司 勇, 趙晶磊, 梁 飛, 高 麗, 李 朗, 吳佳琦
(1.中國石油遼河油田分公司 勘探開發(fā)研究院, 遼寧 盤錦 124000; 2.中國石油大學(xué)(北京) 石油工程學(xué)院, 北京 102249)
氣驅(qū)作為提高采收率的主要技術(shù)之一,按照其使用的氣體種類不同,可以分為:二氧化碳混相驅(qū)和非混相驅(qū)、氮?dú)怛?qū)、烴類氣驅(qū)和空氣驅(qū)、煙道氣驅(qū)等幾種常見方法.目前,全世界注氣采油項(xiàng)目呈上升趨勢,其中以注二氧化碳采油項(xiàng)目為主,高達(dá)60%以上[1,2].研究表明,對于裂縫性油藏來說,注氣不僅可以有效提高采收率,在某些情況下,它比注水開發(fā)效果更好,可以彌補(bǔ)注水開發(fā)的不足,可以有效抑制底水錐進(jìn),可以達(dá)到構(gòu)造頂部驅(qū)替"閣樓油"的效果等[3,4].但在利用其優(yōu)勢的同時(shí),也不能忽視它的局限性和不利方面[5].其中,以氣竄問題尤為常見和突出.
在注氣開發(fā)過程中,由于地層多孔介質(zhì)的非均質(zhì)性和儲層平面及剖面上的物性差異,隨著開發(fā)的延續(xù)和注入孔隙體積倍數(shù)的累積,注入氣的前緣部分會沿地層中的高滲透層形成優(yōu)勢通道,當(dāng)注氣前緣突破到生產(chǎn)井,將發(fā)生氣竄[6-9].一旦發(fā)生氣竄現(xiàn)象,大部分注入氣會成為無效氣,影響采收率,使開發(fā)效果變差.有效的氣竄識別對于減緩氣竄調(diào)控措施有重要意義.
目前,對于氣竄識別的方法主要有:生產(chǎn)氣油比、產(chǎn)量檢測法等經(jīng)驗(yàn)判別法以及微地震檢測氣驅(qū)前緣、示蹤劑等動態(tài)監(jiān)測判別法[10-13],這些方法可以有效地識別生產(chǎn)井是否發(fā)生氣竄,但是對氣竄來源的識別還沒有較好的方法,或者識別成本過高.因此,本文在生產(chǎn)氣油比識別氣竄方法的基礎(chǔ)上,基于數(shù)值模擬方法,提出了一種新的可以識別氣竄來源的識別方法.
以裂縫性變質(zhì)巖塊狀底水輕質(zhì)油藏為例,裂縫性油藏通常具有雙重孔隙介質(zhì)系統(tǒng),因此,在建立數(shù)值模擬模型時(shí),基于Warren-Root模型,建立基巖-裂縫雙重孔隙介質(zhì)模型,如圖1所示.
在雙重介質(zhì)模型中,流體存在于兩個(gè)相互連接的系統(tǒng)中:一個(gè)是基巖系統(tǒng),它提供了儲層的表觀體積和主要儲集空間;一個(gè)是裂縫系統(tǒng),它提供了流體的主要滲流通道,兩種連續(xù)介質(zhì)在空間上是重疊的.基巖中的流體和裂縫交換并通過裂縫滲流,而基巖間不直接發(fā)生流體交換,其流體交換通過裂縫進(jìn)行[14,15].
(1)裂縫內(nèi)滲流方程
(1)
(2)基巖內(nèi)滲流方程
(2)
(3)輔助方程
裂縫中油氣毛管壓力方程:
Pcgof=Pgf-Pof
(3)
裂縫中油水毛管壓力方程:
Pcowf=Pof-Pwf
(4)
裂縫中飽和度方程:
Sof+Swf+Sgf=1
(5)
基巖中油氣毛管壓力方程:
Pcgom=Pgm-Pom
(6)
基巖中油水毛管壓力方程:
Pcowm=Pom-Pwm
(7)
基巖中飽和度方程:
Som+Swm+Sgm=1
(8)
上述方程組中有求解變量12個(gè)、方程12個(gè),因此該方程系統(tǒng)是封閉的.采用有限差分方法求解,以全隱式方法進(jìn)行處理,以增強(qiáng)整個(gè)方程組求解的穩(wěn)定性[16-18].
