考慮組分呈梯度分布的揮發(fā)性油藏注氣驅(qū)數(shù)值模擬研究

李菊花 （油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長(zhǎng)江大學(xué)））（湖北省油氣鉆采工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長(zhǎng)江大學(xué)），湖北荊州434023）

姜 濤 （湖北省油氣鉆采工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長(zhǎng)江大學(xué)）；長(zhǎng)江大學(xué)科技處，湖北荊州434023）

陳世明，保萬明 （中石油吐哈油田分公司吐魯番采油廠，新疆鄯善838202）

考慮組分呈梯度分布的揮發(fā)性油藏注氣驅(qū)數(shù)值模擬研究

李菊花 （油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長(zhǎng)江大學(xué)））（湖北省油氣鉆采工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長(zhǎng)江大學(xué)），湖北荊州434023）

姜 濤 （湖北省油氣鉆采工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長(zhǎng)江大學(xué)）；長(zhǎng)江大學(xué)科技處，湖北荊州434023）

陳世明，保萬明 （中石油吐哈油田分公司吐魯番采油廠，新疆鄯善838202）

運(yùn)用CMG中GEM組分模塊對(duì)揮發(fā)性油藏注氣驅(qū)進(jìn)行數(shù)值模擬研究。首先基于低滲透正韻律地質(zhì)模型，分別模擬了油藏流體為等組分和考慮組分梯度分布在不同層位注氣／生產(chǎn)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)特征，用飽和度分布及油氣界面張力2項(xiàng)指標(biāo)展示了不同層位注氣／生產(chǎn)時(shí)儲(chǔ)層中流體物性的變化規(guī)律，結(jié)果表明對(duì)于特殊類型油藏采用數(shù)值模擬優(yōu)選注氣驅(qū)完井層位時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮組分的梯度分布。然后采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)揮發(fā)性油藏注氣驅(qū)影響因素進(jìn)行敏感性分析，給出了揮發(fā)性油藏在不同類型儲(chǔ)層中的最佳注氣方式。表明揮發(fā)性油藏注氣驅(qū)方法研究時(shí)應(yīng)充分考慮油藏流體呈組分梯度分布，據(jù)此可以有效地指導(dǎo)該類油藏的注氣方法及應(yīng)用。

揮發(fā)性油藏；組分梯度；注氣；組分模型；數(shù)值模擬

早在1939年Sage等［1］討論組分分級(jí)現(xiàn)象時(shí)指出揮發(fā)性油藏和富含凝析油的凝析氣藏是具有組分梯度分布的特殊油氣藏，但直到20世紀(jì)80年代初在世界范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量深層近臨界油氣藏在垂向上存在明顯的組分變化，人們才重新重視該問題的研究，提出在開發(fā)該類油藏時(shí)應(yīng)充分考慮組分梯度［2，3］。由于缺乏對(duì)該類特殊油藏的足夠認(rèn)識(shí)，在進(jìn)行油藏規(guī)模的注氣驅(qū)組分模擬過程中通常忽略了這種組分梯度分布的特征。筆者在組分?jǐn)?shù)值模擬中考慮組分梯度分布展示不同注氣方式的注氣效果，并初步優(yōu)化了不同類型儲(chǔ)層的最佳注氣方式，為確保在注氣驅(qū)方案設(shè)計(jì)時(shí)實(shí)現(xiàn)注氣混相程度最大化提供理論支持。

1 考慮組分梯度分布的計(jì)算模型

研究者采用數(shù)值模擬方法研究最多的是儲(chǔ)層非均質(zhì)對(duì)油藏開采效果的影響，而對(duì)于儲(chǔ)層中由于流體物性和組成分布不均一所造成的影響通常以劃分不同開發(fā)層系方式而簡(jiǎn)單地忽略掉了，這種處理方式長(zhǎng)期而廣泛地使用在常規(guī)黑油油藏的注水開發(fā)模式中，一直是油藏制定開發(fā)和管理政策的基礎(chǔ)。但對(duì)于特殊類型的油藏進(jìn)行注氣開采研究時(shí)，對(duì)于有組分梯度分布的油藏簡(jiǎn)單地忽略組分在儲(chǔ)層的分布影響是不可取的。筆者在文獻(xiàn)［3］中統(tǒng)計(jì)了國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中涉及到的21組流體組分隨埋深而變化的規(guī)律，指出對(duì)于黑油系統(tǒng)而言，其C＋7組分梯度值隨埋深的增大在油區(qū)和氣區(qū)中幾乎為0，即在儲(chǔ)層中可視為等組分分布；對(duì)于揮發(fā)油系統(tǒng)在整個(gè)油區(qū)埋深范圍里C＋7組分梯度在（0．01～0．05）mol%／m范圍內(nèi)。

