考虑组分呈梯度分布的挥发性油藏注气驱数值模拟研究

李菊花 （油气资源与勘探技术教育部重点实验室（长江大学））（湖北省油气钻采工程重点实验室（长江大学），湖北荆州434023）

姜 涛 （湖北省油气钻采工程重点实验室（长江大学）；长江大学科技处，湖北荆州434023）

陈世明，保万明 （中石油吐哈油田分公司吐鲁番采油厂，新疆鄯善838202）

考虑组分呈梯度分布的挥发性油藏注气驱数值模拟研究

李菊花 （油气资源与勘探技术教育部重点实验室（长江大学））（湖北省油气钻采工程重点实验室（长江大学），湖北荆州434023）

姜 涛 （湖北省油气钻采工程重点实验室（长江大学）；长江大学科技处，湖北荆州434023）

陈世明，保万明 （中石油吐哈油田分公司吐鲁番采油厂，新疆鄯善838202）

运用CMG中GEM组分模块对挥发性油藏注气驱进行数值模拟研究。首先基于低渗透正韵律地质模型，分别模拟了油藏流体为等组分和考虑组分梯度分布在不同层位注气／生产点的动态特征，用饱和度分布及油气界面张力2项指标展示了不同层位注气／生产时储层中流体物性的变化规律，结果表明对于特殊类型油藏采用数值模拟优选注气驱完井层位时应当充分考虑组分的梯度分布。然后采用正交试验设计方法对挥发性油藏注气驱影响因素进行敏感性分析，给出了挥发性油藏在不同类型储层中的最佳注气方式。表明挥发性油藏注气驱方法研究时应充分考虑油藏流体呈组分梯度分布，据此可以有效地指导该类油藏的注气方法及应用。

挥发性油藏；组分梯度；注气；组分模型；数值模拟

早在1939年Sage等［1］讨论组分分级现象时指出挥发性油藏和富含凝析油的凝析气藏是具有组分梯度分布的特殊油气藏，但直到20世纪80年代初在世界范围内发现大量深层近临界油气藏在垂向上存在明显的组分变化，人们才重新重视该问题的研究，提出在开发该类油藏时应充分考虑组分梯度［2，3］。由于缺乏对该类特殊油藏的足够认识，在进行油藏规模的注气驱组分模拟过程中通常忽略了这种组分梯度分布的特征。笔者在组分数值模拟中考虑组分梯度分布展示不同注气方式的注气效果，并初步优化了不同类型储层的最佳注气方式，为确保在注气驱方案设计时实现注气混相程度最大化提供理论支持。

1 考虑组分梯度分布的计算模型

研究者采用数值模拟方法研究最多的是储层非均质对油藏开采效果的影响，而对于储层中由于流体物性和组成分布不均一所造成的影响通常以划分不同开发层系方式而简单地忽略掉了，这种处理方式长期而广泛地使用在常规黑油油藏的注水开发模式中，一直是油藏制定开发和管理政策的基础。但对于特殊类型的油藏进行注气开采研究时，对于有组分梯度分布的油藏简单地忽略组分在储层的分布影响是不可取的。笔者在文献［3］中统计了国内外文献中涉及到的21组流体组分随埋深而变化的规律，指出对于黑油系统而言，其C＋7组分梯度值随埋深的增大在油区和气区中几乎为0，即在储层中可视为等组分分布；对于挥发油系统在整个油区埋深范围里C＋7组分梯度在（0．01～0．05）mol%／m范围内。

笔者采用组分梯度计算模型［4］，对PB实例挥发性油藏的组分分布情况进行计算。表1为PB油田一典型挥发油样品拟组分表。单次脱气试验测定地层体积系数为2．819，气油比582．9m3／m3，地层原油密度0．5g／cm3。通过拟合参考样品PVT状态方程，运用等温组分梯度模型预测该挥发油油藏油气界面，轻质、重质摩尔组成，原油的物性参数。

