低滲透油藏CO2變周期氣水交替注入氣水比理論設(shè)計(jì)

侯剛剛, 楊 勇, 王 偉, 蔡國(guó)新, 劉同敬*, 侯吉瑞

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)非常規(guī)油氣科學(xué)技術(shù)研究院，北京 102249；2.勝利油田有限公司地質(zhì)科學(xué)研究院，東營(yíng) 257015；3.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司,陜西省二氧化碳地質(zhì)封存與提高采收率重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710075)

CO2驅(qū)是一種能夠大幅提高原油采收率的三次采油方法，包括水氣交替驅(qū)(water alternating gas,WAG)和連續(xù)氣驅(qū)等不同的CO2注入方式[1]。大量開(kāi)發(fā)實(shí)踐證明，對(duì)于低滲透油藏，甚至特低滲油藏，WAG的開(kāi)發(fā)效果要明顯優(yōu)于連續(xù)氣驅(qū)[2-6]。這是由于WAG有利于形成氣水混相，從而達(dá)到抑制氣竄、補(bǔ)充地層能量、提高CO2驅(qū)油效率的目的[7-9]。

氣水比是WAG方案設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，用來(lái)表征一個(gè)WAG周期內(nèi)，注入氣量與注入水量的比值。氣水比過(guò)大，容易造成脫氣形成氣竄，降低CO2的驅(qū)油效率；氣水比過(guò)小，CO2含量過(guò)低，CO2降低原油黏度和油-氣系統(tǒng)的界面張力、提高驅(qū)替效率和地層彈性能量的作用無(wú)法充分發(fā)揮。因此，氣水比設(shè)計(jì)是否合理，直接關(guān)系到WAG方案的最終開(kāi)發(fā)效果。中外現(xiàn)有的WAG參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法中，氣水比取值通常采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬方法或者經(jīng)驗(yàn)參數(shù)方法來(lái)確定。其中，白素等[10]、楊紅等[11]、王璐等[12]通過(guò)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選WAG最佳注入?yún)?shù)，得到低孔低滲油藏的最佳氣水比為1∶1或者1∶2。李蒙蒙等[13]、羅行[14]、王歡等[15]、劉金菊[16]通過(guò)數(shù)值模擬方法，在優(yōu)選WAG最佳注入?yún)?shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了主要WAG參數(shù)的敏感性，得出了CO2注入量和氣水比對(duì)開(kāi)發(fā)效果的影響最顯著，要遠(yuǎn)大于其他WAG參數(shù)的結(jié)論。靳丹丹[17]通過(guò)對(duì)實(shí)際油田WAG生產(chǎn)效果的對(duì)比分析，給出了氣水比等參數(shù)的取值建議。

由此可見(jiàn)，氣水比是WAG參數(shù)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵因素，但是目前尚無(wú)理論方面的相關(guān)研究。在油藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中，各相滲透率會(huì)隨著各相飽和度的變化而不斷變化。而各相滲透率的變化，必然會(huì)引起各相分流率以及氣水比等參數(shù)的變化。因此，氣水比在整個(gè)油藏開(kāi)發(fā)過(guò)程不應(yīng)為一個(gè)常數(shù)，而是一個(gè)變量，由此提出變周期WAG氣水比理論設(shè)計(jì)的概念。

從油、氣、水三相的滲流力學(xué)原理出發(fā)，借助三相相對(duì)滲透率表征模型，建立各相飽和度與相對(duì)滲透率間的函數(shù)關(guān)系。得到各相飽和度與流度、氣水比、流度偏離系數(shù)等相關(guān)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，其中，流度偏離系數(shù)為引入的新參數(shù)，考察氣水兩相流動(dòng)能力偏離水的流動(dòng)能力幅度。由此可以繪制出三相飽和度與氣水比和流度偏離系數(shù)的關(guān)系圖版，初步確定三相流動(dòng)范圍內(nèi)氣水比和流度偏離系數(shù)各自的取值范圍。通過(guò)分析流度偏離系數(shù)和氣水比關(guān)系曲線的特征點(diǎn)與含水飽和度之間的相互關(guān)系，最終確定變周期WAG氣水比理論取值的合理范圍。

