曾 楊 康曉東 謝曉慶 趙文森

(1. 海洋石油高效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100027; 2. 中海油研究總院， 北京 100027)

啟動(dòng)壓力梯度的“循環(huán)回旋”等效模擬新方式

曾 楊1，2康曉東1，2謝曉慶1，2趙文森1，2

(1. 海洋石油高效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100027; 2. 中海油研究總院， 北京 100027)

針對(duì)大型商業(yè)軟件無(wú)法直接表征低流度油藏中啟動(dòng)壓力梯度的情況，提出一種啟動(dòng)壓力梯度的等效模擬新方法。通過(guò)物模實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)低流度油藏中存在啟動(dòng)壓力梯度，且與流度呈冪函數(shù)關(guān)系。首先對(duì)Eclipse軟件中的關(guān)鍵字“THRPES”設(shè)置閾壓，然后通過(guò)創(chuàng)新的“循環(huán)回旋”方式對(duì)平衡分區(qū)進(jìn)行設(shè)置，進(jìn)而對(duì)油層存在啟動(dòng)壓力梯度的狀況進(jìn)行等效模擬，閾壓賦值采用實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)。采用考慮了啟動(dòng)壓力梯度的數(shù)值模擬新方法對(duì)渤海A油田X井組進(jìn)行模擬，歷史擬合效果相對(duì)較好。

低流度； 啟動(dòng)壓力梯度； 等效模擬； 平衡分區(qū)

啟動(dòng)壓力梯度是影響低流度油藏開(kāi)發(fā)的重要因素之一。有研究表明：?jiǎn)?dòng)壓力梯度的存在使得油層滲流阻力大、壓力傳導(dǎo)能力差，從而導(dǎo)致開(kāi)發(fā)中出現(xiàn)注水井吸水不均、高滲層吸入多、低滲層吸入少甚至不吸等現(xiàn)象[1-2]。當(dāng)存在啟動(dòng)壓力梯度時(shí)，盡管注水井壓力很高，但采油井開(kāi)發(fā)并不見(jiàn)效，甚至出現(xiàn)注不進(jìn)采不出的現(xiàn)象，導(dǎo)致油層啟動(dòng)程度降低、采收率下降，最終影響油田開(kāi)發(fā)效果。部分海上注聚油田屬于低流度油藏。由于其注入井層數(shù)多，油層性質(zhì)差異大，合注的層間干擾嚴(yán)重[3]，注聚可能會(huì)加劇干擾，導(dǎo)致高滲層越吸越多，低滲層越吸越少。

啟動(dòng)壓力梯度對(duì)海上低流度注聚油田開(kāi)發(fā)效果的影響，成為重要研究?jī)?nèi)容之一。目前國(guó)內(nèi)外較為成熟的數(shù)值模擬軟件大部分基于達(dá)西定律而開(kāi)發(fā)，沒(méi)有考慮啟動(dòng)壓力梯度的影響，無(wú)法準(zhǔn)確模擬實(shí)際油層的吸入和啟動(dòng)狀況。本次研究將在考慮啟動(dòng)壓力梯度影響的基礎(chǔ)上進(jìn)行。首先，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定啟動(dòng)壓力梯度的計(jì)算公式，為閾壓賦值奠定基礎(chǔ)；然后通過(guò)閾壓及“循環(huán)回旋”的分區(qū)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)啟動(dòng)壓力梯度的等效模擬；最后，通過(guò)油田實(shí)例驗(yàn)證此方法的模擬效果及實(shí)用性。

1 啟動(dòng)壓力梯度的確定

低流度油藏在流體滲流過(guò)程中存在啟動(dòng)壓力梯度。當(dāng)驅(qū)動(dòng)壓力梯度較小時(shí)，液體不能流動(dòng)，只有當(dāng)驅(qū)動(dòng)壓力梯度加大到一定值時(shí)，液體才會(huì)開(kāi)始流動(dòng)，這時(shí)的驅(qū)動(dòng)壓力梯度為啟動(dòng)壓力梯度[4-7]。

研究表明，低流度油藏中的啟動(dòng)壓力梯度隨著滲透率的減小和原油黏度的上升而加大。國(guó)內(nèi)多位學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，得到了低流度油藏的啟動(dòng)壓力梯度跟流度成冪函數(shù)關(guān)系[8-13](見(jiàn)表1)。為了確定本次數(shù)值模擬的啟動(dòng)壓力梯度表達(dá)式，利用填砂管模型建立符合實(shí)際油藏巖石物性、巖石孔隙結(jié)構(gòu)、巖石潤(rùn)濕性的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在油藏溫度條件下研究渤海A油田稠油聚合物驅(qū)在填砂模型條件下的啟動(dòng)壓力梯度變化規(guī)律。將結(jié)果與相關(guān)文獻(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行對(duì)比，如圖1所示。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)，回歸得到啟動(dòng)壓力梯度與流度的數(shù)學(xué)關(guān)系式：

