广义气水混驱特征曲线的建立及应用.pdf
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1、 第44卷 第5期 新 疆 石 油 地 质Vol.44,No.5 2023年10月 XINJIANG PETROLEUM GEOLOGYOct.2023 文章编号:1001-3873(2023)05-0562-10 DOI:10.7657/XJPG20230507广义气水混驱特征曲线的建立及应用贾蕊1,袁泉2a,汤欣2a,吕奇奇1,高文君2b(1.长江大学 地球科学学院,武汉 430100;2.中国石油 吐哈油田分公司 a.鄯善采油管理区;b.勘探开发研究院,新疆 哈密 839009)摘 要:为解决目前气水混驱特征曲线评价油藏开发效果方法较少的问题,引入了地下含气水率,并类比水驱油藏含水变化规
2、律广义数学模型,建立了广义气水混驱特征曲线及其对应的广义含气水变化规律数学模型。新的广义气水混驱特征曲线在n=0和m=0时,为甲型气水交替驱特征曲线;在n=1和m=0时,则为乙型气水交替驱特征曲线。n和m取不同数值时,广义气水混驱特征曲线可以转化为S型气水混驱特征曲线,也可以转化为凸型、S-凸型、S-凹型、凹型等气水混驱特征曲线。为了便于矿场应用,给出了气水混驱特征曲线通式及其对应的含气水变化规律数学模型的求解方法,并应用于葡北油田三间房组油藏气水交替驱和锦州油田S31油藏气顶气+边水驱开发效果的评价,拟合精度较高,可供其他油藏借鉴。关键词:葡北油田;锦州油田;气水混驱油藏;广义气水混驱特征曲
3、线;地下含气水率;含气水变化规律;数学模型中图分类号:TE341 文献标识码:A2018 Xinjiang Petroleum Geology.Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License收稿日期:2022-07-20 修订日期:2023-05-06基金项目:中国石油科技重大专项(2017E-04-07)第一作者:贾蕊(1990-),女,甘肃酒泉人,硕士研究生,油气田开发,(Tel)13289089502(E-mail)通讯作者:高文君(1971-),男,陕西乾县人,高级工程师,油藏工程,(Tel)09
4、02-2765308(E-mail)Establishment and Application of Generalized Characteristic Curves of GasWater Miscible Flooding JIA Rui1,YUAN Quan2a,TANG Xin2a,LYU Qiqi1,GAO Wenjun2b(1.School of Geosciences,Yangtze University,Wuhan,Hubei 430100,China;2.PetroChina Tuha Oilfield Company,a.Shanshan Oil Production M
5、anagement Area;b.Research Institute of Exploration and Development,Hami,Xinjiang 839009,China)Abstract:Considering the limited methods for evaluating reservoir development performance using gaswater miscible flooding characteristic curves,a concept of underground watergas cut was introduced.By analo
6、gy with the generalized mathematical model of water cut variation in water flooding reservoirs,generalized gaswater miscible flooding characteristic curves and the corresponding generalized mathematical models of underground gaswater cut variation were established.The generalized gaswater miscible f