1 三相相對(duì)滲透率表征

1.1 理論模型表征方法

根據(jù)前人的研究結(jié)果，當(dāng)?shù)叵铝黧w為油、氣、水三相共存時(shí)，氣相和水相的相對(duì)滲透率可分別利用油氣兩相和油水兩相的相對(duì)滲透率表征模型來(lái)計(jì)算；油相的相對(duì)滲透率則需要借助Stone模型，建立油氣水三相的關(guān)聯(lián)關(guān)系來(lái)表征。

1.1.1 氣相相對(duì)滲透率

當(dāng)油、氣、水三相共存時(shí)，氣相相對(duì)滲透率利用油氣兩相混合流體時(shí)，所對(duì)應(yīng)的氣相相對(duì)滲透率模型來(lái)表征，其表達(dá)式為

(1)

式(1)中：Krg為油氣兩相相對(duì)滲透率曲線對(duì)應(yīng)的氣相相對(duì)滲透率；Krgmax為油氣兩相相對(duì)滲透率曲線中氣相相對(duì)滲透率曲線的最大值(特征值)；Sg為含氣飽和度；Sgc為油氣兩相相對(duì)滲透率曲線對(duì)應(yīng)的滯留氣飽和度；Sorg為油氣兩相相對(duì)滲透率曲線對(duì)應(yīng)的殘余油飽和度；ng為油氣兩相相對(duì)滲透率曲線對(duì)應(yīng)的氣相相對(duì)滲透率函數(shù)表達(dá)式的冪指數(shù)。

1.1.2 水相相對(duì)滲透率

當(dāng)油、氣、水三相共存時(shí)，水相相對(duì)滲透率利用油水兩相混合流體時(shí)，所對(duì)應(yīng)的水相相對(duì)滲透率模型來(lái)表征，其表達(dá)式為

(2)

式(2)中：Krw為油水兩相相對(duì)滲透率曲線對(duì)應(yīng)的水相相對(duì)滲透率；Krwmax為油水兩相相對(duì)滲透率曲線中水相相對(duì)滲透率曲線的最大值(特征值)；Sw為含水飽和度；Swc為油水兩相相對(duì)滲透率曲線對(duì)應(yīng)的束縛水飽和度；Sorw為油水兩相相對(duì)滲透率曲線對(duì)應(yīng)的殘余油飽和度；nw為油水兩相相對(duì)滲透率曲線對(duì)應(yīng)的水相相對(duì)滲透率函數(shù)表達(dá)式的冪指數(shù)。

1.1.3 油相相對(duì)滲透率

當(dāng)油、氣、水三相共存時(shí)，油相相對(duì)滲透率不能直接用兩相相對(duì)滲透率模型中的油相表達(dá)式，需要借助Stone模型來(lái)獲得。

對(duì)于油氣兩相的混合流體，其油相相對(duì)滲透率的表達(dá)式為

(3)

對(duì)于油水兩相的混合流體，其油相相對(duì)滲透率的表達(dá)式為

(4)

Stone模型給出的油、氣、水三相流體中，油相相對(duì)滲透率的表達(dá)式為

(5)

式中：Krog為油氣兩相相對(duì)滲透率曲線對(duì)應(yīng)的油相相對(duì)滲透率；Krogmax為油氣兩相相對(duì)滲透率曲線中油相相對(duì)滲透率曲線的最大值(特征值)；Krow為油水兩相相對(duì)滲透率曲線對(duì)應(yīng)的油相相對(duì)滲透率；Krowmax為油水兩相相對(duì)滲透率曲線中油相相對(duì)滲透率曲線的最大值(特征值)；So為含油飽和度；Sorg為油氣兩相相對(duì)滲透率曲線對(duì)應(yīng)的殘余油飽和度；Sgc為油氣兩相相對(duì)滲透率曲線對(duì)應(yīng)的滯留氣飽和度；Sorw為油水兩相相對(duì)滲透率曲線對(duì)應(yīng)的殘余油飽和度；Swc為油水兩相相對(duì)滲透率曲線對(duì)應(yīng)的束縛水飽和度；nog為油氣兩相相對(duì)滲透率曲線對(duì)應(yīng)的油相相對(duì)滲透率函數(shù)表達(dá)式的冪指數(shù)；now為油水兩相相對(duì)滲透率曲線對(duì)應(yīng)的油相相對(duì)滲透率函數(shù)表達(dá)式的冪指數(shù)。

