啟動壓力梯度的“循環(huán)回旋”等效模擬新方式

曾 楊 康曉東 謝曉慶 趙文森

(1. 海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室， 北京 100027; 2. 中海油研究總院， 北京 100027)

啟動壓力梯度的“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. 海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室， 北京 100027; 2. 中海油研究總院， 北京 100027)

針對大型商業(yè)軟件無法直接表征低流度油藏中啟動壓力梯度的情況，提出一種啟動壓力梯度的等效模擬新方法。通過物模實驗，確認低流度油藏中存在啟動壓力梯度，且與流度呈冪函數(shù)關系。首先對Eclipse軟件中的關鍵字“THRPES”設置閾壓，然后通過創(chuàng)新的“循環(huán)回旋”方式對平衡分區(qū)進行設置，進而對油層存在啟動壓力梯度的狀況進行等效模擬，閾壓賦值采用實驗所得數(shù)據(jù)。采用考慮了啟動壓力梯度的數(shù)值模擬新方法對渤海A油田X井組進行模擬，歷史擬合效果相對較好。

低流度； 啟動壓力梯度； 等效模擬； 平衡分區(qū)

啟動壓力梯度是影響低流度油藏開發(fā)的重要因素之一。有研究表明：啟動壓力梯度的存在使得油層滲流阻力大、壓力傳導能力差，從而導致開發(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]。當存在啟動壓力梯度時，盡管注水井壓力很高，但采油井開發(fā)并不見效，甚至出現(xiàn)注不進采不出的現(xiàn)象，導致油層啟動程度降低、采收率下降，最終影響油田開發(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，合注的層間干擾嚴重[3]，注聚可能會加劇干擾，導致高滲層越吸越多，低滲層越吸越少。

啟動壓力梯度對海上低流度注聚油田開發(fā)效果的影響，成為重要研究內(nèi)容之一。目前國內(nèi)外較為成熟的數(shù)值模擬軟件大部分基于達西定律而開發(fā)，沒有考慮啟動壓力梯度的影響，無法準確模擬實際油層的吸入和啟動狀況。本次研究將在考慮啟動壓力梯度影響的基礎上進行。首先，通過實驗確定啟動壓力梯度的計算公式，為閾壓賦值奠定基礎；然后通過閾壓及“循環(huán)回旋”的分區(qū)方式實現(xiàn)對啟動壓力梯度的等效模擬；最后，通過油田實例驗證此方法的模擬效果及實用性。

1 啟動壓力梯度的確定

低流度油藏在流體滲流過程中存在啟動壓力梯度。當驅(qū)動壓力梯度較小時，液體不能流動，只有當驅(qū)動壓力梯度加大到一定值時，液體才會開始流動，這時的驅(qū)動壓力梯度為啟動壓力梯度[4-7]。

研究表明，低流度油藏中的啟動壓力梯度隨著滲透率的減小和原油黏度的上升而加大。國內(nèi)多位學者通過實驗研究，得到了低流度油藏的啟動壓力梯度跟流度成冪函數(shù)關系[8-13](見表1)。為了確定本次數(shù)值模擬的啟動壓力梯度表達式，利用填砂管模型建立符合實際油藏巖石物性、巖石孔隙結(jié)構(gòu)、巖石潤濕性的物理實驗模型，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壓力梯度變化規(guī)律。將結(jié)果與相關文獻的經(jīng)驗公式進行對比，如圖1所示。

根據(jù)實驗所測數(shù)據(jù)，回歸得到啟動壓力梯度與流度的數(shù)學關系式：

式中：λ—— 啟動壓力梯度，MPam；

K—— 巖心滲透率，10-3μm2；

μ—— 流體黏度，mPa·s。

由圖1可知，實驗結(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)值模擬計算中將通過實驗回歸公式來計算啟動壓力梯度值。