筆者采用組分梯度計(jì)算模型［4］，對(duì)PB實(shí)例揮發(fā)性油藏的組分分布情況進(jìn)行計(jì)算。表1為PB油田一典型揮發(fā)油樣品擬組分表。單次脫氣試驗(yàn)測(cè)定地層體積系數(shù)為2．819，氣油比582．9m3／m3，地層原油密度0．5g／cm3。通過擬合參考樣品PVT狀態(tài)方程，運(yùn)用等溫組分梯度模型預(yù)測(cè)該揮發(fā)油油藏油氣界面，輕質(zhì)、重質(zhì)摩爾組成，原油的物性參數(shù)。

表1 PB油田揮發(fā)油樣品擬組分表

2 影響呈組分梯度分布的揮發(fā)性油藏注氣驅(qū)效果因素討論

模擬中使用的地質(zhì)模型和注入氣組分是采用筆者在文獻(xiàn)［5］的數(shù)據(jù)體，模擬井距為420m，油層厚度為50m，模型網(wǎng)格劃分為11×11×30。模擬整個(gè)階段注采比為1，日注氣量折算至地下為150m3。選取油藏不同位置作為注氣點(diǎn)／生產(chǎn)井點(diǎn)，展示不同注采方式下的注氣生產(chǎn)動(dòng)態(tài)規(guī)律。

2．1 注入井／生產(chǎn)井位于不同層位的影響

模擬注氣井在油層不同層段進(jìn)行完井，對(duì)比生產(chǎn)井在不同層位的生產(chǎn)狀況。為強(qiáng)調(diào)油藏考慮組分梯度分布對(duì)評(píng)價(jià)注氣驅(qū)開發(fā)指標(biāo)的重要性，分別選取了2個(gè)不同樣品參考點(diǎn)（分別為頂部和中部參考點(diǎn)）的樣品組分模型并與等組分模型為基準(zhǔn)的開發(fā)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)照（圖1）。

圖1 不同層段注氣驅(qū)開采6年生產(chǎn)指標(biāo)直方圖（考慮組分梯度／等組分模型）

圖1顯示注入井／生產(chǎn)井在不同層段完井時(shí)考慮不同組分模型時(shí)油藏注氣驅(qū)6年的各個(gè)生產(chǎn)指標(biāo)情況。從圖1可以看到，采用不同的組分模型（組分梯度／等組分模型）預(yù)測(cè)注氣驅(qū)效果各異?？傮w表現(xiàn)為在油藏中部注氣、底部生產(chǎn)效果較好。以油藏頂部的原油樣品組分作為整個(gè)油藏組分分布的參考值預(yù)測(cè)的累積采油量最??；以油藏中部的組分樣品作為參考值預(yù)測(cè)的累積采油量最大；生產(chǎn)井在底部完井時(shí)生產(chǎn)氣油比最小。

組分模型選取不同造成注氣預(yù)測(cè)效果差異如此之大的原因，一方面是由于不同深度處樣品點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的原油地層體積系數(shù)不同，估計(jì)儲(chǔ)量有所差異，另一方面是不同油藏深度處原油樣品所對(duì)應(yīng)的各組成百分含量不同，雖然設(shè)計(jì)模型保持地層壓力34MPa高于任意深度處的理論最小混相壓力，但由于儲(chǔ)層的非均質(zhì)性及擴(kuò)散作用［6］，造成在油藏不同部分的生產(chǎn)狀況各不相同。為了更清晰地理解在不同層段注氣混相程度，下面詳細(xì)展示高壓物性參數(shù)在各個(gè)層段的變化情況。以組分梯度模型為例，展示在儲(chǔ)層中不同層段注氣時(shí)高壓流體物性參數(shù)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。