7、looding characteristic curve is a Type A wateralternatinggas(WAG)injection characteristic curve when n=0 and m=0,and a Type B WAG injection characteristic curve when n=1 and m=0.By varying the values of n and m,the generalized gaswater miscible flooding characteristic curve can be transformed into S
8、shaped,convex,Sconvex,Sconcave,and concave gaswater miscible flooding characteristic curves.For purpose of field application,a general formula for the generalized gaswater miscible flooding characteristic curve and solution method for the corresponding mathematical model combining underground gaswat
9、er cut variation were provided.The application to the evaluation of the development performance of WAG injection in the reservoir of Sanjianfang formation in Pubei oilfield,and of gas cap gas+edge water displacement in S31 reservoir in Jinzhou oilfield shows a high fitting accuracy.This method can b
10、e a reference for other reservoirs.Keywords:Pubei oilfield;Jinzhou oilfield;reservoir with gaswater miscible flooding;generalized gaswater miscible flooding characteris tic curve;underground gaswater cut;gaswater cut variation;mathematical model水驱特征曲线是水驱油田开发效果评价的有效方法1-3,微分后可得到采出程度与含水率的变化关系式,包括经典的童氏图
11、版4等;文献 5 利用类比法,用累计产气量替代累计产水量,得到了气驱特征曲线,微分后可得到含气率与采出程度的变化关系式,并用于具气顶油藏、凝析气藏和稠油油藏的可采储量计算,但含气率是否也像水驱一样取0.98标定采收率,在技术上很难确定。因为注气前缘一旦突破,含气率快速上升,很快就接近1,分析其原因,主要是应用时采用地面产气量和地面产油量计算含气率,而地面产气量往往远大于地面产油量,导致油井一旦见气,含气率便快速接近1。为了抑制气驱油藏过快进入特高含气阶段,矿场上多采用气水交替驱开发,从而达到提高采收率的目的6。为此,文献 6 推导了气水交第44卷 第5期贾蕊,等:广义气水混驱特征曲线的建立及应
12、用替驱特征曲线关系式,但经微分后得到的采出程度关系式并非单一的自变量关系式,对预测采收率不便7。同时,累计产气量比累计产水量大很多,接近1 000倍,在半对数坐标系中,累计产水量对特征曲线的影响很小,甚至可以忽略不计。针对以上情况,文献 8 将这些方法中的累计生产指标统一换算为地下体积单位,并提出含气水率,消除了地面产气量过大的影响。然而,气水交替驱特征曲线仍是半对数关系式甲型驱替特征曲线,只能表征S型含气水变化规律。水驱特征曲线经60多年的发展9-16,已形成了广义水驱特征曲线17,可以表征凸型、S-凸型、S型、S-凹型、凹型等各类含水变化规律。按照类比推理,并结合油、气、水三相系统中,水相
