低滲透油藏注CO2驅(qū)提高采收率預(yù)測方法

趙 洋，劉 凱，王維波，姚振杰

(陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710061)

低滲透油氣開發(fā)是我國油田開發(fā)主要對象，低滲透油藏儲(chǔ)量占全國已探明地質(zhì)儲(chǔ)量的2/3，但在目前的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，其動(dòng)用程度較低[1-3]。該類油藏通常具有“三低”特點(diǎn)，即低豐度、低壓、低產(chǎn)，同時(shí)該類油藏儲(chǔ)層物性差，油層孔隙度低，流體滲透能力較差，非均質(zhì)性強(qiáng)，其有效開發(fā)難度較大[4-6]。低滲透油藏開發(fā)特征主要表現(xiàn)為油井自然產(chǎn)能低，投產(chǎn)后產(chǎn)量遞減快，低產(chǎn)井多；油層受巖性控制，水動(dòng)力聯(lián)系差，自然能量補(bǔ)給不足，一次采收率很低；采油速度低，依靠天然能量開采，采油速度在1%以下，注水開發(fā)，采油速度在1%左右。國內(nèi)外低滲透油藏開發(fā)目前已取得經(jīng)濟(jì)效益的主要有注水保持地層能量、壓力改造油層以及注氣等方法[7-9]。

低滲透油藏在注水開發(fā)過程中常表現(xiàn)出注水壓力高、油井產(chǎn)量遞減快、地層壓力保持困難等問題[10]。由于低滲透油藏水驅(qū)采收率較低，注氣成為低滲透油田開發(fā)探索的方向。與其他氣體(天然氣、煙道氣、氮?dú)?相比，相同條件下，CO2具有注入能力強(qiáng)、膨脹系數(shù)大、最小混相壓力低，驅(qū)油成本低，可回收利用，與原油混溶性好等優(yōu)點(diǎn)，可在油田注水開發(fā)基礎(chǔ)上提高采收率(EOR)為5%～10%，提高采收率潛力巨大[11-13]。從國內(nèi)外研究來看，CO2具有極強(qiáng)的滲透性，容易進(jìn)入微小孔隙，處于超臨界狀態(tài)時(shí)，CO2密度接近液體，黏度接近氣體，擴(kuò)散系數(shù)為液體的100倍，具有較大的溶解力，CO2與流體之間發(fā)生擴(kuò)散、傳質(zhì)作用，消除界面張力，減少毛管力對油氣的圈閉。利用其降黏、膨脹、溶解氣驅(qū)等機(jī)理驅(qū)替原油進(jìn)而提高原油采收率[14-15]。礦場實(shí)踐表明，與水驅(qū)相比，注CO2驅(qū)油適用性較好，CO2吸氣指數(shù)可提高5倍、啟動(dòng)壓力降低50%，大幅提高了注入能力，有效解決了低滲透油藏水驅(qū)開發(fā)存在的“注不進(jìn)、采不出、采油速度低、采收率低”等難題[16-18]。目前國內(nèi)外CO2驅(qū)油技術(shù)已日漸成熟，該技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)研究越來越多[19]。逐步形成了CO2驅(qū)精細(xì)地質(zhì)描述技術(shù)、CO2驅(qū)油藏篩選評(píng)價(jià)方法、油藏注采優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、有效井網(wǎng)模式優(yōu)化技術(shù)、全過程實(shí)時(shí)跟蹤及調(diào)整技術(shù)等CO2驅(qū)油藏工程技術(shù)[20]。氣驅(qū)過程復(fù)雜性使人們對其生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的認(rèn)識(shí)一直處于經(jīng)驗(yàn)階段，具有明確物理意義的CO2驅(qū)采收率預(yù)測油藏工程方法尚未見報(bào)道，而采收率作為衡量油田開發(fā)水平高低的一個(gè)指標(biāo)，極為重要[21]。目前氣驅(qū)開采收率預(yù)測主要靠室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬等手段，但是這些方法都耗時(shí)耗力。工程上常利用水驅(qū)特征曲線方法預(yù)測CO2驅(qū)動(dòng)態(tài)指標(biāo)，但水驅(qū)和CO2驅(qū)在驅(qū)油機(jī)理、開發(fā)動(dòng)態(tài)特征等方面存在明顯差異，導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果不準(zhǔn)確[22]。作為油田多種計(jì)劃和方案的龍頭，油藏開發(fā)方案的得失對油田經(jīng)濟(jì)影響很大。針對這些問題，本文根據(jù)油藏工程基本原理建立氣驅(qū)采收率計(jì)算方法，建立氣驅(qū)提高采收率增幅圖版，形成了低滲透油藏注CO2驅(qū)提高采收率指標(biāo)預(yù)測方法。