1.2 目標(biāo)區(qū)塊函數(shù)的建立

以延長(zhǎng)油田某低滲透油藏X區(qū)塊的實(shí)際參數(shù)為例，介紹三相相對(duì)滲透率理論模型表征函數(shù)的確定方法，具體分為以下幾個(gè)步驟。

第1步：根據(jù)目標(biāo)區(qū)塊實(shí)際油氣兩相相對(duì)滲透率曲線和油水兩相相對(duì)滲透率曲線，確定曲線特征參數(shù)。

第2步：將曲線特征參數(shù)代入式(1)～式(4)，分別擬合油氣兩相相對(duì)滲透率曲線和油水兩相相對(duì)滲透率曲線，得到冪指數(shù)n。

第3步：將冪指數(shù)n代入式(1)～式(5)，即可得到三相相對(duì)滲透率理論模型表征函數(shù)。

目標(biāo)區(qū)塊油氣兩相和油水兩相的相對(duì)滲透率曲線的特征參數(shù)值如表1所示。

將表1中的特征值代入式(1)～式(4)進(jìn)行曲線擬合，冪指數(shù)n的擬合結(jié)果分別為：ng=2.5，nog=3.2，nw=1.1，now=1.6，擬合曲線如圖1、圖2所示。

表1 目標(biāo)區(qū)塊實(shí)際相滲曲線特征值Table 1 Characteristic values of the actual phase permeability curve in the target block

圖1 目標(biāo)區(qū)塊油氣相對(duì)滲透率曲線擬合Fig.1 Oil and gas relative permeability curve fitting of the target block

圖2 目標(biāo)區(qū)塊油水相對(duì)滲透率曲線擬合Fig.2 Oil and water relative permeability curve fitting of the target block

因此，目標(biāo)區(qū)塊油氣兩相時(shí)，氣相和油相的相對(duì)滲透率的表達(dá)式分別為

(6)

(7)

目標(biāo)區(qū)塊油水兩相時(shí)，水相和油相的相對(duì)滲透率的表達(dá)式分別為

(8)

(9)

將式(6)～式(9)及表1中的特征值代入式(5)，得到油氣水三相時(shí)，油相相對(duì)滲透率的表達(dá)式為

(10)

2 變周期WAG氣水比相關(guān)參數(shù)

2.1 相關(guān)參數(shù)表征函數(shù)

根據(jù)前面對(duì)三相相對(duì)滲透率表征函數(shù)的研究結(jié)果可知，各相相對(duì)滲透率是飽和度的函數(shù)。因此，在油藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中，各相滲透率會(huì)隨著各相飽和度的變化而不斷變化。各相滲透率的變化就會(huì)引起各相分流率以及氣水比等參數(shù)的變化，因此，氣水比在整個(gè)油藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中是一個(gè)變化的量，而非一個(gè)常量。由此提出變周期WAG氣水比理論設(shè)計(jì)的概念。

當(dāng)油氣水三相時(shí)，水相分流率的表達(dá)式為

(11)

因此，氣、水、油各相的分流率的表達(dá)式為

(12)

從而得到氣水兩相的分流率比，即氣水比的表達(dá)式為

(13)

引入一個(gè)新參數(shù)——流度偏離系數(shù)，考察氣水兩相流動(dòng)能力偏離水的流動(dòng)能力幅度，定義其表達(dá)式為

(14)

式中：i=g、w、o，分別代表氣、水、油；f為分流率；Q為產(chǎn)量，cm3；K為滲透率，D；μ為黏度，mPa·s；A為滲流截面面積，cm2；x為驅(qū)替前緣位置，cm；P為儲(chǔ)層壓力，10-1MPa；λ為流度，10-5cm2/(Pa·s)；fr為氣水比；λr為流度偏離系數(shù)(氣水兩相流動(dòng)能力偏離水的流動(dòng)能力幅度)；So為含油飽和度。

