度和組分i的臨界溫度;ωi為組分i的偏心因子;pMMP為最小混相壓力;pinj為注入壓力;pwf為生產(chǎn)流壓。

1.3 CO2驅(qū)影響因素分析

對(duì)上述18個(gè)相似準(zhǔn)則數(shù)進(jìn)行分析,可以得出CO2驅(qū)油效果主要與油藏特性、儲(chǔ)層流體特性和儲(chǔ)層巖石特性相關(guān)。具體分析每個(gè)相似準(zhǔn)則數(shù),結(jié)果如下。

1)油藏非均質(zhì)性:滲透率級(jí)差、各向異性(沉積相、裂縫)、井距等;

2)流度比:原油粘度、CO2粘度(油藏溫度和壓力);

3)毛細(xì)管數(shù):界面張力(油藏溫度和壓力)、注入速度、粘度;

4)油藏傾角:井距、傾角;

5)重力數(shù):原油密度、CO2地下密度(油藏溫度和壓力)、注入速度、油層厚度;

6)狀態(tài)方程:油藏溫度和油藏壓力;

7)油井工作制度:注入壓力、油井流壓、最小混相壓力;

8)原油組成:原油粘度和密度。

對(duì)上述影響因素進(jìn)行總結(jié),可以得出影響CO2開發(fā)效果的因素包括:油藏滲透率、滲透率級(jí)差、裂縫發(fā)育程度和方向、油藏傾角、油藏溫度、注氣前地層壓力、原油密度、原油粘度、最小混相壓力、注入壓力、油井流壓、井距。

2 CO2驅(qū)氣竄模糊評(píng)判預(yù)測(cè)

2.1 構(gòu)造評(píng)價(jià)矩陣

不同油藏條件下CO2的作用不同,相應(yīng)的采油機(jī)理亦不盡相同,根據(jù)對(duì)相似準(zhǔn)則數(shù)的分析可以得出影響CO2驅(qū)主要因素有12個(gè)。參考國(guó)內(nèi)研究成果[11-12],增加飽和度指標(biāo),并假設(shè)油藏傾角為0,建立了低滲透油藏CO2驅(qū)氣竄分析的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,確定CO2驅(qū)替氣竄模糊評(píng)判的單因素評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表1),評(píng)價(jià)等級(jí)分為弱、較弱、一般、較嚴(yán)重和嚴(yán)重等5類。評(píng)價(jià)影響因素用下述模糊數(shù)學(xué)公式來(lái)表示:

式(7)中:u為CO2驅(qū)影響因素。

依據(jù)表1對(duì)每個(gè)因素的評(píng)判結(jié)果作為評(píng)語(yǔ)集R上的模糊子集,即

式(8)中:Ri為對(duì)單因素ui的單因素評(píng)價(jià)集;rim為第i因素對(duì)第m評(píng)語(yǔ)的隸屬度值,m≤5。

表1 CO2驅(qū)氣竄模糊評(píng)判預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)

所有單因素評(píng)價(jià)集構(gòu)成評(píng)價(jià)矩陣,即

式(9)中:R為CO2驅(qū)氣竄的評(píng)判矩陣。

2.2 利用層次分析法確定權(quán)重

對(duì)上述12個(gè)影響因素進(jìn)行分析,確定的各影響因素相對(duì)重要程度為

根據(jù)比例標(biāo)度方法,建立判斷矩陣并計(jì)算矩陣的特征值,可以獲得各因素的權(quán)重集X(表2)

表2 CO2驅(qū)氣竄影響因素綜合評(píng)判權(quán)重分配

由表2可以看出,影響CO2驅(qū)氣竄的最主要因素是裂縫發(fā)育程度、油藏非均質(zhì)性和注氣前地層壓力與最小混相壓力的比值。

2.3 模糊評(píng)判

綜合評(píng)價(jià)集由權(quán)重和因素評(píng)價(jià)矩陣集合得到,即Y=X·R,其中Y為評(píng)價(jià)集,X為權(quán)重集,R為評(píng)判對(duì)象的評(píng)判矩陣。最后利用最大隸屬度原則對(duì)綜合評(píng)價(jià)集Y進(jìn)行評(píng)價(jià),從而得到綜合評(píng)判結(jié)果。

表3 腰英臺(tái)油田基本參數(shù)

3 實(shí)例驗(yàn)證

腰英臺(tái)油田是一個(gè)低孔、特低滲油田,天然裂縫發(fā)育,原始含水飽和度高,生產(chǎn)井壓裂投產(chǎn),基本參數(shù)見表3。參照表1的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)該油田先導(dǎo)性試驗(yàn)區(qū)各參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià),得到評(píng)判矩陣,結(jié)合利用層次分析法確定的各因素權(quán)重,得到該油田注CO2驅(qū)的最終評(píng)價(jià)結(jié)果矩陣為(0.057,0.292,0.117, 0.165,0.369),其最大隸屬度為0.369。因此,該油田注CO2驅(qū)氣竄程度為嚴(yán)重。