(4)全隱式差分模型
對上述數(shù)學(xué)模型進(jìn)行全隱式差分,全隱式差分模型如下:
①裂縫系統(tǒng)
(9)
②基巖系統(tǒng)
(10)
式(9)~(10)中:Vijk=ΔxiΔyjΔkz;γ=ρg;Q=qVijk;λ-傳導(dǎo)系數(shù),(kg·s)-1;T-線性差分算子.
基于上述數(shù)學(xué)模型,利用數(shù)值模擬軟件tNavigator,結(jié)合油藏地質(zhì)參數(shù),建立3種不同注氣位置的油藏?cái)?shù)值模擬組分機(jī)理模型.模型中采用直角網(wǎng)格系統(tǒng),共劃分20×20×40個(gè)網(wǎng)格,網(wǎng)格大小為20 m×20 m×25 m.3種機(jī)理模型均以一注一采的形式進(jìn)行生產(chǎn),注采井距為200 m,生產(chǎn)井為水平井,注氣井為直井,區(qū)別在于生產(chǎn)井與注氣井的相對位置不同,分別為底部注氣、頂部注氣、橫向注氣.
(1)模型基本參數(shù)
機(jī)理模型的基本參數(shù)如表1所示.
表1 模型基本參數(shù)
(2)相滲曲線
機(jī)理模型中基巖系統(tǒng)油水、油氣相滲曲線和裂縫系統(tǒng)油水、油氣相滲曲線如圖2、圖3所示.
(a)油水相滲曲線
(b)油氣相滲曲線圖2 基巖系統(tǒng)相滲曲線
(a)油水相滲曲線
(b)油氣相滲曲線圖3 裂縫系統(tǒng)相滲曲線
(3)原油組分
根據(jù)地層原油性質(zhì)所得出的原油擬組分情況如表2所示.
表2 原油擬組分情況
(4)注氣方式
①底部注氣模型(低注高采模式)
低注高采模式即在構(gòu)造低部位注氣、高部位采油的井網(wǎng)結(jié)構(gòu).如圖4所示,注氣井INJ井位于構(gòu)造低部位,生產(chǎn)井PRO井位于構(gòu)造高部位.
(a)機(jī)理模型
(b)注采井空間位置圖4 底部注氣模型
② 頂部注氣模型(高注低采模式)
高注低采模式即在構(gòu)造高部位注氣、低部位采油的井網(wǎng)結(jié)構(gòu).如圖5所示,注氣井INJ井位于構(gòu)造高部位,生產(chǎn)井PRO井位于構(gòu)造低部位.
③橫向注氣模型(等高模式)
等高模式即注氣井與生產(chǎn)井位于同一構(gòu)造部位.如圖6所示,由于重力分異作用的影響,注入氣容易向構(gòu)造高部位突進(jìn),不利于注入氣橫向運(yùn)移.因此,改變機(jī)理模型中裂縫系統(tǒng)的垂向滲透率,使Kv/Kh=0.05,從而使注入氣以橫向運(yùn)移為主.
(a)機(jī)理模型
(b)注采井空間位置圖5 頂部注氣模型
(a)機(jī)理模型
(b)注采井空間位置圖6 橫向注氣模型
在分析生產(chǎn)動態(tài)特征時(shí),引入了氣油比曲線和氣油比導(dǎo)數(shù)曲線的概念.氣油比曲線是指地面情況下產(chǎn)氣量與產(chǎn)油量的比值隨時(shí)間在雙對數(shù)坐標(biāo)上的曲線;氣油比導(dǎo)數(shù)曲線是指氣油比對lnt的導(dǎo)數(shù)隨時(shí)間在雙對數(shù)坐標(biāo)上的曲線.
氣油比導(dǎo)數(shù)式:
(11)
通過建立好的3種不同機(jī)理模型進(jìn)行數(shù)值模擬,從而得到對應(yīng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù),在雙對數(shù)坐標(biāo)中繪制出氣油比及導(dǎo)數(shù)的生產(chǎn)曲線,并分析其特征.
對底部注氣模型得到的氣油比及導(dǎo)數(shù)曲線特征進(jìn)行分析,將底部注氣的生產(chǎn)動態(tài)情況大致分為5個(gè)階段,如圖7所示.