圖2為在儲(chǔ)層不同層段處流體物性參數(shù)隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖。為了使模擬結(jié)果具有可比性，選擇離注氣井100m不同層位處觀察流體物性隨時(shí)間變化，頂部注氣選?。?，1，1）網(wǎng)格，中部選?。?，1，11）網(wǎng)格，底部選?。?，1，21）處的網(wǎng)格。從圖2上看到在油層中部注氣時(shí)（5，1，11）網(wǎng)格對(duì)應(yīng)點(diǎn)處油相飽和度降低到0，油氣界面張力幾乎為0，注入氣與原油體系達(dá)到混相；在油層頂部注氣時(shí)（5，1，1）網(wǎng)格對(duì)應(yīng)點(diǎn)處油相飽和度也降低到0，而在油層底部注氣時(shí)（5，1，21）處的網(wǎng)格原油殘余油飽和度為0．3，油氣界面張力隨著氣體的介入而逐漸升高，說明油氣體系沒有達(dá)到混相狀態(tài)。

2．2 多因素敏感性分析

以上數(shù)值模擬過程中選取的是正韻律地質(zhì)模型。而在實(shí)際油藏中影響注氣開采效果的因素很多，歸結(jié)起來主要是地質(zhì)因素和生產(chǎn)因素兩大部分，對(duì)這些因素的單因素分析已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了復(fù)雜問題研究的需要，在此筆者采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法將多因素進(jìn)行耦合分析。將注氣點(diǎn)位置的選取作為一影響因素考慮，分別針對(duì)不同沉積韻律的非均質(zhì)油藏注氣參數(shù)進(jìn)行影響研究。選擇了4個(gè)參數(shù)、3個(gè)水平值的正交表L9（34），每組沉積韻律地質(zhì)模型研究中只需分別做9次試驗(yàn)就能反映出總共34＝81次試驗(yàn)所代表的規(guī)律，表2為注氣正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表。4個(gè)參數(shù)分別為注氣點(diǎn)位置、生產(chǎn)點(diǎn)位置、注入氣類型、采油速度。其中注入氣類型選擇文獻(xiàn)［5］中列出的貧氣（1＃氣）、中等富化度的氣體（2＃氣）、高富化度氣體（3＃氣）等3種氣體。針對(duì)正韻律油藏、反韻律油藏、復(fù)合韻律油藏3種沉積韻律模型分別進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)。以數(shù)值模擬對(duì)應(yīng)注氣1．2PV時(shí)的采收率為評(píng)價(jià)依據(jù)，整理出正交試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果見圖3，并計(jì)算出各影響參數(shù)的級(jí)差見表3。

圖2 不同層位注氣時(shí)流體物性隨時(shí)間變化的曲線

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)正交表

圖3 影響因素對(duì)最終采收率的影響

表3 正交設(shè)計(jì)模擬結(jié)果級(jí)差分析表

正交設(shè)計(jì)分析采用直觀分析法，通過圖3選取每個(gè)圖形的最大指標(biāo)值所對(duì)應(yīng)的水平值，從而確定最優(yōu)的參數(shù)組合方案，結(jié)合表3級(jí)差分析結(jié)果可以分析出各參數(shù)對(duì)指標(biāo)影響的主次，尋找出影響指標(biāo)的主要參數(shù)和次要參數(shù)。下面分別對(duì)正韻律油藏、反韻律油藏、復(fù)合韻律油藏3種沉積韻律模型注氣驅(qū)方法進(jìn)行闡述。

1）正韻律油藏 圖3中注氣點(diǎn)位置的模擬結(jié)果顯示，當(dāng)在儲(chǔ)層中部注氣時(shí)采收率75．03%，在底部注氣時(shí)采收率則為69．8%，采收率下降5．23%，選擇中部注氣效果較好；生產(chǎn)點(diǎn)位置的模擬結(jié)果顯示，選擇在油層底部生產(chǎn)效果較好；注入氣類型的模擬結(jié)果顯示，采用3＃氣，即高富化度的氣體，生產(chǎn)效果較好；在注采比為1的前提下，合理的采油速度是研究的重點(diǎn)，由于選擇水平數(shù)的限制，模擬顯示出采油速度越大開采效果越好。