2.2 目標(biāo)區(qū)塊參數(shù)計(jì)算

由于在驅(qū)替過(guò)程中，各相飽和度是不斷發(fā)生變化的，因此，利用枚舉方法求解變周期WAG氣水比設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)，具體分為以下幾個(gè)步驟。

第1步：依據(jù)油、氣、水三相的飽和度之和為1的原則，對(duì)油、氣、水三相的飽和度進(jìn)行有規(guī)律地賦值。

第2步：根據(jù)目標(biāo)區(qū)塊實(shí)際油藏參數(shù)，應(yīng)用式(6)、式(8)、式(10)分別計(jì)算氣、水、油三相的相對(duì)滲透率。

第3步：應(yīng)用式(11)～式(13)計(jì)算氣水比，應(yīng)用式(14)計(jì)算流度偏離系數(shù)。

采用枚舉法得到的計(jì)算結(jié)果如表2所示(僅選取部分?jǐn)?shù)據(jù))。

表2 目標(biāo)區(qū)塊主要參數(shù)計(jì)算結(jié)果Table 2 Main parameters calculation results of the target block

3 變周期WAG氣水比設(shè)計(jì)方法

雖然通過(guò)前面的研究方法可以計(jì)算任意飽和度條件下的氣水比。但是，如何才能在CO2驅(qū)變周期WAG設(shè)計(jì)中給出合理的氣水比確定方法，才是變周期WAG設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和難點(diǎn)。通過(guò)分析三相飽和度與其他參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系，提出了一種變周期WAG氣水比理論設(shè)計(jì)方法。具體設(shè)計(jì)步驟如下。

第1步：根據(jù)氣水比等主要參數(shù)計(jì)算結(jié)果，繪制油、氣、水三相飽和度與氣水比和流度偏離系數(shù)的關(guān)系圖版，初步確定三相流動(dòng)范圍內(nèi)，氣水比和流度偏離系數(shù)各自的取值范圍。

第2步：繪制流度偏離系數(shù)與氣水比的關(guān)系曲線，尋找氣水比變化特征點(diǎn)。

第3步：繪制氣水比特征點(diǎn)與含水飽和度關(guān)系曲線，確定變周期WAG氣水比理論取值的合理范圍。

3.1 三相飽和度關(guān)系圖版

根據(jù)表2的計(jì)算結(jié)果，繪制出目標(biāo)區(qū)塊油、氣、水三相飽和度與各計(jì)算參數(shù)之間的關(guān)系圖版。但對(duì)于低滲透油藏CO2驅(qū)變周期WAG氣水比這項(xiàng)參數(shù)的理論設(shè)計(jì)研究，主要用到兩個(gè)圖版，分別為氣水比與三相飽和度關(guān)系圖版(圖3)和流度偏離系數(shù)與三相飽和度關(guān)系圖版(圖4)。

圖3 氣水比與三相飽和度關(guān)系圖版Fig.3 Relation chart of gas-water ratio and three-phase saturation

從圖3可以看出，氣水比與三相飽和度之間存在以下關(guān)系：①在CO2驅(qū)WAG氣水比存在的情況下，其所對(duì)應(yīng)的油、氣、水三相飽和度范圍分別為：油相飽和度0.2～0.55(飽和度變化范圍0.35)，氣相飽和度0.05～0.4(飽和度變化范圍0.35)，水相飽和度0.35～0.7(飽和度變化范圍0.35)。各相態(tài)的變化范圍基本相當(dāng)。②在CO2驅(qū)WAG氣水比存在的情況下，其取值范圍為0～34。氣水比等值線在三相飽和度圖中并非對(duì)稱分布；高氣水比分布范圍小，主要分布在三相飽和度圖的右側(cè)中部；低氣水比分布范圍大，主要分布在三相飽和度圖的左側(cè)中上部。③若以10為劃分高低氣水比的界限，高氣水比對(duì)應(yīng)的油、氣、水三相飽和度的主要分布范圍是：油相飽和度0.2～0.35(飽和度變化范圍0.15)，氣相飽和度0.25～0.4(飽和度變化范圍0.15)，水相飽和度0.35～0.45(飽和度變化范圍0.1)，各相態(tài)的變化范圍相對(duì)較小，且差異不大。④若以10為劃分高低氣水比的界限，低氣水比對(duì)應(yīng)的油、氣、水三相飽和度的主要分布范圍是：油相飽和度0.2～0.55(飽和度變化范圍0.35)，氣相飽和度0.05～0.25(飽和度變化范圍0.2)，水相飽和度0.35～0.7(飽和度變化范圍0.35)。各相態(tài)的變化范圍較大。