圖7 底部注氣氣油比特征
第一階段:注入氣尚未突破至生產(chǎn)井階段,在此過程中生產(chǎn)氣油比基本保持不變;
第二階段:注入氣突破階段,氣油比導(dǎo)數(shù)曲線到達(dá)第一個(gè)波谷開始至其到達(dá)波峰為止,注入氣體突破至生產(chǎn)井,生產(chǎn)氣油比有輕微的變化,導(dǎo)數(shù)曲線呈上升趨勢;
第三階段:形成氣竄階段,氣油比曲線明顯上升,導(dǎo)數(shù)曲線基本保持平穩(wěn);
第四階段:氣竄情況逐漸嚴(yán)重,形成氣頂,油氣界面向下運(yùn)移階段,受重力分異作用的影響,注入氣繼續(xù)向構(gòu)造高部位突進(jìn),在構(gòu)造頂部形成氣頂,油氣界面不斷下移的過程,氣油比上升速率減小,導(dǎo)數(shù)曲線呈下降趨勢;
第五階段:油氣界面到達(dá)生產(chǎn)井階段,在此過程中,生產(chǎn)井在底部氣竄與油氣界面的雙重影響下,氣油比曲線上升速率不斷增大,導(dǎo)數(shù)曲線明顯上升.
注入氮?dú)庠谧⒉蓧翰詈椭亓Ψ之惖碾p重作用下,快速向構(gòu)造高部位突進(jìn),注氣波及效率低,位于構(gòu)造高部位的生產(chǎn)井發(fā)生氣竄時(shí)間早,氣油比上升速度快.
通過分析將頂部注氣生產(chǎn)動態(tài)特征大致分為3個(gè)階段,如圖8所示.
圖8 頂部注氣氣油比特征
第一階段:注入氣尚未突破至生產(chǎn)井階段,在此過程中生產(chǎn)氣油比基本保持不變;
第二階段:注入氣突破階段,氣油比導(dǎo)數(shù)曲線到達(dá)第一個(gè)波谷開始,至導(dǎo)數(shù)曲線斜率明顯增大為止,注入氣體突破至生產(chǎn)井,形成氣頂并不斷下移的過程,氣油比有一定的上升,上升速率較小,導(dǎo)數(shù)曲線有輕微的上升趨勢;
第三階段:油氣界面到達(dá)生產(chǎn)井位置,形成氣竄階段,導(dǎo)數(shù)曲線斜率明顯增大時(shí)開始,氣油比與導(dǎo)數(shù)曲線均呈現(xiàn)上升趨勢且上升速率變快.
在頂部注氣情況下,注入氣在重力分異作用下向頂部聚集,注氣波及效率高,受注采壓差的影響較大,氣油比上升速度較慢.
通過分析將橫向注氣生產(chǎn)動態(tài)特征大致分為3個(gè)階段,如圖9所示.
圖9 橫向注氣氣油比特征
第一階段:注入氣尚未突破至生產(chǎn)井階段,在此過程中生產(chǎn)氣油比基本保持不變;
第二階段:注入氣突破階段,氣油比導(dǎo)數(shù)曲線到達(dá)第一個(gè)波谷開始至第二個(gè)波谷為止,注入氣體突破至生產(chǎn)井,氣油比整體趨于平穩(wěn);
第三階段:形成氣竄階段,氣油比導(dǎo)數(shù)曲線到達(dá)第二個(gè)波谷開始,生產(chǎn)井形成氣竄,導(dǎo)數(shù)曲線基本保持平穩(wěn),氣油比曲線平穩(wěn)上升.
通過對上述3種不同氣竄類型氣油比特征的分析,可以發(fā)現(xiàn)不同氣竄來源的曲線有不同的特征,如圖10所示.
從圖10可以看出,不同氣竄來源的氣油比導(dǎo)數(shù)曲線特征主要在于形成氣竄之后的階段.其中,底部注氣形成氣竄之后,導(dǎo)數(shù)曲線有明顯向下的趨勢,偏離水平線45 °左右;橫向注氣形成氣竄之后,導(dǎo)數(shù)曲線輕微上翹,偏離水平線10 °左右;頂部注氣形成氣竄之后,導(dǎo)數(shù)曲線有明顯向上的趨勢,偏離水平線45 °左右.因此,以GOR導(dǎo)數(shù)曲線為主要判斷依據(jù),以氣油比變化作為參考,可以得到一種潛山油藏注氣開發(fā)氣竄方向識別方法,分析、確定實(shí)際生產(chǎn)井發(fā)生氣竄的來源及形成氣竄的時(shí)間.
