油田化学驱开发潜力评价方法与软件研制

于波

(中国石油大学(华东)理学院，山东 青岛 266580)

夏志增

(中国石油大学(华东)石油工程学院，山东 青岛 266580)

杜庆军

(中国石油大学(华东)地球资源与信息学院，山东 青岛 266580)



油田化学驱开发潜力评价方法与软件研制

于波

(中国石油大学(华东)理学院，山东 青岛 266580)

夏志增

(中国石油大学(华东)石油工程学院，山东 青岛 266580)

杜庆军

(中国石油大学(华东)地球资源与信息学院，山东 青岛 266580)

基于Gompertz模型，建立了油田化学驱开发潜力评价方法，包括潜力评价定量表征模型、油藏分类技术、适用度和风险度模型，研制了相应的潜力评价软件。实例应用表明，研制的软件能够综合考虑实施化学驱的技术、经济潜力及风险性，有效完成聚合物驱、二元复合驱的潜力评价，较好地指导油田开发决策。

化学驱；提高采收率；Gompertz模型；软件开发

我国油藏多为陆相沉积且非均质性较为严重，聚合物驱、二元复合驱等化学驱方法具有较好的适应性，能提高原油采收率约10%以上，是目前我国提高采收率的主导技术之一[1～5]。然而，由于开发环境及技术经济要求的特殊性，化学驱的实施具有较高的难度和风险，开展化学驱潜力评价十分必要。

侯健等[6]基于流线模型建立了化学驱潜力评价方法，能够有效考虑多种物理化学现象，但缺乏对风险指标的评估；赵辉等[7]基于蒙特卡洛原理提出了聚合物驱潜力风险性评价方法，能够以概率形式对内部收益率及提高采收率进行评估，但需要在内部收益率及提高采收率对油藏参数、经济参数的敏感性数据已知的情况下，才能进行风险指标的处理，局限性较大。针对上述缺点，笔者基于Gompertz模型提出了化学驱潜力评价方法并研制了相应的软件，能够有效完成对聚合物驱、二元复合驱等化学驱方法多项经济技术及风险性指标的综合评价。

1　化学驱潜力评价方法

1.1提高采收率定量表征模型

在油田生产过程中，许多生产指标如年产量、累计产量及含水率等都表现出S形的增长趋势，Gompertz模型是描述该趋势的常见模型[8]。Gompertz模型既存在极限值，其导数曲线又能反映出增油量曲线的非对称性，具有简单、外推性较好的特点。基于此建立了描述化学驱阶段提高采出程度的定量表征模型[9]:

ΔR=aexp(-exp(b-cNinj))

(1)

式中：ΔR为化学驱阶段的提高采出程度，%；Ninj为化学驱阶段累计注入量，PV；a、b、c为模型特征参数，三者为地层原油黏度、聚合物黏度、界面张力、地层温度、地层水矿化度、钙镁离子浓度及化学驱开始时含水率等的函数[9]。

该定量表征模型的特征参数具有明确的物理意义，如图1所示，特征参数a反映极限情况下的提高采收率值，b/c反映提高采收程度曲线拐点(斜率最大处)的累计注入量。

如图2所示，研究各化学驱开采效果影响因素(地层原油黏度、地层温度、地层水矿化度、钙镁离子含量和注聚时机)对特征参数a、b、c的影响规律，建立多元回归关系模型，在此基础上可进行化学驱的潜力预测，计算出提高采收率值和内部收益率。

图1　提高采出程度和无量纲增油量与累计注入量的关系　　　　图2　化学驱潜力预测基本思路示意图

1.2油藏分类技术

采用星座图聚类方法对适合化学驱的油藏进行分类。星座图聚类根据同类相聚、异类相离原理，通过数学运算，类似事物的坐标点聚在一起，适合油藏类型的划分。

星座图聚类的具体步骤如下：

1)对原始数据进行无量纲极差变换，使其值落在[0,π]内，变换表达式:

(2)

式中：Qij为i油藏参数j经变换后的值；Xij为i油藏参数j的值；Xjmin、Xjmax分别为所评价油藏中参数j的最小值和最大值。

2)确定各指标的权重。根据该次分类需要，将地层原油黏度、地层水矿化度和油藏温度确定为考虑影响油田化学驱效果的3个主要因素。它们的权重可分别取为0.4、0.4、0.2。

3)计算坐标值。星座图中各点分布于半圆范围内，某油藏的坐标值p为：

p(WtcosQit+WμcosQiμ+WccosQic,WtsinQit+WμsinQiμ+WcsinQic)

(3)

图3　星座图分类示意图

式中：Qit、Qiμ、Qic分别为i油藏的油藏温度、地层原油黏度和地层水矿化度无量纲变换后的值；Wt、Wμ、Wc分别为油藏温度、地层原油黏度和地层水矿化度的权重。

4)绘制星座图，将坐标点相近的油藏归为一类。图3为分类示意图。

1.3适用度及风险度模型

化学驱开发具有一定的风险，引入适用度和风险度对化学驱方法的适用性及风险性进行定量表征。

适用度反映油藏实施该化学驱效果的好坏，其值越接近于1效果越好，反之越差，其定义为：

(4)

