低渗透油藏CO2驱气窜影响因素分析及模糊评判预测*

高慧梅 何应付 赵淑霞 马 涛

(中国石化石油勘探开发研究院)

低渗透油藏CO2驱气窜影响因素分析及模糊评判预测*

高慧梅 何应付 赵淑霞 马 涛

(中国石化石油勘探开发研究院)

采用特征参量法推导了低渗透油藏CO2驱相似准则,并分析了影响CO2驱效果和气窜的主要因素;在此基础上,建立了CO2驱气窜模糊评判预测模型,并进行了实际应用,验证了本文模型的准确性和有效性。

低渗透油藏;CO2驱;气窜;相似准则;模糊评判

近年来,随着技术的进步、油价的攀升及环境保护的需要,注CO2提高采收率越来越受到重视[1-4]。但是由于CO2气体密度小、粘度小,储层非均质性强、天然裂缝发育,地层压力低等因素往往导致驱替过程中过早气窜,严重影响了CO2驱替的效果[5-6]。

目前已有的对CO2驱气窜影响因素的分析及气窜严重程度的评价主要是基于CO2驱实施后的动态跟踪[7],该方法虽然较为准确,但是达不到预警及超前治理的目的。本文基于CO2驱相似准则,分析了可能影响CO2驱气窜的主要因素,进而利用模糊评判方法建立了CO2驱气窜预测模型,并进行了油田实例验证。

1 CO2驱相似准则及影响因素分析

相似准则[8]对于如何设计实验、如何选择实验参数和如何处理实验数据等具有十分重要的作用,本文首先推导CO2驱相似准则,并在此基础上分析影响CO2驱的主要因素。

1.1 基本假设与基本方程

考虑一水驱后三维非均质油藏,油藏温度不变,无弥散和化学反应;不考虑吸附,并能瞬时达到热力学平衡;孔隙度和渗透率不随时间变化,相行为分析计算时采用PR-EOS,并假设原油由3个拟组分组成,即轻质组分、中等组分和重质组分;各相流动符合达西定律[9-10]。

水驱后油藏注CO2混相驱的数学模型由质量守恒方程、运动方程、毛细管方程、相平衡方程以及有关辅助方程组成。

1)质量守恒方程

式(1)中:nc为组分个数,在本文中主要考虑4个组分,即CO2、2个原油组分和水;np为相个数,本文主要有三相,即油、气和水;Sj为j相饱和度;ρj为j相密度;vj为j相渗流速度;k—ij为各组分平衡常数;xij为i组分在j相中的浓度分数;φ为孔隙度。

2)运动方程

式(2)中:μj是j相的粘度;pj为j相的压力;K为地层渗透率;Krj为j相相对渗透率;g为重力加速度;其他参数含义同前。

3)毛细管方程

式(3)中:σmj是m相与j相之间的界面张力;J(S)表示J函数;S表示饱和度;其他参数含义同前。

4)相平衡方程

式(4)中:cij为i组分在j相中的浓度。

5)辅助方程

1.2 相似准则

对方程(1)～(6),采用特征参量法可以获得相似准则数群如下:

1)油藏非均质性

2)流度比

3)毛细管数(描述界面张力的影响)

4)油藏倾角

5)重力数

6)原油组成

7)状态方程(压力及温度)

8)原油组成热力学性质

9)油井工作制度

在上述相似准则数群中,Gi为相似准则数,i= 1,2,…,18;L为井距;h为油藏厚度;W为油藏宽度;vinj为注入速度;α为油藏倾角;cI2为第2个组分在第1相中的原始摩尔含量;cJ2为第2个组分在第2相中的原始摩尔含量;p、pci分别为注气前地层压力和组分i的临界压力;T和Tci分别为油藏温度和组分i的临界温度;ωi为组分i的偏心因子;pMMP为最小混相压力;pinj为注入压力;pwf为生产流压。

1.3 CO2驱影响因素分析

对上述18个相似准则数进行分析,可以得出CO2驱油效果主要与油藏特性、储层流体特性和储层岩石特性相关。具体分析每个相似准则数,结果如下。

1)油藏非均质性:渗透率级差、各向异性(沉积相、裂缝)、井距等;

2)流度比:原油粘度、CO2粘度(油藏温度和压力);

3)毛细管数:界面张力(油藏温度和压力)、注入速度、粘度;