13、渗透率和油水毛细管压力只与含水饱和度相关,与含油饱和度和含气饱和度无关,气相渗透率和油气毛细管压力只与含气饱和度相关,与含油饱和度和含水饱和度无关的原则,形成了气水混驱特征曲线的通式广义气水混驱特征曲线,这不仅便于水驱和气驱各种组合方式开发油藏的开发效果评价和可采储量标定,也为不同油藏间进行气水混驱横向对比提供了统一的数学模型。1 驱替特征曲线存在的问题1.1 各指标值应为地层条件下体积数值在地层条件下,水的体积系数一般为 1.0101.060,原油的体积系数为1.0102.500,而气体的体积系数很小,一般为0.0020.008,即地下1 m3的气体,放到地面上后,体积将会扩大125500倍
14、。因此,在水驱油藏为油水两相流动时,用含水率反映产出流体构成,将会出现地下与地面2种含水率,且两者差值不大,是可行的;在气驱油藏为油气两相流动时,用含气率反映产出流体构成,也会出现地下与地面2种含气率,但两者差值很大(图1),是不可行的。水驱和气驱同时存在的油藏,则会出现油、气、水三相流动,可定义含气水率为油层产气与产水地下体积之和占总产出流体地下体积之比,用含气水率来表示产出流体构成5。因此,在评价水驱油藏、气驱油藏和气水交替驱油藏的开发效果时,各累计指标应为地层条件下的体积数值。矿场数据一般都是地面数据,因而,在采用经典的甲型水驱特征曲线1、甲型气驱特征曲线5和甲型气水交替驱特征曲线6进行
15、分析时,应按下式进行。图1 地面与地下分流量对比曲线Fig.1.Correlation of surface and underground water/gas cuts甲型水驱特征曲线:BoNp=A1+B1ln(BwWp+C1)。(1)甲型气驱特征曲线:BoNp=A2+B2ln(BgGp+C2)。(2)甲型气水交替驱特征曲线:BoNp=A3+B3ln(BwWp+BgGp+C3)。(3)分别对(1)式、(2)式和(3)式微分求导7,可得:BodNpdt=B1BwBwWp+C1dWpdt;(4)BodNpdt=B2BgBgGp+C2dGpdt;(5)BodNpdt=B3BwWp+BgGp+C3(
16、)BwdWpdt+BgdGpdt。(6)考虑到稳压开采和溶解气的存在,地下原油体积系数、地下水体积系数、地下气体积系数和溶解气油比为常数,则:BodNp/dt=Boqo;(7)BwdWp/dt=Bwqw;(8)BgdGp/dt=Bg(qg-qoRsi)。(9)由分流量方程可知8,水驱油藏的地下含水率fw=Bwqw/(Bwqw+Boqo),气驱油藏的地下含气率 fg=Bg(qg-qoRsi)/Bg(qg-qoRsi)+Boqo,气水混驱油藏的地下含气水率?0.002?0.004?0.00800.20.40.60.81.000.20.40.60.81.0?b0?(?1.50)?1.500?1.26
17、0?1.750?2.000?2.25000.20.40.60.81.000.20.40.60.81.0?a(1.000)?5632023年新 疆 石 油 地 质fwg=Bwqw+Bg(qg-qoRsi)/Bwqw+Bg(qg-qoRsi)+Boqo,令 a=(A+BlnB)/(NBo)、b=B/(NBo),则(1)式、(2)式和(3)式对应的含水变化规律、含气变化规律和含气水变化规律分别为9:Row=a1+b1ln fw/(1-fw),(10)Rog=a2+b2ln fg/(1-fg),(11)Rowg=a3+b3ln fwg/(1-fwg),(12)式中 a1=(A1+B1lnB1)/(Bo
18、N);(13)b1=B1/(BoN);(14)a2=(A2+B2lnB2)/(BoN);(15)b2=B2/(BoN);(16)a3=(A3+B3lnB3)/(BoN);(17)b3=B3/(BoN)。(18)(12)式在不产气的情况下,可转化为(10)式,在不产水的情况下,可转化为(11)式。1.2 甲型驱替特征曲线建立时假设条件不成立分流量方程:fw=1/1+(Kro/Krw)/owr。(19)再结合油藏见水后的Welge方程10,可得到甲型含水变化规律对应油水相渗比与出口端含水饱和度关系式:b1(1-Swi)ln(Kro/Krw)/owr1+(Kro/Krw)/owr-c11+owrKr
19、w/Kro=(a1-b1)(1-Swi)+Swi-Swe,(20)式中c1=(b1-a1)(1-Swi)-b1(1-Swi)fwminln fwmin/(1-fwmin)1-fwmin。(21)同理,可得甲型含气变化规律对应油气相渗比与出口端含水饱和度关系式:b2(1-Swi)ln(Kro/Krg)/ogr1+(Kro/Krg)/ogr-c21+ogrKrg/Kro=(a2-b2)(1-Swi)-Sge,(22)式中c2=(b2-a2)(1-Swi)-b2(1-Swi)fgminln fgmin/(1-fgmin)1-fgmin。(23)葡北20井岩样A31-2空气渗透率为499 mD,孔隙度
