剩余油研究及開發(fā)技術(shù)政策

李 科

剩余油研究及開發(fā)技術(shù)政策

李 科

（西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065）

目前，剩余油的開采已經(jīng)成為油田提高產(chǎn)能的重要部分。針對(duì)目前剩余油的研究現(xiàn)狀以及影響因素，通過油藏?cái)?shù)值模擬方法，提出了對(duì)合理的注采比、合理的采油速度、合理的井底流動(dòng)壓力、合理的地層壓力保持水平等開發(fā)技術(shù)政策的調(diào)整，達(dá)到剩余油開采提高采收率的目的。

剩余油；數(shù)值模擬；開發(fā)技術(shù)政策

1 剩余油研究

1.1 研究現(xiàn)狀

剩余油是指在經(jīng)歷了各種不同的生產(chǎn)方式或開發(fā)階段后，仍保留在不同地質(zhì)環(huán)境中的油藏中的原油，即剩余油[1]。對(duì)于精細(xì)油藏描述而言，最重要的目標(biāo)之一就是量化剩余油在空間上的分布特征。截至目前， 研究剩余油的方法多種多樣， 其中主要包括地質(zhì)法、油藏工程法、試井及數(shù)值模擬法、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)技術(shù)等多種。不同的研究者根據(jù)研究目標(biāo)的差異和資料掌握狀況，選擇不同的剩余油表征方法。剩余油研究的基本問題是確定單井單層剩余油飽和度，尤其是開發(fā)中后期的檢查井是觀察和檢驗(yàn)層內(nèi)剩余油分布最直接手段，而飽和度測(cè)井技術(shù)則是礦場(chǎng)確定剩余油飽和度的主要手段。

中國(guó)油田基本上屬于陸相儲(chǔ)集層，非均質(zhì)性嚴(yán)重，原油黏度偏高，注水開發(fā)效率較低，提高采收率有很大的潛力。特別是在高含水后期，油藏剩余油呈“整體高度分散，局部相對(duì)富集”的格局[2]。而隨著油田開發(fā)工作的不斷進(jìn)展，油藏中的油水關(guān)系更加復(fù)雜，剩余油在油藏中的分布特征也復(fù)雜化，這也一定程度上增大了剩余油表征的規(guī)模、剩余油形成與分布及沉積相影響。對(duì)于剩余油的研究，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者均開展過相關(guān)研究。其中包括剩余油飽和度的確定方法、剩余油采收率和為高含水期剩余油挖潛工作提供依據(jù)。

關(guān)于剩余油的研究進(jìn)展，其內(nèi)容從最初的剩余油的分類、分布特征描述、分布模式總結(jié)，到現(xiàn)在的剩余油空間發(fā)育特征定量預(yù)測(cè)，研究的定量化水平不斷提高[3]。研究方法也從最初的開發(fā)地質(zhì)學(xué)方法、測(cè)井解釋方法等向密閉取心井的分析測(cè)試、物理模擬、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)值模擬方法等方向發(fā)展。剩余油描述對(duì)象也從水驅(qū)后剩余油描述逐漸向聚合物驅(qū)和氣驅(qū)后剩余油特征描述轉(zhuǎn)變。微觀剩余油描述研究的力度逐漸加大，而宏觀剩余油描述逐漸降溫。同時(shí)高分辨率層序地層學(xué)、儲(chǔ)層非均質(zhì)性研究、流動(dòng)單元研究等也被應(yīng)用到剩余油研究中來(lái)，在提高剩余油成因研究水平同時(shí)也進(jìn)一步提高了研究的精度。而且研究目標(biāo)也由以往重點(diǎn)關(guān)注宏觀剩余油分布，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯钊胙芯课⒂^剩余油的分布特征。

1.2 研究?jī)?nèi)容

由于剩余油研究主要集中在油田開發(fā)中后期階段，因此既要考慮儲(chǔ)層因素，又要考慮油田在開發(fā)過程中的影響，涉及的內(nèi)容繁多。從中分析出剩余油研究的重點(diǎn)內(nèi)容，為精細(xì)油藏描述中剩余油表征提供參考。關(guān)于剩余油的研究主要包括：（1）對(duì)儲(chǔ)層中的剩余油進(jìn)行分類和分布規(guī)律的描述。（2）描述剩余油的形成與分布規(guī)律，并分析其控制因素。（3）利用試井、地震、測(cè)井解釋、數(shù)值模擬等方法對(duì)剩余油進(jìn)行描述。（4）在剩余油的研究中各學(xué)科的應(yīng)用，如層序地層學(xué)，儲(chǔ)層構(gòu)型，非均質(zhì)性等。（5）預(yù)測(cè)儲(chǔ)層中剩余油的分布特征。（6）描述三次采油后剩余油的分布特征。