表1 PB油田挥发油样品拟组分表

2 影响呈组分梯度分布的挥发性油藏注气驱效果因素讨论

模拟中使用的地质模型和注入气组分是采用笔者在文献［5］的数据体，模拟井距为420m，油层厚度为50m，模型网格划分为11×11×30。模拟整个阶段注采比为1，日注气量折算至地下为150m3。选取油藏不同位置作为注气点／生产井点，展示不同注采方式下的注气生产动态规律。

2．1 注入井／生产井位于不同层位的影响

模拟注气井在油层不同层段进行完井，对比生产井在不同层位的生产状况。为强调油藏考虑组分梯度分布对评价注气驱开发指标的重要性，分别选取了2个不同样品参考点（分别为顶部和中部参考点）的样品组分模型并与等组分模型为基准的开发指标进行对照（图1）。

图1 不同层段注气驱开采6年生产指标直方图（考虑组分梯度／等组分模型）

图1显示注入井／生产井在不同层段完井时考虑不同组分模型时油藏注气驱6年的各个生产指标情况。从图1可以看到，采用不同的组分模型（组分梯度／等组分模型）预测注气驱效果各异。总体表现为在油藏中部注气、底部生产效果较好。以油藏顶部的原油样品组分作为整个油藏组分分布的参考值预测的累积采油量最小；以油藏中部的组分样品作为参考值预测的累积采油量最大；生产井在底部完井时生产气油比最小。

组分模型选取不同造成注气预测效果差异如此之大的原因，一方面是由于不同深度处样品点所对应的原油地层体积系数不同，估计储量有所差异，另一方面是不同油藏深度处原油样品所对应的各组成百分含量不同，虽然设计模型保持地层压力34MPa高于任意深度处的理论最小混相压力，但由于储层的非均质性及扩散作用［6］，造成在油藏不同部分的生产状况各不相同。为了更清晰地理解在不同层段注气混相程度，下面详细展示高压物性参数在各个层段的变化情况。以组分梯度模型为例，展示在储层中不同层段注气时高压流体物性参数随时间的变化趋势。

图2为在储层不同层段处流体物性参数随时间变化趋势图。为了使模拟结果具有可比性，选择离注气井100m不同层位处观察流体物性随时间变化，顶部注气选取（5，1，1）网格，中部选取（5，1，11）网格，底部选取（5，1，21）处的网格。从图2上看到在油层中部注气时（5，1，11）网格对应点处油相饱和度降低到0，油气界面张力几乎为0，注入气与原油体系达到混相；在油层顶部注气时（5，1，1）网格对应点处油相饱和度也降低到0，而在油层底部注气时（5，1，21）处的网格原油残余油饱和度为0．3，油气界面张力随着气体的介入而逐渐升高，说明油气体系没有达到混相状态。

2．2 多因素敏感性分析

以上数值模拟过程中选取的是正韵律地质模型。而在实际油藏中影响注气开采效果的因素很多，归结起来主要是地质因素和生产因素两大部分，对这些因素的单因素分析已经远远满足不了复杂问题研究的需要，在此笔者采用正交试验设计方法将多因素进行耦合分析。将注气点位置的选取作为一影响因素考虑，分别针对不同沉积韵律的非均质油藏注气参数进行影响研究。选择了4个参数、3个水平值的正交表L9（34），每组沉积韵律地质模型研究中只需分别做9次试验就能反映出总共34＝81次试验所代表的规律，表2为注气正交试验设计表。4个参数分别为注气点位置、生产点位置、注入气类型、采油速度。其中注入气类型选择文献［5］中列出的贫气（1＃气）、中等富化度的气体（2＃气）、高富化度气体（3＃气）等3种气体。针对正韵律油藏、反韵律油藏、复合韵律油藏3种沉积韵律模型分别进行试验设计。以数值模拟对应注气1．2PV时的采收率为评价依据，整理出正交试验模拟结果见图3，并计算出各影响参数的级差见表3。