式中：λ—— 啟動(dòng)壓力梯度，MPam；

K—— 巖心滲透率，10-3μm2；

μ—— 流體黏度，mPa·s。

由圖1可知，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與公式①較為接近，這是由于公式①研究結(jié)果也是基于渤海稠油數(shù)據(jù)而得。其他文獻(xiàn)的研究結(jié)果都是基于陸上油田，因此在后面的數(shù)值模擬計(jì)算中將通過(guò)實(shí)驗(yàn)回歸公式來(lái)計(jì)算啟動(dòng)壓力梯度值。

表1 啟動(dòng)壓力梯度隨流度變化關(guān)系

圖1 啟動(dòng)壓力梯度隨流度的變化關(guān)系對(duì)比

2 啟動(dòng)壓力梯度數(shù)值模擬研究

2.1 啟動(dòng)壓力梯度等效模擬方法

在Eclipse軟件中，設(shè)置閾壓是為了阻止相鄰平衡區(qū)間的流動(dòng)，可通過(guò)“THPRES”這個(gè)關(guān)鍵字來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了模擬啟動(dòng)壓力梯度的影響，模型中利用2個(gè)網(wǎng)格塊之間的閾壓來(lái)等效啟動(dòng)壓力梯度。例如，啟動(dòng)壓力梯度值為0.02 MPam，數(shù)模中的網(wǎng)格大小是20m，則設(shè)置0.4MPa為2個(gè)網(wǎng)格塊之間的閾壓。 當(dāng)閾壓小于2個(gè)網(wǎng)格之間的流動(dòng)壓力時(shí)，流體開(kāi)始流動(dòng)；否則，流體不會(huì)流動(dòng)。在總網(wǎng)格數(shù)較少的情況下，運(yùn)用普通的分區(qū)方法將每個(gè)網(wǎng)格設(shè)置為一個(gè)平衡分區(qū)，網(wǎng)格總數(shù)即為總的平衡分區(qū)數(shù)目，最后根據(jù)啟動(dòng)壓力梯度值設(shè)置網(wǎng)格之間的閾壓值(見(jiàn)圖2)。多位學(xué)者在研究中采用了這種方法[14-16]。

按照此方法，在總網(wǎng)格數(shù)較多的情況下需要設(shè)置大量的平衡分區(qū)，進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)要求計(jì)算機(jī)有足夠的內(nèi)存。通常這些要求較難滿足，因此，將模型每層近似設(shè)為均質(zhì)層，提出新的平衡分區(qū)設(shè)置方法，采用圖3所示的“循環(huán)回旋”排列方式。此方式較為簡(jiǎn)便，可以使得分區(qū)的數(shù)目最少。不僅如此，對(duì)于網(wǎng)格數(shù)為m×n×b的模型，普通分區(qū)方法在x、y、z方向需要設(shè)置的閾壓值數(shù)目為(m-1)×n×b+m×(n-1)×b+m×n×(b-1)，而采用“循環(huán)回旋”的方法僅需要設(shè)置的閾壓值數(shù)目為b+2×(b-1)。新方式大大減少了設(shè)置每個(gè)平衡分區(qū)之間閾壓值的工作量。

1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435

(a)第一層平衡分區(qū)設(shè)置

(b)第二層平衡分區(qū)設(shè)置

(a)第一層平衡分區(qū)設(shè)置

(b)第二層平衡分區(qū)設(shè)置

圖3 簡(jiǎn)化的平衡分區(qū)設(shè)置(以2層為例)

2.2 軟件判定及驗(yàn)證

為了便于研究，建立了平面均質(zhì)、縱向上非均質(zhì)的三維地質(zhì)模型，平面上有43×43個(gè)均勻網(wǎng)格，縱向上有2層。水平方向上每個(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)度均是20 m，垂向上每層厚度均為4 m。井網(wǎng)為五點(diǎn)面積井網(wǎng)，上下層滲透率之比為5，油井定液量、注入井定注入量生產(chǎn)。采用“循環(huán)回旋”方式設(shè)置分區(qū)，閾壓設(shè)置完成后，其余模擬過(guò)程與其他常規(guī)數(shù)值模擬方法相同。通過(guò)觀察各層的吸水情況來(lái)判定啟動(dòng)壓力梯度的影響，結(jié)果如圖4。