1.3 分布影響因素

1.3.1 地質(zhì)因素

研究發(fā)現(xiàn)剩余油分布的主要地質(zhì)因素有： 1）空間砂體的幾何分布。剩余油的形成和分布受砂體的起伏形態(tài)和儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)的控制，這將影響油井的生產(chǎn)能力。2）由于儲(chǔ)層中不同微相的物性不同，影響了剩余油分布和油井的產(chǎn)能。3）由于砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，會(huì)形成不同的殘留油聚積區(qū)，例如正韻律油藏的頂部，反韻律油藏的底部和復(fù)合韻律層的垂直向上，殘留油的聚積容易形成。

1.3.2 開發(fā)因素

1）對(duì)于整個(gè)開采區(qū)塊來(lái)說，由于層系不同，當(dāng)采用同一個(gè)井網(wǎng)時(shí)，會(huì)發(fā)生層位井網(wǎng)的不均勻，部分油藏儲(chǔ)層中分布有井網(wǎng)，部分油藏儲(chǔ)層中無(wú)分布井網(wǎng)，從而在無(wú)井網(wǎng)分布的油藏儲(chǔ)層中形成剩余油。2）當(dāng)油田開采時(shí)采用多層開采的方式，由于開采區(qū)域各地層滲透率的差異，會(huì)造成底層各段啟動(dòng)壓差的不同，若在開采過程中采用相同的啟動(dòng)壓差，在低滲透油層段則會(huì)出現(xiàn)原油無(wú)法流動(dòng)的現(xiàn)象，從而形成剩余油。3）油田進(jìn)行分層開采時(shí)，由于各層的滲透率有所差異，導(dǎo)致吸水能力也有差異，這就要求在進(jìn)行注水層的選擇時(shí)，要考慮到沉積微相展布所帶來(lái)的影響，處理好兩者之間的配置關(guān)系。4）當(dāng)油藏開采一段時(shí)間之后，地層壓力會(huì)有所下降，導(dǎo)致地層中的剩余油無(wú)法開采出來(lái)，這就需要我們通過注水井注水增壓的方式來(lái)平衡地層壓力，保持油田的穩(wěn)定生產(chǎn)。

1.4 研究方法

當(dāng)油田進(jìn)入開發(fā)中后期，油田的產(chǎn)能下降，為了能夠提高產(chǎn)能，為了能夠更好地利用資源，提高經(jīng)濟(jì)效益，剩余油的研究成為關(guān)鍵。而剩余油研究主要是掌握剩余油在儲(chǔ)層空間中的分布情況。截至目前，剩余油研究的主要方法有地質(zhì)方法、油藏工程方法、試井方法、油藏?cái)?shù)值模擬方法、室內(nèi)試驗(yàn)法等。而在剩余油研究中，油藏?cái)?shù)值模擬方法應(yīng)用的最為廣泛，相對(duì)于其他的研究方法，油藏?cái)?shù)值模擬方法操作較為簡(jiǎn)單，節(jié)省資源等具有多重優(yōu)勢(shì)，該方法最大的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)κＳ嘤偷姆植继卣骱托纬蓹C(jī)制進(jìn)行定量表征。

2 油藏?cái)?shù)值模擬

油藏?cái)?shù)值模擬方法基于滲流力學(xué)，數(shù)學(xué)和物理方程以及計(jì)算方法，結(jié)合了油藏地質(zhì)學(xué)和油藏工程原理，并利用計(jì)算機(jī)研究了地層中各種流體的滲流規(guī)律，原油的復(fù)雜驅(qū)油機(jī)理和機(jī)理，剩余油的分布，從而模擬整個(gè)油藏開發(fā)過程[4]。在油田生產(chǎn)項(xiàng)目中，評(píng)估開發(fā)計(jì)劃的風(fēng)險(xiǎn)并使其最小化對(duì)于選擇油田開發(fā)計(jì)劃非常重要。因此在面對(duì)開發(fā)計(jì)劃中風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，需要選擇合適并且可靠的數(shù)據(jù)資料，正確優(yōu)異的模型建立方法也是十分重要的，能夠真實(shí)地反映出油藏的實(shí)際情況，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)油藏的生產(chǎn)特征動(dòng)態(tài)。該方法利用油藏?cái)?shù)值模擬的基本原理和方法，通過掌握整個(gè)油田的開發(fā)動(dòng)態(tài)，總結(jié)不同開發(fā)階段的特點(diǎn)，結(jié)合油藏?cái)?shù)值模擬的分析，分析工區(qū)的開發(fā)動(dòng)態(tài)和開發(fā)過程中的各種動(dòng)態(tài)油田開發(fā)效果的影響因素，識(shí)別了工區(qū)內(nèi)油水流動(dòng)關(guān)系、注水驅(qū)替情況和地層剩余油分布情況。該方法可以再現(xiàn)油田開發(fā)的實(shí)際過程，并預(yù)測(cè)地下儲(chǔ)層的動(dòng)態(tài)變化。并且，該方法在油田得到了廣泛的應(yīng)用，解決了相應(yīng)的實(shí)際問題[5]。