圖4 流度偏離系數(shù)與三相飽和度關(guān)系圖版Fig.4 Relation chart of fluidity deviation coefficient and three-phase saturation

從圖4可以看出，流度偏離系數(shù)與三相飽和度之間存在以下關(guān)系：①在CO2驅(qū)WAG流度偏離系數(shù)存在的情況下，其所對(duì)應(yīng)的油、氣、水三相飽和度范圍分別為：油相飽和度0～0.55(飽和度變化范圍0.55)，氣相飽和度0.05～0.6(飽和度變化范圍0.55)。水相飽和度0.40～0.95(飽和度變化范圍0.55)；各相態(tài)的變化范圍基本相當(dāng)。②在CO2驅(qū)WAG流度偏離系數(shù)存在的情況下，其取值范圍為0～518。流度偏離系數(shù)等值線在三相飽和度圖中不對(duì)稱分布，且隨著氣相飽和度的降低和水相飽和度的升高，流度偏離系數(shù)呈快速降低趨勢(shì)。③若以100為劃分高低流度偏離系數(shù)的界限，高流度偏離系數(shù)對(duì)應(yīng)的油、氣、水三相飽和度的主要分布范圍是：油相飽和度0～0.25(屬于殘余油飽和度0.249范圍內(nèi))，氣相飽和度0.45～0.6(飽和度變化范圍0.15)，水相飽和度0.40～0.45(飽和度變化范圍0.05)。表明殘余油飽和度范圍內(nèi)，當(dāng)流體處于中高氣相飽和度和中低水相飽和度范圍內(nèi)時(shí)，水相極難流動(dòng)，只有氣相流動(dòng)，因此流度偏離系數(shù)很高。④若以100為劃分高低流度偏離系數(shù)的界限，低流度偏離系數(shù)對(duì)應(yīng)的油、氣、水三相飽和度的主要分布范圍是：油相飽和度0～0.55(飽和度變化范圍0.55)，氣相飽和度0.05～0.45(飽和度變化范圍0.4)，水相飽和度0.45～0.95(飽和度變化范圍0.5)。各相態(tài)的變化范圍較大。

3.2 氣水比變化關(guān)系曲線

根據(jù)圖3和圖4所示的三相飽和度與氣水比和流度偏離系數(shù)的關(guān)系圖版，繪制目標(biāo)區(qū)塊的流度偏離系數(shù)與氣水比的關(guān)系曲線，如圖5所示。

圖5 流度偏離系數(shù)與氣水比關(guān)系曲線Fig.5 Relationship curve between fluidity deviation coefficient and gas-water ratio

從上圖中看出：①目標(biāo)區(qū)塊水相可流動(dòng)范圍對(duì)應(yīng)的含水飽和度數(shù)值在0.4～0.65，表明在該含水飽和度范圍內(nèi)，氣水兩相是共存狀態(tài)。②當(dāng)含水飽和度數(shù)值較小時(shí)，曲線所擁有的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)較多，曲線空間位置較高。表明含水飽和度數(shù)值越低，流度偏離系數(shù)越大，氣相在WAG中所起到的驅(qū)替作用越突出，所需的氣相含量越高，對(duì)應(yīng)的氣水比數(shù)值越大。③當(dāng)含水飽和度數(shù)值較大時(shí)，曲線所擁有的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)較少，曲線空間位置較低。表明含水飽和度數(shù)值越高，流度偏離系數(shù)越小，氣相在WAG中所起到的驅(qū)替作用越弱，所需的氣相含量越低，對(duì)應(yīng)的氣水比數(shù)值越小。④當(dāng)含水飽和度數(shù)值相同時(shí)，流度偏離系數(shù)與氣水比關(guān)系曲線不是一條線性的直線(含水飽和度較大時(shí)點(diǎn)數(shù)少的情況除外)，而是存在一個(gè)拐點(diǎn)。表明在拐點(diǎn)之前，氣相與水相在WAG中所起到的驅(qū)替作用相對(duì)平衡，在拐點(diǎn)之后，氣相在WAG中所起到的驅(qū)替作用更為突出。