1 提高采收率油藏工程方法

為增加注氣方案可靠性，從油藏工程基本理論出發(fā)，根據(jù)波及系數(shù)以及驅(qū)油效率關(guān)系，同時(shí)根據(jù)采油速度、遞減率關(guān)系推導(dǎo)出氣驅(qū)產(chǎn)量變化規(guī)律；提出氣驅(qū)增產(chǎn)比及其工程計(jì)算方法。

1.1 氣驅(qū)增產(chǎn)比

基于王高峰等人提出的氣驅(qū)增產(chǎn)比，其計(jì)算方法如下[23]：

(1)

而注CO2驅(qū)提高采收率為油藏采收率與水驅(qū)采收率之差:

ΔRg=(Fgw-1)(Reu-Re0)

(2)

式中，F(xiàn)gw為低滲透油藏氣驅(qū)增產(chǎn)比；Qog為某時(shí)間氣驅(qū)產(chǎn)量水平；Qow為同期的水驅(qū)產(chǎn)量水平；R1為氣水初始驅(qū)油效率之比；R2為轉(zhuǎn)氣驅(qū)時(shí)可采儲(chǔ)量采出程度；EDgi為油藏未動(dòng)用時(shí)驅(qū)油效率；EDwi為水的初始驅(qū)油效率；Re0為轉(zhuǎn)驅(qū)時(shí)采出程度；Reu為經(jīng)驗(yàn)水驅(qū)采收率；ΔRg為氣驅(qū)采收率增幅。

1.2 氣驅(qū)提高采收率幅度

根據(jù)全國儲(chǔ)委油氣專委，氣驅(qū)提高采收率幅度:

(3)

將式(3)代入式(2)得：

(4)

式中，K為平均滲透率;μ0為地層原油黏度。

根據(jù)式(4)繪制氣驅(qū)提高采收率增幅圖版。某區(qū)塊水驅(qū)采收率20%，轉(zhuǎn)驅(qū)時(shí)采出程度7.0%，剩余采出程度13%。若實(shí)施非混相驅(qū)且氣驅(qū)增產(chǎn)倍數(shù)1.3，則CO2驅(qū)提高采收率4.8%；若實(shí)施混相氣驅(qū)增產(chǎn)倍數(shù)1.7，則CO2驅(qū)提高采收率9.1%。這些結(jié)果比較符合中國低滲透油藏注氣提高采收率的實(shí)際情況。

低滲透油藏氣驅(qū)提高采收率增幅查詢圖版如圖1、表1所示。

圖1 低滲透油藏氣驅(qū)提高采收率增幅查詢圖版Fig.1 EOR increase query chart for gas flooding in low permeability reservoir

從圖1和表1中可以看出，以CO2提高采收率12%為目標(biāo)，氣驅(qū)增產(chǎn)倍數(shù)為1.5時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)12%的提高采收率目標(biāo)；氣驅(qū)增產(chǎn)倍數(shù)為1.7時(shí)，轉(zhuǎn)驅(qū)時(shí)的剩余采出程度需要高于16%，才能實(shí)現(xiàn)12%的提高采收率目標(biāo)；氣驅(qū)增產(chǎn)倍數(shù)為1.9時(shí)，轉(zhuǎn)驅(qū)時(shí)的剩余采出程度需要高于13%才能實(shí)現(xiàn)12%的提高采收率目標(biāo)。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

選取吳起白豹吳26-75區(qū)塊進(jìn)行注CO2礦場應(yīng)用。

2.1 研究區(qū)概況

白豹油區(qū)吳26-75井區(qū)地處吳起油田袁坨子油區(qū)。主要含油層位為三疊系延長組長91油層，平均埋藏深度2 200～2 350 m，平均孔隙度8%，平均滲透率0.367×10-3μm2。該井區(qū)延長組長9儲(chǔ)集層巖性為層狀砂巖，油藏成因主要受砂體展布和巖性因素控制。

2.2 儲(chǔ)量計(jì)算

容積法的計(jì)算公式為：

N=100×A×φ×H×Soi×ρo/Boi

(5)

式中，A為油藏含油面積；ρo為原油密度；φ為孔隙度；Boi為原始地層體積系數(shù)；Soi為原始地層油平均油飽和度；H為地層平均有效厚度；N為地質(zhì)儲(chǔ)量。

吳26-75井區(qū)長9為構(gòu)造—巖性油藏，考慮油層邊界條件，分區(qū)塊分層系圈定含油面積。有效厚度以等值線為間隔，根據(jù)巖芯物性分析資料及測井解釋結(jié)論，對各砂體單元分別求取孔隙度，以此作為儲(chǔ)量計(jì)算孔隙度的依據(jù)。其他儲(chǔ)量計(jì)算參數(shù)依據(jù)資料取值，長9地面原油密度取0.841 g/cm3；地層原油體積系數(shù)取值1.122。將上述參數(shù)代入公式計(jì)算，儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 吳26-75井區(qū)儲(chǔ)量計(jì)算Tab.2 Wu 26-75 well reserves calculation