式中：FD为适用度，1；R为采收率的提高值，1；IRR为内部收益率，1；ω为权重，提高采收率权重ωR可取为0.3，内部收益率权重ωIRR可取为0.7；下标max和min分别表示在所评价的区块中，某化学驱方法对应的内部收益率及提高采收率的最大值与最小值。

风险度反映不同油价对内部收益率的影响程度，其值越大，风险性越高，反之越低，其定义为：

(5)

2　潜力评价软件的研制

2.1软件功能

化学驱潜力评价软件基于以Gompertz模型为基础的潜力评价方法，由VB.net 2008 程序语言开发完成，能够批量实现对聚合物驱、二元复合驱等化学驱方法多项经济技术及风险性指标的综合评价。软件界面友好，操作流程清晰，评价结果以表格和曲线方式呈现，清晰直观。

2.2软件结构

2.2.1软件界面

软件界面引导用户逐步完成包括参数输入、油藏筛选、潜力评价和适用度风险度分析等在内的潜力评价过程。支持对界限指标、经济参数、潜力模型等的自定义修改。用户可使用面板录入基础参数，也可通过数据文件加载。

2.2.2软件模块结构

软件主要包括参数输入、油藏筛选、潜力评价及适用度风险度分析4个模块。其中，参数输入模块主要为后续油藏筛选及潜力评价提供基础信息，包括区块信息、潜力预测模型和经济参数输入3部分；油藏筛选模块主要根据筛选指标对油藏实施化学驱的可行性进行筛选；潜力评价模块主要对适合化学驱开发的油藏进行潜力计算；风险度及适用度分析模块主要在潜力评价基础上对化学驱开发进行风险评估。其中，油藏筛选明细包括各油藏进行化学驱(聚合物驱、二元复合驱)开发的适应性信息；潜力评价明细包括提高采收率、增加可采储量、提高采出程度曲线等；适用度风险度分析明细包括不同原油价格下的内部收益率、适用度及风险度等。软件评价明细结果可导出到Excel文件。

3　实例应用

以我国某油田为目标区域，进行了化学驱的潜力评价。以其中的SZ-A油田为例进行分析。该油田储层发育，连通性好，油层分布稳定。地质储量29788×104m3，储层孔隙度26%～37%，渗透率2000mD，油层温度65℃，地下原油黏度60mPa·s，地层水总矿化度6000mg/L，钙镁离子质量浓度600mg/L，转化学驱时的含水率为75%。

在SZ-A油田的参数条件下，实施聚合物驱时，潜力预测模型特征参数的多元回归模型如下：

5.9087×10-1fwp-21.5560

(6)

(7)

(8)

实施二元复合驱时，潜力预测模型特征参数的多元回归模型如下：

a=8.1504×10-1ln(μo)+2.3765ln(μp)-1.6567×10-1fwp-3.7402×

10-1lg(Fit)+14.5170

(9)

(10)

6.1880×10-1fwp-1.7295×10-2(lg(Fit))2-1.6490×10-2lg(Fit)-19.6200

(11)

其中，聚合物黏度模型和界面张力模型分别如下：

(12)

lg(Fit)=7.1817-4.7076×10-1t+5.9538×10-3t2-2.3024×10-5t3+

(13)

式中：μo为地层原油黏度，mPa·s；t为地层温度，℃；C1为地层水矿化度，mg/L；C2为钙镁离子质量浓度，mg/L；fwp为化学驱开始时的含水率，%；μp为聚合物黏度，mPa·s；Fit为界面张力，mN/m。

图4　SZ-A油田提高采出程度预测曲线

将SZ-A油田油藏参数代入式(6)～式(13)，得到该油田实施聚合物驱时的模型特征参数a、b、c分别为8.73、2.45、6.74，而实施二元复合驱时的模型特征参数a、b、c分别为11.45、2.47、6.95。图4为SZ-A油田的提高采出程度预测曲线。

SZ-A油田的油藏类型划分为Ⅱ类，预测实施聚合物驱和二元复合驱的采收率提高值分别为8.73%和11.45%，可分别增加可采储量2600×104m3和3410×104m3。当油价为60美元/桶时，内部收益率分别为115.21%和105.80%；适用度分别为0.7101和0.5940；风险度分别为0.3384和0.3801。因此，对SZ-A油田实施聚合物驱和二元复合驱开发，技术和经济潜力均较大，且具有较高的适用度和较低的风险度，能获得较好的开发效果。

4　结论

建立了化学驱潜力评价方法，包括潜力评价定量表征模型、油藏分类技术、风险度和适用度模型。研制了可用于化学驱潜力评价的软件，软件操作方便，界面友好，能够有效完成对油田聚合物驱及二元复合驱的潜力评价。实例应用表明，研制的潜力评价软件能够得到包括提高采收率、内部收益率、风险度及适用度等在内的多项经济技术及风险性指标，处理效率高，具有较好的实用性。

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[编辑]黄鹂

2016-03-10

国家科技重大专项(2016ZX05025-003)。

于波(1973-)，女，高级实验师，现从事应用物理与油气田开发方面的工作，yubo_upc@126.com。

TE319

A

1673-1409(2016)26-0046-04

[引著格式]于波，夏志增，杜庆军.油田化学驱开发潜力评价方法与软件研制[J].长江大学学报(自科版),2016,13(26):46～49.