圖10 不同氣竄類型氣油比導(dǎo)數(shù)特征
氣竄識別方法技術(shù)路線如圖11所示,具體實(shí)施步驟如下:
(1)收集并整理生產(chǎn)井的生產(chǎn)數(shù)據(jù),得到生產(chǎn)氣油比曲線;
(2)對生產(chǎn)氣油比曲線進(jìn)行處理,得到其導(dǎo)數(shù)曲線,并在雙對數(shù)坐標(biāo)中分析其生產(chǎn)特征;
(3)與已確定的標(biāo)準(zhǔn)特征進(jìn)行對比,從而確定實(shí)際生產(chǎn)井發(fā)生氣竄的來源及形成氣竄的時(shí)間,進(jìn)而針對性的進(jìn)行減緩氣竄調(diào)控措施.
圖11 氣竄識別方法流程圖
以興古7潛山油藏為研究對象,運(yùn)用本文的氣竄識別方法對興古7潛山油藏氣竄井7-H2井進(jìn)行識別,再通過氣體示蹤劑方法檢測的結(jié)果進(jìn)行對比,驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確性.
(1)氣竄識別方法
根據(jù)收集到的氣竄井7-H2井的生產(chǎn)氣油比數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到其對應(yīng)的生產(chǎn)氣油比及導(dǎo)數(shù)曲線如圖12所示.
圖12 7-H2井生產(chǎn)氣油比及導(dǎo)數(shù)曲線
運(yùn)用該識別方法可以判斷出:7-H2井在425天左右發(fā)生氣竄,其氣竄來源為底部,屬于底部氣竄.
(2)結(jié)果驗(yàn)證
氣體示蹤劑的監(jiān)測結(jié)果顯示,7-H2井中的氣體主要來自于7-H325井的注入氣,因此可以判斷,該生產(chǎn)井的氣竄來源為7-H325井.結(jié)合注采井的空間位置圖,如圖13所示,確定7-H2井屬于底部氣竄類型.
圖13 注采井空間位置關(guān)系
兩種方法對比結(jié)果表明,利用氣竄識別方法識別的結(jié)果與實(shí)際結(jié)果基本吻合.證明潛山油藏氣竄識別方法具有良好的準(zhǔn)確性及可靠性,能夠有效識別氣竄來源.相比氣體示蹤劑監(jiān)測法,投入成本低,工作量小.所提出的氣竄識別方法為針對性減緩氣竄調(diào)控措施提供了有力支持.
(1)本文提出了一種利用生產(chǎn)氣油比及其導(dǎo)數(shù)的雙對數(shù)坐標(biāo)曲線來識別氣竄并確定氣竄時(shí)間、氣竄方向的氣竄識別方法.該方法成本低、操作簡單、工作量小,具有良好的準(zhǔn)確性和可靠性,為減緩氣竄調(diào)控措施提供了有力支持.
(2)得到了3種不同氣竄類型的曲線特征:①底部氣竄.氣油比及導(dǎo)數(shù)曲線特征可分為5個(gè)階段,氣竄形成于第三階段,形成氣竄之后氣油比導(dǎo)數(shù)曲線明顯向下;②頂部氣竄.氣油比及導(dǎo)數(shù)曲線特征可分為3個(gè)階段,氣竄形成于第三階段,導(dǎo)數(shù)曲線明顯向上;③橫向氣竄.氣油比及導(dǎo)數(shù)曲線特征可分為3個(gè)階段,氣竄形成于第三階段,導(dǎo)數(shù)曲線基本保持水平.
(3)基于曲線特征確定氣竄識別方法.首先,對氣竄時(shí)間進(jìn)行識別;其次,以不同氣竄類型形成氣竄之后的曲線特征為主要判斷依據(jù),對氣竄來源進(jìn)行識別.實(shí)例應(yīng)用發(fā)現(xiàn),7-H2井在425天左右發(fā)生氣竄,導(dǎo)數(shù)曲線明顯向下,氣竄類型屬于底部氣竄.經(jīng)氣體示蹤劑監(jiān)測方法驗(yàn)證,識別結(jié)果與實(shí)際油井的氣竄情況分析一致,證明該識別方法具有良好的準(zhǔn)確性及可靠性,能夠有效識別氣竄來源,為針對性的減緩氣竄調(diào)控措施提供了有力支持.