3.3 氣水比理論設(shè)計(jì)曲線

從經(jīng)濟(jì)效益的角度出發(fā)，氣水比越大，用氣量越高，從而生產(chǎn)成本越高。因此，選取流度偏離系數(shù)與氣水比關(guān)系曲線的拐點(diǎn)，作為合理氣水比的參考依據(jù)。根據(jù)圖5中各曲線中拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的氣水比數(shù)值，繪制拐點(diǎn)氣水比與含水飽和度的關(guān)系曲線，如圖6所示。

圖6 拐點(diǎn)氣水比與含水飽和度關(guān)系曲線Fig.6 Relationship curve between gas-water ratio at the inflection pointand water saturation

從圖6中看出：①合理氣水比與含水飽和度是冪指數(shù)的函數(shù)關(guān)系。當(dāng)含水飽和度小于0.5時(shí)，合理氣水比隨含水飽和度變化快；當(dāng)含水飽和度大于0.5時(shí)，合理氣水比隨含水飽和度變化慢。②當(dāng)目標(biāo)區(qū)塊的綜合含水率處于中低含水階段時(shí)(如Sw=0.40)，WAG氣水比理論設(shè)計(jì)數(shù)值應(yīng)當(dāng)大于1，即約等于2時(shí)，才能最大限度發(fā)揮CO2的驅(qū)替作用。③當(dāng)目標(biāo)區(qū)塊的綜合含水率處于中含水階段時(shí)(如Sw=0.45)，WAG氣水比理論設(shè)計(jì)數(shù)值應(yīng)當(dāng)?shù)扔?，才能最大限度發(fā)揮CO2的驅(qū)替作用，這與經(jīng)驗(yàn)方法和數(shù)值模擬方法得到的結(jié)論相同。④當(dāng)目標(biāo)區(qū)塊的綜合含水率處于中高含水階段時(shí)(如Sw=0.50)，WAG氣水比理論設(shè)計(jì)數(shù)值應(yīng)當(dāng)小于1，即約等于0.5時(shí)，才能最大限度發(fā)揮CO2的驅(qū)替作用。

由此可見(jiàn)，氣水比是隨著含水飽和度的變化而變化的。并且目標(biāo)區(qū)塊的綜合含水率越低，氣水比隨著含水飽和度的變化越快，數(shù)值越大；目標(biāo)區(qū)塊的綜合含水率越高，氣水比隨著含水飽和度的變化越慢，數(shù)值越小。因此，WAG氣水比的理論設(shè)計(jì)結(jié)果是個(gè)變周期的過(guò)程。

4 變周期WAG氣水比模擬驗(yàn)證

以目標(biāo)區(qū)塊為例，應(yīng)用數(shù)值模擬方法優(yōu)選CO2驅(qū)WAG氣水比參數(shù)，對(duì)前面所述的變周期WAG氣水比理論設(shè)計(jì)方法進(jìn)行驗(yàn)證。

目標(biāo)區(qū)塊為延長(zhǎng)油田典型特低滲油藏，平均滲透率僅有0.58 mD，目前以水驅(qū)方式進(jìn)行開(kāi)發(fā)。根據(jù)數(shù)值模擬預(yù)測(cè)結(jié)果，開(kāi)發(fā)5 a后，油藏含水率將快速上升，采油速度和地層壓力則快速下降，如圖7所示。

1 bar=100 kPa圖7 目標(biāo)區(qū)塊水驅(qū)開(kāi)發(fā)預(yù)測(cè)曲線Fig.7 Prediction curves of water flooding development for numerical simulation of target block