4)油藏倾角:井距、倾角;

5)重力数:原油密度、CO2地下密度(油藏温度和压力)、注入速度、油层厚度;

6)状态方程:油藏温度和油藏压力;

7)油井工作制度:注入压力、油井流压、最小混相压力;

8)原油组成:原油粘度和密度。

对上述影响因素进行总结,可以得出影响CO2开发效果的因素包括:油藏渗透率、渗透率级差、裂缝发育程度和方向、油藏倾角、油藏温度、注气前地层压力、原油密度、原油粘度、最小混相压力、注入压力、油井流压、井距。

2 CO2驱气窜模糊评判预测

2.1 构造评价矩阵

不同油藏条件下CO2的作用不同,相应的采油机理亦不尽相同,根据对相似准则数的分析可以得出影响CO2驱主要因素有12个。参考国内研究成果[11-12],增加饱和度指标,并假设油藏倾角为0,建立了低渗透油藏CO2驱气窜分析的评价指标体系,确定CO2驱替气窜模糊评判的单因素评价标准(表1),评价等级分为弱、较弱、一般、较严重和严重等5类。评价影响因素用下述模糊数学公式来表示:

式(7)中:u为CO2驱影响因素。

依据表1对每个因素的评判结果作为评语集R上的模糊子集,即

式(8)中:Ri为对单因素ui的单因素评价集;rim为第i因素对第m评语的隶属度值,m≤5。

表1 CO2驱气窜模糊评判预测评价指标及标准

所有单因素评价集构成评价矩阵,即

式(9)中:R为CO2驱气窜的评判矩阵。

2.2 利用层次分析法确定权重

对上述12个影响因素进行分析,确定的各影响因素相对重要程度为

根据比例标度方法,建立判断矩阵并计算矩阵的特征值,可以获得各因素的权重集X(表2)

表2 CO2驱气窜影响因素综合评判权重分配

由表2可以看出,影响CO2驱气窜的最主要因素是裂缝发育程度、油藏非均质性和注气前地层压力与最小混相压力的比值。

2.3 模糊评判

综合评价集由权重和因素评价矩阵集合得到,即Y=X·R,其中Y为评价集,X为权重集,R为评判对象的评判矩阵。最后利用最大隶属度原则对综合评价集Y进行评价,从而得到综合评判结果。

表3 腰英台油田基本参数

3 实例验证

腰英台油田是一个低孔、特低渗油田,天然裂缝发育,原始含水饱和度高,生产井压裂投产,基本参数见表3。参照表1的评价标准,对该油田先导性试验区各参数进行评价,得到评判矩阵,结合利用层次分析法确定的各因素权重,得到该油田注CO2驱的最终评价结果矩阵为(0.057,0.292,0.117, 0.165,0.369),其最大隶属度为0.369。因此,该油田注CO2驱气窜程度为严重。

按照上述建立的评价方法和评判步骤,对腰英台油田CO2驱先导性试验区主要采油井进行综合评价,注CO2驱生产井评价结果见表4。

表4 腰英台油田CO2驱气窜程度单井评价结果

从表4可以看出,5-2、DB38井给出评语为较弱,目前分别为未见气和气油比300,两者较为吻合;2-10、4-4井给出的评语为严重,目前2-10井对应注入井已停注,停注前的气油比为2400,4-4井目前已停产准备转注,停产前气油比为2500,评价结果与实际情况相符;1-5井评价结果与实际情况基本吻合。上述评判结果与该油田实际情况吻合较好,从而验证了本文模型的准确性和有效性。

4 结论

1)通过推导低渗透油藏CO2驱相似准则,得到了影响CO2驱气窜的12个因素,其中最主要的因素是裂缝发育程度、油藏非均质性和注气前地层压力与最小混相压力的比值。

2)建立了预测CO2驱气窜的模糊评判模型,并在腰英台油田6口生产井中进行了应用评判,结果与实际情况吻合较好,从而验证了本文模型的准确性和有效性。

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(编辑:杨 滨)

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

*国家高技术研究发展计划(863计划)项目(编号:2009AA063406)部分研究成果。

高慧梅,女,2007年毕业于中国石油大学(北京)油气田开发工程专业,获博士学位,现主要从事油田开发方面的研究工作。地址:北京市海淀区中石化勘探开发研究院(邮编:100083)。E-mail:huimeigao@126.com。