吳起白豹吳26-75區(qū)塊CO2驅(qū)氣和水初始驅(qū)油效率比R1=1.313，轉(zhuǎn)氣驅(qū)時(shí)可采儲(chǔ)量采出程度R2=0.202，氣驅(qū)增產(chǎn)比Fgw=1.39，根據(jù)式(4)計(jì)算吳起白豹吳26-75區(qū)塊CO2驅(qū)油20年可提高采收率8.12%。

3 數(shù)值模擬研究

3.1 構(gòu)造模型

該區(qū)由于構(gòu)造特征簡單，沒有斷層，構(gòu)造模型主要依靠井點(diǎn)資料和電測解釋成果，此次所建構(gòu)造模型采用了10 m×10 m×1 m的網(wǎng)格。吳26-75井區(qū)三維構(gòu)造模型如圖2所示，與地質(zhì)分析后編制的油層組頂部構(gòu)造圖對比可以看出，建立的構(gòu)造模型能夠反映區(qū)塊構(gòu)造特征。

圖2 吳26-75井區(qū)三維層面構(gòu)造模型Fig.2 Wu 26-75 well three-dimensional plane structure model

吳26-75井區(qū)三維構(gòu)造模型，地層由上到下，其構(gòu)造特點(diǎn)具有較好的繼承性，表現(xiàn)為東高、西低的寬緩斜坡狀構(gòu)造特征。構(gòu)造的高、低幅度差為±60 m。地層整體呈南北走向，地層坡度相對平緩。

3.2 沉積相模型

采用硬信息(矢量化砂體平面圖和砂地比)作為約束條件，對吳26-75井區(qū)三角洲前緣儲(chǔ)層地質(zhì)模式(定性模式和定量模式)進(jìn)行約束，建立泥巖、砂巖2種巖相的模型(圖3)。沉積相模型包為河道砂，主河道由北向南延伸，逐漸分叉并互相匯聚。長91期整體沉積作用增強(qiáng)，河道砂體規(guī)模較大。

3.3 屬性模型的建立

根據(jù)變差函數(shù)的基本原理，計(jì)算實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)，并加以擬合，確定各小層每一種微相的結(jié)構(gòu)分析參數(shù)。在相控孔隙度變差函數(shù)分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)數(shù)字化孔隙度數(shù)據(jù)，建立了研究區(qū)塊孔隙度模型。由于孔隙度和滲透率具有一定的相關(guān)性，因此滲透率的長軸方位與孔隙度以及微相的展布方向是一致的，各小層均如此。另外，由于滲透率的影響因素比較多，其變化劇烈程度比孔隙度大，因此相同微相、相同層位的孔隙度的變程要略大于滲透率的變程，即孔隙度的空間連續(xù)性要好一些。吳26-75井區(qū)三維孔隙度模型、滲透率模型如圖4所示。

圖3 吳26-75井區(qū)三維巖相模型Fig.3 Wu 26-75 well three-dimensional lithofacies model

圖4 吳26-75井區(qū)三維孔隙度模型、滲透率模型Fig.4 Wu 26-75 well three-dimensional porosity model and permeability model

由圖4可知，位于主砂體帶的孔隙度最好，向邊部孔隙度變差。從滲透率模型可以看出，位于主砂體帶的滲透率最好，向邊部滲透率變差。

3.4 油水分布模型的建立

根據(jù)含水飽和度變差函數(shù)分析，建立了開發(fā)區(qū)塊含水飽和度模型，如圖5所示。該油藏受構(gòu)造和巖性控制，屬于巖性油藏。針對油水分異差的問題，飽和度建模中，引入垂向分布趨勢，模型在忠實(shí)于井點(diǎn)數(shù)據(jù)的同時(shí)并受趨勢的約束。

3.5 油藏及流體相態(tài)擬合

為改善對氣藏流體性質(zhì)的預(yù)測精度，在不影響模擬結(jié)果的前提下，按組分性質(zhì)相近的原則，將井流物組分進(jìn)行了7個(gè)擬組分劃分，PVT擬合曲線如圖6所示。利用PVTI軟件，通過調(diào)整每個(gè)組分的十幾個(gè)組分臨界狀態(tài)參數(shù)，對恒組分膨脹實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)試算，擬合不同壓力下相對體積、液體密度以及液體黏度，擬合精度控制在5%以內(nèi)，精度較高，可以滿足后續(xù)組分模擬的要求。

圖5 吳26-75井區(qū)三維含水飽和度模型Fig.5 Wu 26-75 well three-dimensional water saturation model