數(shù)值模擬方法一般按照以下所示的步驟進(jìn)行：

2.1 擬定油藏模擬的目標(biāo)

在實(shí)際的油藏研究中使用數(shù)值模擬方法進(jìn)行研究時(shí)，第一是要明確該研究的目的和想要獲得的主要的技術(shù)指標(biāo)，隨之確定油藏模型各方面情況所需的全部資源，后期包括歷史擬合及預(yù)測(cè)情況也就確定。

2.2 基礎(chǔ)資料的準(zhǔn)備

因?yàn)槟M研究所需的數(shù)據(jù)來(lái)源不同，因此應(yīng)先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，再根據(jù)油藏開發(fā)過程，首先建立油藏的概念模型，然后建立油藏的靜態(tài)模型，最后建立油藏的動(dòng)態(tài)模型。

2.3 建立油藏模擬模型

數(shù)值模擬的基礎(chǔ)工作主要包括模型的選擇和建立，這是數(shù)值模擬成敗的關(guān)鍵。 首先，確定要模擬的區(qū)域。 獲得上述基本數(shù)據(jù)后，對(duì)收集到的數(shù)據(jù)的完整性，可靠性，準(zhǔn)確性和代表性進(jìn)行分析研究。 在建模過程中，篩選出能夠真實(shí)反映油藏特征的可靠數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬。 在模型建立過程中，由于受限于計(jì)算機(jī)處理能力的限制，需要對(duì)精細(xì)地質(zhì)模型實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格上的粗化來(lái)達(dá)到減少模型的網(wǎng)格數(shù)的目的，具體包括對(duì)某些儲(chǔ)層參數(shù)、流體參數(shù)等進(jìn)行粗化，例如孔隙度、滲透率、飽和度、深度等參數(shù)，使用加權(quán)平均法或者流量計(jì)算等方法進(jìn)行粗化。但總體的目標(biāo)還是要使模型能夠系統(tǒng)反映出油藏區(qū)塊的地質(zhì)特征。在建立油藏模擬模型時(shí)，還應(yīng)充分考慮油藏的地質(zhì)和動(dòng)態(tài)特征。為了滿足未來(lái)性能預(yù)測(cè)的要求，有必要考慮油藏歷史擬合和油藏開發(fā)調(diào)整的需要。

2.4 歷史擬合

對(duì)于數(shù)值模擬研究，歷史擬合部分是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，它整個(gè)基本上是一個(gè)確認(rèn)模型的過程。通過模擬儲(chǔ)層的性能并與其歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并且及時(shí)調(diào)整輸入?yún)?shù)，使差異達(dá)到最小化，提高擬合程度，如此重復(fù)，最后通過靜態(tài)數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)，使模型在一定程度上能夠代表區(qū)塊油藏的真實(shí)狀態(tài)[6]。

油藏的動(dòng)態(tài)特征受許多因素影響，因此歷史擬合是一項(xiàng)非常困難和復(fù)雜的工作。油藏的歷史擬合過程主要是適應(yīng)儲(chǔ)量，壓力和含水量。通過歷史擬合研究，對(duì)儲(chǔ)集層的各種地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行修正，使儲(chǔ)集層地質(zhì)模型能夠客觀，真實(shí)地反映儲(chǔ)集層的地質(zhì)特征和開發(fā)性能，從而提高方案預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