20、为20.5%,地层条件下原油黏度为0.4 mPas,地层水黏度为0.322 mPas,注气黏度为0.017 7 mPas,束缚水饱和度为0.242。先利用文献 11 给出的改进Willhite模型,对其油水和油气相对渗透率分别进行拟合,可以看出水驱油和气驱油呈现出2个完全不同的渗流和驱替特征(图2),即在水驱油过程中,油相相对渗透率随含水饱和度增大急剧下降,而水相相对渗透率随含水饱和度增大呈近直线增大,含水率与含水饱和度关系曲线整体呈近“S”形;在气驱油过程中,油相相对渗透率随含气饱和度增大也急剧下降,而气相相对渗透率随含气饱和度增大呈“凹”形快速增大,含气率与含气饱和度整体呈“”形关系。再利
21、用(20)式和(22)式对实验油水相渗比和油气相渗比进行拟合,其拟合相关系数都较高(表1)。这些研究一方面表明,(20)式和(22)式适用于描述岩样A31-2油水相渗比与出口端含水饱和度的关系以及油气相渗比与出口端含气饱和度的关系;另一方面也表明甲型水驱特征曲线(或甲型含水规律)、甲型气驱特征曲线(或甲型含气规律)分别对应的油水相渗比与出口端含水饱和度的关系以及油气相渗比与出口端含气饱和度的关系,并不完全符合指数关系式的理论建立假设条件12-15。对于气水交替驱,通过实验来获取三相相对渗透率非常困难,尤其是在低饱和度情况下确定的三相相对渗透率误差较大。目前,最普遍的做法就是通过经验模型,利用两
22、相渗流数据来估计三相相对渗透率16。近几年来,随着中国气水混驱(多为气水交替驱)矿场试验和机理分析,甲型气水交替驱特征曲线及甲型含气水变化规律被广泛应用到实践中17-26。同样,类比文献 10 的研究方法,可得到甲型含气水变化规律对应的油与气水相渗比与出口端含气水饱和度的关系式:b3(1-Swi)ln Kro/(owrKrw+ogrKrg)1+Kro/(owrKrw+ogrKrg)-c31+(owrKrw+ogrKrg)/Kro=(a3-b3)(1-Swi)+Swi-Swe-Sge,(24)式中c3=(b3-a3)(1-Swi)-b3(1-Swi)fwgminln fwgmin/(1-fwgm
23、in)1-fwgmin。(25)(24)式进一步说明,利用两相渗流数据来确定三相相对渗透率的方法是可行的,但(24)式也并非是甲型气水交替驱特征曲线理论建立时假设的指数式6,而是相对复杂的超越方程,且忽略了气驱过程中油气之间的混相16。若只考虑在纯气驱油过程中油气之间充分混相,相当于被驱替相原油黏度下降、驱替相气体黏度增大,驱替相与被驱替相黏度比接近1,其驱油效率得到大幅提高(图3)。因此,在气水混驱过程中,不同含水饱和度下,油气、油水和气水之间的相变、传质等物理化学反应更加复杂,加上气水驱替速度、含气饱和度和含水饱和度的变化存在一些差异,很难用实验方法对气水混驱时的油气水三相相渗关系式(24
24、)式予以验证。564第44卷 第5期贾蕊,等:广义气水混驱特征曲线的建立及应用2 广义气水混驱特征曲线的建立2.1 广义气水混驱特征曲线文献 27 结合油藏含水变化曲线呈现凸型、S-凸型、S型、S-凹型、凹型和近直线型的特点,提出了一种含水变化规律新的广义数学模型:Ro=a+blnn+(1-n)fw1+(m-1)fw。(26)(26)式中,n值越大,含水变化曲线形态越凸;m值越大,含水变化曲线形态越凹。再结合采用地下含水率,可给出相应广义水驱特征曲线和油水相渗比与含水饱和度关系式:(n-1/m)ln1-mexp Np/(bN)-a/b1-mexp Np0/(bN)-a/b=BwWp+nBoNp
25、-nBoNp0bBoN,(27)图2 葡北20井岩样A31-2油水、油气相渗曲线Fig.2.Oilwater and oilgas relative permeability curves of the rock sample A312 from Well PB20表1 葡北20井岩样A31-2油水、油气相渗拟合结果Table 1.Fitting results of oilwater and oilgas relative permeabilities for the rock sample A312 from Well PB20关系式(20)式(22)式Kro/Krw=aexp(-bSwe
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