圖6 PVT擬合曲線Fig.6 PVT fitting curve

在流體相態(tài)擬合的基礎(chǔ)上，能準(zhǔn)確描述油藏流體性質(zhì)的各組分臨界狀態(tài)特征參數(shù)(表3、圖7)。

表3 組分臨界狀態(tài)特征參數(shù)Tab.3 Component critical state characteristic parameters

圖7 原油體系相圖Fig.7 Phase diagram of crude oil system

3.6 儲(chǔ)量擬合

對于常規(guī)油藏，在采用定油量生產(chǎn)制度后，一般情況下不需調(diào)整多少參數(shù)采油量都能得到較快擬合。但對于目標(biāo)長9油藏這種低孔低滲且只有實(shí)施大型壓裂措施后才能見經(jīng)濟(jì)產(chǎn)能的油田，則必須對地質(zhì)模型作較大的調(diào)整后，產(chǎn)量才能得到較好的擬合。在地質(zhì)建模和流體相態(tài)擬合的基礎(chǔ)上，建立全區(qū)模型，并對整個(gè)油藏儲(chǔ)量進(jìn)行擬合(表4)，比對實(shí)際各小層地質(zhì)情況以及地質(zhì)建模，最終得到了較高的儲(chǔ)量擬合結(jié)果。

表4 全區(qū)儲(chǔ)量擬合Tab.4 Reserves fitting table of the whole region

3.7 生產(chǎn)歷史擬合

為保證擬合效率，提高模型計(jì)算速度，采用黑油模型進(jìn)行水驅(qū)開發(fā)歷史擬合。在區(qū)塊整體模型的基礎(chǔ)上，完成了區(qū)塊生產(chǎn)歷史擬合(圖8)。從擬合結(jié)果看，區(qū)塊整體擬合效果較好，液、油、含水?dāng)M合趨勢符合比較好。單井?dāng)M合部分大產(chǎn)量主力井?dāng)M合效果較好，一些產(chǎn)量較差，措施多的單井，擬合效果稍差?？傮w上看，生產(chǎn)歷史擬合生產(chǎn)趨勢基本與實(shí)際一致，擬合精度能夠滿足后續(xù)方案要求。

歷史擬合模型采用定液生產(chǎn)，區(qū)塊產(chǎn)液基本穩(wěn)定，誤差3.4%，區(qū)塊產(chǎn)油誤差1.89%，由于區(qū)塊實(shí)際含水受個(gè)別單井影響，跳躍性大，區(qū)塊含水?dāng)M合稍差，但整體趨勢仍較符合，單井?dāng)M合產(chǎn)油誤差小于10%的井20口，擬合符合率約70%。模型能真實(shí)反映油藏開發(fā)歷史，可滿足后續(xù)方案預(yù)測需要。

3.8 吳26-75井區(qū)CO2驅(qū)油開發(fā)預(yù)測

吳26-75井區(qū)目前平均地層壓力13.7 MPa，本次模擬設(shè)置有2個(gè)井組井口CO2注氣速度20、30、40 t/d。并設(shè)置注入井井底注入壓力不超過35 MPa，生產(chǎn)井井底流壓不低于混相壓力18.52 MPa。通過數(shù)值模擬軟件計(jì)算，預(yù)測區(qū)塊CO2注氣速度20、30、40 t/d的情況下，20年可累計(jì)增油20.56 萬、22.48 萬、24.13 萬m3，可分別提高采收率7.82%、8.55%、9.18%。區(qū)塊20年CO2驅(qū)生產(chǎn)預(yù)測如圖9所示，區(qū)塊20年CO2驅(qū)生產(chǎn)預(yù)測見表5。

圖8 區(qū)塊生產(chǎn)歷史擬合Fig.8 Block production history fitting

圖9 區(qū)塊20年CO2驅(qū)生產(chǎn)預(yù)測Fig.9 Forecast of CO2 flooding production in 20 years

表5 區(qū)塊20年CO2驅(qū)生產(chǎn)預(yù)測Tab.5 20 years CO2 flooding production forecast table of block

4 結(jié)論

(1)根據(jù)氣驅(qū)增產(chǎn)比計(jì)算方法，得到了氣驅(qū)采收率預(yù)測方法。利用油藏工程方法預(yù)測吳起白豹吳26-75區(qū)塊CO2驅(qū)油20年可提高采收率8.12%。

(2)選取吳起白豹研究區(qū)塊進(jìn)行CO2驅(qū)油藏?cái)?shù)值模擬研究，設(shè)置CO2注氣速度20、30、40 t/d，預(yù)測區(qū)塊可分別提高采收率7.82%、8.55%、9.18%。

(3)油藏工程方法和數(shù)值模擬方法預(yù)測結(jié)果誤差較小，從而驗(yàn)證該油藏工程方法可用于CO2驅(qū)油提高采收率預(yù)測。