图2 不同层位注气时流体物性随时间变化的曲线

表2 试验设计正交表

图3 影响因素对最终采收率的影响

表3 正交设计模拟结果级差分析表

正交设计分析采用直观分析法，通过图3选取每个图形的最大指标值所对应的水平值，从而确定最优的参数组合方案，结合表3级差分析结果可以分析出各参数对指标影响的主次，寻找出影响指标的主要参数和次要参数。下面分别对正韵律油藏、反韵律油藏、复合韵律油藏3种沉积韵律模型注气驱方法进行阐述。

1）正韵律油藏 图3中注气点位置的模拟结果显示，当在储层中部注气时采收率75．03%，在底部注气时采收率则为69．8%，采收率下降5．23%，选择中部注气效果较好；生产点位置的模拟结果显示，选择在油层底部生产效果较好；注入气类型的模拟结果显示，采用3＃气，即高富化度的气体，生产效果较好；在注采比为1的前提下，合理的采油速度是研究的重点，由于选择水平数的限制，模拟显示出采油速度越大开采效果越好。

表3正交试验级差分析结果显示，对于正韵律分布的非均质油藏，注气驱中各影响因素的主次指标为R（注气类型）＞R（采油速度）＞R（生产点位置）＞R（注气点位置）。

因而对于正韵律分布的油藏注气驱最优方案是：采用3＃注入气以6%的采油速度在油层中部注气，底部生产。

2）反韵律油藏 对于反韵律分布的非均质油藏注气驱总体表现开采效果差。由于储层非均质和宏观扩散作用使得在反韵律分布油藏中注入气类型的选取对最终采收率的影响较小，也就是说油藏的非均质对开采的负面影响远远大于注气驱混相所带来的优势。

因此，反韵律油藏不适宜采用注气驱方式开采。

3）复合韵律油藏 图3所示，复合韵律分布的非均质油藏注气驱开采效果总体表现介于正、反韵律之间。注气点、生产点位置对注气驱开发效果的影响不明显，总体表现为在油藏中部注气中部生产开发效果较好。表3正交试验级差分析结果显示，对于复合韵律分布的非均质油藏注气驱中各影响因素的主次指标为R（注气类型）＞R（采油速度）＞R（注气点位置）＞R（生产点位置）。

因而对于复合韵律分布的油藏注气驱最优方案是：采用3＃注入气以6%的采油速度在油层中部注气，中部生产。

3 结 语

由于挥发性油藏是具有组分梯度分布的特殊油藏，注气驱开采方法应与常规油藏的设计有差异，建议在进行优化设计时采用考虑组分梯度的数值模拟方法对挥发性油藏注气方式进行数值模拟研究。该次数值模拟研究充分考虑挥发性油藏流体组分呈梯度分布的特点，分别展示了采用等组分模型和组分梯度模型中优选注气／生产层位的差异，并采用正交试验设计方法对挥发性油藏注气影响因素进行敏感性分析，给出了挥发性油藏在不同类型储层中的最佳注气方式。利用正交试验设计优化注气驱方法时考虑组分梯度的分布影响，可以将注气驱方案设计得更为合理、科学。

［1］Sage B H，Lacey W N．Gravitational concentration gradients in static columns of hydrocarbon fluids［J］．Trans AIME，1938，132：120～131．

［2］Ali Danesh．油藏流体的PVT与相态［M］．沈平平等译．北京：石油工业出版社，1991．

［3］李菊花．具有组分梯度的挥发性油藏组分分布规律研究［J］．新疆石油地质，2010，31（1）：81～84．

［4］Lars H，Whitson C H．Compositional grading——Theory and practice［J］．SPE63085，2001．

［5］姜涛，李菊花，高文君，等．气水交替驱不稳定渗流特征数值模拟研究［J］．油气地质与采收率，2009，16（1）：47～50．

［6］李菊花，姜涛．多孔介质注气混相驱考虑一维物理扩散的驱替特征及应用［J］．石油天然气学报，2007，29（6）：135～138．

［编辑］ 萧 雨

TE319

A

1000－9752（2012）05－0107－05

2011－12－20

中国石油科技创新基金项目（2010D－5006－0202）。

李菊花（1975－），女，1997年江汉石油学院毕业，博士，副教授，现主要从事油气田开发方面的教学与科研。