按照上述建立的評(píng)價(jià)方法和評(píng)判步驟,對(duì)腰英臺(tái)油田CO2驅(qū)先導(dǎo)性試驗(yàn)區(qū)主要采油井進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),注CO2驅(qū)生產(chǎn)井評(píng)價(jià)結(jié)果見表4。

表4 腰英臺(tái)油田CO2驅(qū)氣竄程度單井評(píng)價(jià)結(jié)果

從表4可以看出,5-2、DB38井給出評(píng)語(yǔ)為較弱,目前分別為未見氣和氣油比300,兩者較為吻合;2-10、4-4井給出的評(píng)語(yǔ)為嚴(yán)重,目前2-10井對(duì)應(yīng)注入井已停注,停注前的氣油比為2400,4-4井目前已停產(chǎn)準(zhǔn)備轉(zhuǎn)注,停產(chǎn)前氣油比為2500,評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況相符;1-5井評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況基本吻合。上述評(píng)判結(jié)果與該油田實(shí)際情況吻合較好,從而驗(yàn)證了本文模型的準(zhǔn)確性和有效性。

4 結(jié)論

1)通過推導(dǎo)低滲透油藏CO2驅(qū)相似準(zhǔn)則,得到了影響CO2驅(qū)氣竄的12個(gè)因素,其中最主要的因素是裂縫發(fā)育程度、油藏非均質(zhì)性和注氣前地層壓力與最小混相壓力的比值。

2)建立了預(yù)測(cè)CO2驅(qū)氣竄的模糊評(píng)判模型,并在腰英臺(tái)油田6口生產(chǎn)井中進(jìn)行了應(yīng)用評(píng)判,結(jié)果與實(shí)際情況吻合較好,從而驗(yàn)證了本文模型的準(zhǔn)確性和有效性。

[1] 李士倫,張正卿,冉新權(quán),等.注氣提高石油采收率技術(shù)[M].成都:四川科學(xué)技術(shù)出版社,2001.

[2] LEENA K.2012 Worldwide EOR survey[J].Oil and Gas Journal,2012,110(4):57-69.

[3] 沈平平,楊永智.溫室氣體在石油開采中資源化利用的科學(xué)問題[J].中國(guó)基礎(chǔ)科學(xué),2006,14(3):23-31.

[4] 羅瑞蘭,程林松.深層稠油油藏注CO2開采可行性研究:以遼河油田冷42塊稠油油藏為例[J].中國(guó)海上油氣(地質(zhì)), 2003,17(5):312-316.

[5] PIETER K K,ERIC K,JOSHUA P,et al.A breakthrough Oxy-Fuel technology for cost-effective CO2-enhanced oil recovery[C].SPE 162541,2012.

[6] YAGHOOBI H,TSAU J,GRIGG R B.Effect of foam on CO2breakthrough:is this favorable to oil recovery[C].SPE 39789,1998.

[7] 王建波,高云叢,王科站.腰英臺(tái)特低滲透油藏CO2驅(qū)油井見氣規(guī)律研究[J].斷塊油氣田,2013,20(1):118-122.

[8] 白玉湖,李清平,李相方.降壓法開采天然氣水合物藏物理模擬相似準(zhǔn)則分析[J].中國(guó)海上油氣,2008,20(3):143-147.

[9] CHANG Y B,BRIAN K C.A compositional model for CO2floods including CO2solubility in water[C].SPE 35164,1998.

[10] FARAJZADEH R,SALIMI H,ZITHA P L J,et al.Numerical simulation of density-driven natural convection in porous media with application for CO2injection projects[C].SPE 107381, 2007.

[11] 趙傳峰,姜漢橋,張賢松.竄流通道分級(jí)模糊評(píng)判方法及其在綏中36-1油田的應(yīng)用[J].中國(guó)海上油氣,2010,22(6):387-390.

[12] 熊鈺,孫良田,孫雷,等.基于模糊層次分析法的注CO2混相驅(qū)油藏綜合評(píng)價(jià)方法[J].石油學(xué)報(bào),2002,23(6):60-62.

(編輯:楊 濱)

Control-factor analysis and fuzzy-evaluation prediction of gas channeling during CO2flooding in low-permeability oil reservoirs

Gao Huimei He Yingfu Zhao Shuxia Ma Tao

(Petroleum Ex ploration&Production Research Institute, Sinopec,Beijing,100083)

A method of characteristic parameters was used to derive the similarity criterion for CO2flooding in low-permeability oil reservoirs,and the factors to control CO2flooding effects and gas channeling were analyzed.On this basis,a model of fuzzy evaluation prediction was built for gas channeling during CO2flooding,and its actual application has verified its accuracy and effectiveness.

low-permeability oil reservoir;CO2flooding;gas channeling;similarity criterion; fuzzy evaluation

2014-01-20改回日期:2014-03-10

*國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目(編號(hào):2009AA063406)部分研究成果。

高慧梅,女,2007年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣田開發(fā)工程專業(yè),獲博士學(xué)位,現(xiàn)主要從事油田開發(fā)方面的研究工作。地址:北京市海淀區(qū)中石化勘探開發(fā)研究院(郵編:100083)。E-mail:huimeigao@126.com。