模型的歷史擬合一般分為以下步驟： 1）將地質(zhì)模型形成的數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為數(shù)字建模軟件可以使用的數(shù)據(jù)文件；2）以日產(chǎn)量和日產(chǎn)時(shí)間作為控制因素，整理歷史生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)資料和單井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)資料，共同形成模型運(yùn)行所需要的歷史數(shù)據(jù)。3）檢驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行歷史擬合后的結(jié)果，并與歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，檢驗(yàn)歷史擬合的完成度。4）根據(jù)擬合后的結(jié)果和歷史數(shù)據(jù)的對(duì)比，對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行合理的調(diào)整，再重新進(jìn)行擬合，如此重復(fù)，直到滿足歷史擬合所需的要求。整個(gè)歷史擬合過程可以大致分為兩個(gè)步驟：首先，將整個(gè)區(qū)域壓力擬合至單井壓力，然后擬合飽和度（整個(gè)區(qū)域和單個(gè)井的含水率）。

2.5 油藏動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)

油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)主要是針對(duì)油田在不同的開發(fā)階段，有著不同動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的需求，這一部分解決了油田開發(fā)過程中所出現(xiàn)的油藏工程問題和經(jīng)濟(jì)分析問題，而由于開發(fā)層位的不同、井網(wǎng)密度的不同和注采系統(tǒng)的不同都會(huì)對(duì)油田的開發(fā)效果產(chǎn)生不同的影響，因此通過油藏的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)油田現(xiàn)有的開發(fā)方案進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，采用不同區(qū)塊不同調(diào)整的方法選擇最適合的開發(fā)設(shè)計(jì)方案，使油田的經(jīng)濟(jì)效益得到最大化。

3 開發(fā)技術(shù)政策優(yōu)化

3.1 合理注采比

注采比是表征油田注水開發(fā)過程中注采平衡的綜合指標(biāo)，反映了產(chǎn)液量，注水量與地層壓力之間的關(guān)系，是規(guī)劃設(shè)計(jì)油田注水的重要依據(jù)[7]。當(dāng)油田進(jìn)入開發(fā)的中后期，穩(wěn)產(chǎn)的難度越來(lái)越大，合理的注水開采方案成為提高油田開發(fā)效率的難題，如何做到油水穩(wěn)定，尋找合理的注采比成為問題中的關(guān)鍵，合理的注采比能使油田保持一定的地層壓力，具有優(yōu)秀的產(chǎn)液、產(chǎn)油能力，減少了不必要的消耗，從而提高了原油的采收率。到目前為止，關(guān)于注采比的確定，油田開發(fā)過程中主要有油藏工程方法、壓力恢復(fù)速度法、經(jīng)驗(yàn)公式法、注采平衡法、礦場(chǎng)統(tǒng)計(jì)法、數(shù)值模擬法等。根據(jù)不同的油田類型，應(yīng)該選取合適的注采比確定方法。

3.2 合理采油速度

采油速度是衡量油田開發(fā)速度的一個(gè)重要指標(biāo)，石油企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的主要目標(biāo)是最大限度地提高經(jīng)濟(jì)效益，保持石油產(chǎn)量穩(wěn)定增長(zhǎng)。因此對(duì)于石油企業(yè)而言，在油田開發(fā)的中前期，油田處于穩(wěn)產(chǎn)階段內(nèi)，采油速度是非常重要的。合理的采油速度不僅可以充分發(fā)揮生產(chǎn)井的采油能力和注水井的注水能力，而且可以使注采井網(wǎng)的格局合理化，優(yōu)化注入生產(chǎn)系統(tǒng)，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最大化的目的。因此根據(jù)油田的實(shí)際開采狀況，確定合理的采油速度對(duì)油田的整個(gè)發(fā)展是十分重要的[8]。目前為止，關(guān)于采油速度的確定，油田開發(fā)過程中主要有綜合研究法、流動(dòng)系數(shù)法、礦場(chǎng)統(tǒng)計(jì)法、數(shù)值模擬法等有效確定合理采油速度的方法。

3.3 合理井底流壓

流動(dòng)壓力與油井產(chǎn)量和正常產(chǎn)量直接相關(guān)。 在一定的生產(chǎn)階段，儲(chǔ)層壓力穩(wěn)定在一定的值。 如果要穩(wěn)定生產(chǎn)或增加產(chǎn)量，必須將流動(dòng)壓力保持在穩(wěn)定值。 當(dāng)流動(dòng)壓力與飽和壓力相比太低時(shí)，由于脫氣，井附近會(huì)出現(xiàn)三相滲流，油相滲透率會(huì)降低，采油指數(shù)會(huì)降低，原油黏度的增加油流更困難[9]。因此，確定合理的井底流壓可以有效地解決上述問題，從而提高采收率。目前為止，關(guān)于井底流壓的確定，油田開發(fā)過程中主要有三種：一是經(jīng)驗(yàn)公式法；二是流入動(dòng)態(tài)曲線法；三是數(shù)值模擬法。