表3正交試驗(yàn)級(jí)差分析結(jié)果顯示，對(duì)于正韻律分布的非均質(zhì)油藏，注氣驅(qū)中各影響因素的主次指標(biāo)為R（注氣類型）＞R（采油速度）＞R（生產(chǎn)點(diǎn)位置）＞R（注氣點(diǎn)位置）。

因而對(duì)于正韻律分布的油藏注氣驅(qū)最優(yōu)方案是：采用3＃注入氣以6%的采油速度在油層中部注氣，底部生產(chǎn)。

2）反韻律油藏 對(duì)于反韻律分布的非均質(zhì)油藏注氣驅(qū)總體表現(xiàn)開采效果差。由于儲(chǔ)層非均質(zhì)和宏觀擴(kuò)散作用使得在反韻律分布油藏中注入氣類型的選取對(duì)最終采收率的影響較小，也就是說油藏的非均質(zhì)對(duì)開采的負(fù)面影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于注氣驅(qū)混相所帶來的優(yōu)勢(shì)。

因此，反韻律油藏不適宜采用注氣驅(qū)方式開采。

3）復(fù)合韻律油藏 圖3所示，復(fù)合韻律分布的非均質(zhì)油藏注氣驅(qū)開采效果總體表現(xiàn)介于正、反韻律之間。注氣點(diǎn)、生產(chǎn)點(diǎn)位置對(duì)注氣驅(qū)開發(fā)效果的影響不明顯，總體表現(xiàn)為在油藏中部注氣中部生產(chǎn)開發(fā)效果較好。表3正交試驗(yàn)級(jí)差分析結(jié)果顯示，對(duì)于復(fù)合韻律分布的非均質(zhì)油藏注氣驅(qū)中各影響因素的主次指標(biāo)為R（注氣類型）＞R（采油速度）＞R（注氣點(diǎn)位置）＞R（生產(chǎn)點(diǎn)位置）。

因而對(duì)于復(fù)合韻律分布的油藏注氣驅(qū)最優(yōu)方案是：采用3＃注入氣以6%的采油速度在油層中部注氣，中部生產(chǎn)。

3 結(jié) 語

由于揮發(fā)性油藏是具有組分梯度分布的特殊油藏，注氣驅(qū)開采方法應(yīng)與常規(guī)油藏的設(shè)計(jì)有差異，建議在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)采用考慮組分梯度的數(shù)值模擬方法對(duì)揮發(fā)性油藏注氣方式進(jìn)行數(shù)值模擬研究。該次數(shù)值模擬研究充分考慮揮發(fā)性油藏流體組分呈梯度分布的特點(diǎn)，分別展示了采用等組分模型和組分梯度模型中優(yōu)選注氣／生產(chǎn)層位的差異，并采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)揮發(fā)性油藏注氣影響因素進(jìn)行敏感性分析，給出了揮發(fā)性油藏在不同類型儲(chǔ)層中的最佳注氣方式。利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化注氣驅(qū)方法時(shí)考慮組分梯度的分布影響，可以將注氣驅(qū)方案設(shè)計(jì)得更為合理、科學(xué)。

［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．油藏流體的PVT與相態(tài)［M］．沈平平等譯．北京：石油工業(yè)出版社，1991．

［3］李菊花．具有組分梯度的揮發(fā)性油藏組分分布規(guī)律研究［J］．新疆石油地質(zhì)，2010，31（1）：81～84．

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

［5］姜濤，李菊花，高文君，等．氣水交替驅(qū)不穩(wěn)定滲流特征數(shù)值模擬研究［J］．油氣地質(zhì)與采收率，2009，16（1）：47～50．

［6］李菊花，姜濤．多孔介質(zhì)注氣混相驅(qū)考慮一維物理擴(kuò)散的驅(qū)替特征及應(yīng)用［J］．石油天然氣學(xué)報(bào)，2007，29（6）：135～138．

［編輯］ 蕭 雨

TE319

A

1000－9752（2012）05－0107－05

2011－12－20

中國(guó)石油科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目（2010D－5006－0202）。

李菊花（1975－），女，1997年江漢石油學(xué)院畢業(yè)，博士，副教授，現(xiàn)主要從事油氣田開發(fā)方面的教學(xué)與科研。