圖4 不同層注入量隨時(shí)間的變化曲線

由圖4可以看出，當(dāng)不考慮啟動(dòng)壓力梯度時(shí)，兩層的注入量之比約為7。排除流體黏度的影響，吸水量主要取決于儲(chǔ)層滲透率。只要有滲透率就會(huì)有流量分配，而實(shí)際油藏的吸水剖面極不均勻，甚至有些滲透率較差的層可能不吸水，以往的數(shù)模方法無(wú)法準(zhǔn)確模擬實(shí)際油田的吸水狀況。當(dāng)考慮啟動(dòng)壓力梯度時(shí)，由于高滲層與低滲層啟動(dòng)壓力梯度的差異，注入水在高滲層更容易流動(dòng)，結(jié)果導(dǎo)致高滲層吸水越來(lái)越多，低滲層幾乎不吸水。這種考慮啟動(dòng)壓力梯度的方法與實(shí)際油田的吸水狀況吻合較好。

3 實(shí)例應(yīng)用分析

運(yùn)用此方法對(duì)渤海A油田X井組進(jìn)行模擬。該井組共17口生產(chǎn)井，9口注聚井，模型網(wǎng)格數(shù)為220×85×34，共34層。啟動(dòng)壓力影響研究的重點(diǎn)內(nèi)容是分析油層縱向非均質(zhì)。在考慮啟動(dòng)壓力梯度時(shí)，為了減少平衡分區(qū)數(shù)量和模擬計(jì)算所需要的內(nèi)存，采用“循環(huán)回旋”平衡分區(qū)的設(shè)置方法處理網(wǎng)格間流動(dòng)的啟動(dòng)壓力。其中啟動(dòng)壓力梯度計(jì)算可參考前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

在擬合過(guò)程中，注入井定注入量，采油井定采液量，以月為擬合單元。在其他條件不變的情況下，分別采用考慮和不考慮啟動(dòng)壓力梯度的2種數(shù)值模擬方法對(duì)該區(qū)塊的生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。擬合結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 區(qū)塊日產(chǎn)油量擬合結(jié)果對(duì)比

圖6 區(qū)塊含水?dāng)M合結(jié)果對(duì)比

由擬合結(jié)果可以看出，考慮啟動(dòng)壓力梯度所得的日產(chǎn)油量、含水率數(shù)據(jù)更接近實(shí)際情況，整體擬合效果較好。這說(shuō)明運(yùn)用此近似方法考慮啟動(dòng)壓力梯度的作用，符合油田的實(shí)際需要，適用于低流度油藏的數(shù)值模擬研究。

4 結(jié) 語(yǔ)

低流度油藏在流體滲流時(shí)存在啟動(dòng)壓力梯度。研究結(jié)果表明，低流度油藏中的啟動(dòng)壓力梯度與流度成冪函數(shù)關(guān)系。通過(guò)研究，給出了運(yùn)用Eclipse數(shù)值模擬軟件中“THPRES”關(guān)鍵字以及“循環(huán)回旋”的分區(qū)方式實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)壓力梯度等效模擬的新方法。采用考慮啟動(dòng)壓力梯度的數(shù)值模擬新方法對(duì)渤海A油田X井組進(jìn)行模擬，歷史擬合效果相對(duì)較好。運(yùn)用此方法來(lái)考慮啟動(dòng)壓力梯度的作用，對(duì)礦場(chǎng)應(yīng)用該方法進(jìn)行類似油田的方案分析具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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A Novel “Loop Maneuver” Approach Equivalent Simulate About Start-Up Pressure Gradient

ZENGYang1,2KANGXiaodong1,2XIEXiaoqing1,2ZHAOWensen1,2

(1.State Key Laboratory of Offshore Oil Exploitation, Beijing 100027, China; 2.CNOOC Research Institute, Beijing 100027, China)

The ordinary commercial numerical simulation software could not directly describe the start-up pressure gradient in low mobility reservoir, so this paper puts forward a novel equivalent simulation method. It proved that there is start-up pressure gradient in low mobility reservoir by physical simulation experiment and it is in a power function relation with mobility. Keyword “threshold pressure” in numerical simulation software was applied, and then start-up pressure in low permeability reservoir was realized through setting equilibrium partition by the “l(fā)oop maneuver” approach; assigned the value from the experiment data in “threshold pressure”. This method was used to simulate the X well group in Bohai A oilfield, and the better history matching effect was obtained.

low mobility; start-up pressure gradient; equivalent simulate; equilibrium partition

2017-01-20

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“海上稠油高效開(kāi)發(fā)新技術(shù)” (2011ZX05024-004)；中海石油(中國(guó))有限公司綜合科研“海上多層稠油油藏化學(xué)驅(qū)交替注入技術(shù)研究”(YXKY-2014-ZY-03)

曾楊(1987 — )，女，碩士，工程師，研究方向?yàn)橛蜌獠靥岣卟墒章始皵?shù)值模擬。

TE345

A

1673-1980(2017)04-0024-04