3.4 合理地層壓力保持水平

研究表明，地層壓力過低會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)井的生產(chǎn)壓力差減小，儲(chǔ)層的滲流能力下降，水驅(qū)開發(fā)效果惡化。如果地層壓力過高，則應(yīng)增加注入壓力，這將加速套管破壞速度，降低開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。因此確定合理地層壓力在油藏開發(fā)過程中有重要的實(shí)際意義?，F(xiàn)有確定合理地層壓力的方法主要有合理注采井?dāng)?shù)比法，靜水柱壓力法，礦場(chǎng)統(tǒng)計(jì)法。對(duì)于不同的油藏類型和開發(fā)階段，將選擇不同的最優(yōu)確定方法，因此在確定地層壓力的同時(shí)應(yīng)選取適合油藏開發(fā)現(xiàn)狀的方法。

4 結(jié)束語(yǔ)

剩余油的開采是提高油田開發(fā)中后期石油產(chǎn)量的重要組成部分。 隨著我國(guó)大部分油田進(jìn)入開發(fā)的中后期，部分油田進(jìn)入中高含水階段，油藏的原油儲(chǔ)量減少，產(chǎn)量也隨之出現(xiàn)下降趨勢(shì)，而為了提高采收率，保持油田的穩(wěn)定生產(chǎn)，需要對(duì)油藏中的剩余油進(jìn)行開采。而通過油藏?cái)?shù)值模型的建立，對(duì)油藏進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，從而制定合理的開發(fā)技術(shù)政策是有效的剩余油開采方式，其中包括注采比、采油速度、井底流壓和地層壓力的優(yōu)化調(diào)整，從而制定綜合開發(fā)調(diào)整措施，以提高油田的產(chǎn)量。

［1］徐守余. 油藏描述方法原理［M］. 北京: 石油工業(yè)出版社，2005.

［2］韓大匡. 關(guān)于高含水油田二次開發(fā)理念、對(duì)策和技術(shù)路線的探討[J].石油勘探與開發(fā)，2010，37(5): 583-591.

［3］陳歡慶，胡海燕，吳洪彪，等. 精細(xì)油藏描述中剩余油研究進(jìn)展[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程, 2018, 18 (29) :145-158.

［4］崔嘉禎，劉人銅. 剩余油分布影響因素及數(shù)值模擬方法的應(yīng)用[J]. 云南化工，2019，46（2）：171-172.

［5］張家琦. 油藏?cái)?shù)值模擬輔助歷史擬合技術(shù)在實(shí)際模擬區(qū)塊的應(yīng)用[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào), 2013 (9): 38-38.

［6］曹國(guó)華，陳鵬，李彩霞. 油藏?cái)?shù)值模擬應(yīng)用及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)[J]. 內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào) （自然科學(xué)漢文版），2019，48（5）：465-470.

［7］王雨，陳存良，楊明，等. 復(fù)雜斷塊 BZ 油田合理注采比研究[J]. 石油地質(zhì)與工程, 2019, 33 (2) : 92-94.

［8］王鵬. 低滲透油藏注水開發(fā)合理采油速度研究[J]. 內(nèi)蒙古石油化工, 2012（3）: 139-141.

［9］劉偉哲. 試論油井合理井底流壓確定方法[J]. 科學(xué)管理，2018 (11): 264-264.

Research and Development Technology Policy of Remaining Oil

（Xi 'an Shiyou University, Xi'an Shaanxi 710065, China）

At present, the extraction of remaining oil has become an important part of oilfields to increase production capacity. Based on the current status of remaining oil research and influencing factors, through reservoir numerical simulation methods, development technology policies were proposed, such as reasonable injection-production ratio, reasonable oil production rate, reasonable bottom-hole flow pressure, and reasonable formation pressure maintenance level. After the adjustment, the goal of increasing the recovery rate of remaining oil extraction was achieved.

Residual oil; Numerical simulation; Production technology policy

2020-09-03

李科（1995-），男，陜西西安人，西安石油大學(xué)碩士研究生在讀，研究方向：石油與天然氣工程。E-mail：like0923@foxmail.com。

TE328

A

1004-0935（2021）01-0113-04