綜合考慮含水率、采油速度、地層壓力這3個(gè)因素發(fā)生突變的拐點(diǎn)位置，選取含水率為42%所對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)，進(jìn)行CO2驅(qū)WAG開(kāi)發(fā)方案的模擬及預(yù)測(cè)。根據(jù)前人的研究成果，低孔低滲油藏的最佳氣水比通常為1∶2、1∶1、2∶1這3種情況[10-16]。因此設(shè)計(jì)3種CO2驅(qū)WAG氣水比方案，如表3所示，模擬結(jié)果如圖8～圖10所示。

表3 目標(biāo)區(qū)塊CO2驅(qū)WAG氣水比設(shè)計(jì)方案Table 3 Design cases of WAG driving with different gas-water ratios for numerical simulation of target block

圖8 不同開(kāi)發(fā)方案采油速度對(duì)比曲線Fig.8 Simulationcurves of oil production velocity in different development cases

圖9 不同開(kāi)發(fā)方案含水率變化對(duì)比曲線Fig.9 Simulation curves of water cut in different development cases

1 bar=100 kPa圖10 不同開(kāi)發(fā)方案地層壓力變化對(duì)比曲線Fig.10 Simulation curves of formation pressure in differentdevelopment cases

從圖8～圖10中可以看出：CASE1在降低綜合含水率、維持地層壓力、提高油藏采油速度等方面，相較于CASE2和CASE3兩個(gè)方案效果更明顯。因此，借助數(shù)值模擬預(yù)測(cè)對(duì)比分析認(rèn)為,目標(biāo)區(qū)塊在綜合含水率為42%進(jìn)行CO2驅(qū)WAG開(kāi)發(fā)時(shí)，氣水比最佳取值為2∶1，即比值為2，這與圖6通過(guò)理論分析方法得到的WAG氣水比理論設(shè)計(jì)的取值結(jié)果一致。

由此可見(jiàn)，通過(guò)本文提出的變周期WAG氣水比理論設(shè)計(jì)方法，可以更快速、科學(xué)、便捷地得到氣水比的理論取值，避免了傳統(tǒng)方法(實(shí)驗(yàn)、數(shù)模、動(dòng)態(tài)分析)分析周期長(zhǎng)、人為干擾因素多等方面的影響。這一方面，填補(bǔ)了變周期WAG氣水比理論設(shè)計(jì)空白；另一方面，對(duì)于完善變周期WAG其他參數(shù)的理論設(shè)計(jì)具有啟發(fā)和借鑒作用。

5 結(jié)論

(1)基于開(kāi)發(fā)過(guò)程中飽和度、滲透率、分流率不斷變化的特點(diǎn)，提出變周期WAG氣水比理論設(shè)計(jì)的概念。引入流度偏離系數(shù)，考察氣水兩相流動(dòng)能力偏離水的流動(dòng)能力幅度。

(2)借助三相相對(duì)滲透率表征模型，建立各相飽和度與相對(duì)滲透率間的函數(shù)關(guān)系，得到各相飽和度與流度、氣水比、流度偏離系數(shù)等相關(guān)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系。

(3)采用枚舉法得到三相飽和度與氣水比和流度偏離系數(shù)的關(guān)系圖版，初步確定三相流動(dòng)范圍內(nèi)氣水比和流度偏離系數(shù)的取值范圍。氣水比的取值范圍為0～34，在三相飽和度圖中非對(duì)稱分布，高氣水比分布范圍小，低氣水比分布范圍大。流度偏離系數(shù)的取值范圍為0～518，在三相飽和度圖中不對(duì)稱分布，且隨著氣相飽和度的降低和水相飽和度的升高，流度偏離系數(shù)呈快速降低趨勢(shì)。

(4)根據(jù)流度偏離系數(shù)和氣水比關(guān)系曲線的特征點(diǎn)與含水飽和度之間的相互關(guān)系，最終確定變周期WAG氣水比理論取值的合理范圍。合理氣水比與含水飽和度是冪指數(shù)的函數(shù)關(guān)系。對(duì)于目標(biāo)區(qū)塊，在中低含水階段，建議WAG氣水比理論設(shè)計(jì)數(shù)值為2；在中含水階段，建議WAG氣水比理論設(shè)計(jì)數(shù)值為1；在中高含水階段，建議WAG氣水比理論設(shè)計(jì)數(shù)值為0.5。