表1 啟動壓力梯度隨流度變化關系

圖1 啟動壓力梯度隨流度的變化關系對比

2 啟動壓力梯度數(shù)值模擬研究

2.1 啟動壓力梯度等效模擬方法

在Eclipse軟件中，設置閾壓是為了阻止相鄰平衡區(qū)間的流動，可通過“THPRES”這個關鍵字來實現(xiàn)。為了模擬啟動壓力梯度的影響，模型中利用2個網(wǎng)格塊之間的閾壓來等效啟動壓力梯度。例如，啟動壓力梯度值為0.02 MPam，數(shù)模中的網(wǎng)格大小是20m，則設置0.4MPa為2個網(wǎng)格塊之間的閾壓。 當閾壓小于2個網(wǎng)格之間的流動壓力時，流體開始流動；否則，流體不會流動。在總網(wǎng)格數(shù)較少的情況下，運用普通的分區(qū)方法將每個網(wǎng)格設置為一個平衡分區(qū)，網(wǎng)格總數(shù)即為總的平衡分區(qū)數(shù)目，最后根據(jù)啟動壓力梯度值設置網(wǎng)格之間的閾壓值(見圖2)。多位學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置大量的平衡分區(qū)，進行數(shù)值模擬時要求計算機有足夠的內(nèi)存。通常這些要求較難滿足，因此，將模型每層近似設為均質(zhì)層，提出新的平衡分區(qū)設置方法，采用圖3所示的“循環(huán)回旋”排列方式。此方式較為簡便，可以使得分區(qū)的數(shù)目最少。不僅如此，對于網(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”的方法僅需要設置的閾壓值數(shù)目為b+2×(b-1)。新方式大大減少了設置每個平衡分區(qū)之間閾壓值的工作量。

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(a)第一層平衡分區(qū)設置

(b)第二層平衡分區(qū)設置

(a)第一層平衡分區(qū)設置

(b)第二層平衡分區(qū)設置

圖3 簡化的平衡分區(qū)設置(以2層為例)

2.2 軟件判定及驗證

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個均勻網(wǎng)格，縱向上有2層。水平方向上每個網(wǎng)格的長度均是20 m，垂向上每層厚度均為4 m。井網(wǎng)為五點面積井網(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”方式設置分區(qū)，閾壓設置完成后，其余模擬過程與其他常規(guī)數(shù)值模擬方法相同。通過觀察各層的吸水情況來判定啟動壓力梯度的影響，結(jié)果如圖4。

圖4 不同層注入量隨時間的變化曲線

由圖4可以看出，當不考慮啟動壓力梯度時，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層滲透率。只要有滲透率就會有流量分配，而實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)模方法無法準確模擬實際油田的吸水狀況。當考慮啟動壓力梯度時，由于高滲層與低滲層啟動壓力梯度的差異，注入水在高滲層更容易流動，結(jié)果導致高滲層吸水越來越多，低滲層幾乎不吸水。這種考慮啟動壓力梯度的方法與實際油田的吸水狀況吻合較好。

3 實例應用分析

運用此方法對渤海A油田X井組進行模擬。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。啟動壓力影響研究的重點內(nèi)容是分析油層縱向非均質(zhì)。在考慮啟動壓力梯度時，為了減少平衡分區(qū)數(shù)量和模擬計算所需要的內(nèi)存，采用“循環(huán)回旋”平衡分區(qū)的設置方法處理網(wǎng)格間流動的啟動壓力。其中啟動壓力梯度計算可參考前面的實驗結(jié)論。

在擬合過程中，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壓力梯度的2種數(shù)值模擬方法對該區(qū)塊的生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)進行擬合。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)果對比

圖6 區(qū)塊含水擬合結(jié)果對比

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

4 結(jié) 語

低流度油藏在流體滲流時存在啟動壓力梯度。研究結(jié)果表明，低流度油藏中的啟動壓力梯度與流度成冪函數(shù)關系。通過研究，給出了運用Eclipse數(shù)值模擬軟件中“THPRES”關鍵字以及“循環(huán)回旋”的分區(qū)方式實現(xiàn)啟動壓力梯度等效模擬的新方法。采用考慮啟動壓力梯度的數(shù)值模擬新方法對渤海A油田X井組進行模擬，歷史擬合效果相對較好。運用此方法來考慮啟動壓力梯度的作用，對礦場應用該方法進行類似油田的方案分析具有重要的現(xiàn)實意義。

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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

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

曾楊(1987 — )，女，碩士，工程師，研究方向為油氣藏提高采收率及數(shù)值模擬。

TE345

A

1673-1980(2017)04-0024-04