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多參數(shù)約束聚合物驅(qū)歷史擬合方法

2010-01-04 07:22:40王正波王強(qiáng)葉銀珠葉繼根
石油勘探與開發(fā) 2010年2期
關(guān)鍵詞:水驅(qū)單井油藏

王正波,王強(qiáng),葉銀珠,葉繼根

(1.提高石油采收率國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院)

多參數(shù)約束聚合物驅(qū)歷史擬合方法

王正波1,2,王強(qiáng)1,2,葉銀珠2,葉繼根2

(1.提高石油采收率國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院)

聚合物驅(qū)數(shù)值模擬需要對(duì)大量物理化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行描述,與水驅(qū)相比存在很強(qiáng)的特殊性。參考和借鑒水驅(qū)數(shù)值模擬歷史擬合相關(guān)方法和聚合物驅(qū)油機(jī)理研究成果,篩選出聚合物的吸附量、殘余阻力系數(shù)、聚合物溶液相對(duì)黏度、不可及孔隙體積、傳導(dǎo)系數(shù)、有效地層系數(shù)和表皮系數(shù)等7個(gè)影響聚驅(qū)效果的主要特征參數(shù);在對(duì)這些參數(shù)開展較為詳細(xì)的敏感性分析基礎(chǔ)上,以多種現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料作為約束條件,建立了一套較為系統(tǒng)、有效的多參數(shù)約束聚合物驅(qū)歷史擬合方法。大慶某典型實(shí)際區(qū)塊油藏?cái)?shù)值模擬表明,聚合物驅(qū)歷史擬合精度明顯提高,單井含水?dāng)M合符合率達(dá)到75%。研究結(jié)果證明了該聚合物驅(qū)歷史擬合方法的可行性和有效性。圖4表1參13

聚合物驅(qū);三次采油;歷史擬合;數(shù)值模擬;敏感性分析

0 引言

聚合物驅(qū)油的基本原理主要是通過增加水相的黏度,達(dá)到改善水油流度比、提高驅(qū)替液的波及效率,進(jìn)而提高油藏采收率的目的[1,2]。近40年來,聚合物驅(qū)憑借其顯著的降水增油效果,已在國(guó)內(nèi)各大油田得到了廣泛的應(yīng)用[3,4]。為了獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益,亟需研究聚合物驅(qū)油過程的各種影響因素及其變化規(guī)律,以便有效指導(dǎo)聚合物驅(qū)方法的礦場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用。聚合物驅(qū)油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,并已發(fā)展成為聚合物驅(qū)開發(fā)方案設(shè)計(jì)、驅(qū)油效果預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)、后期調(diào)整挖潛措施制定的主要研究手段之一。

油藏?cái)?shù)值模擬歷史擬合是該項(xiàng)技術(shù)的重要組成部分,也是研究已開發(fā)油田尤其是高含水老油田剩余油分布的關(guān)鍵技術(shù)之一[5,6]。歷史擬合精度直接影響著剩余油分布的研究結(jié)果,提高大型油藏模擬歷史擬合的速度與效率是及時(shí)、有效制定開發(fā)調(diào)整方案的基礎(chǔ)。但是,由于聚合物驅(qū)數(shù)值模擬方法往往涉及大量物理化學(xué)現(xiàn)象的描述方程,與水驅(qū)相比存在很強(qiáng)的特殊性,這就使得聚合物驅(qū)階段的歷史擬合工作難度明顯加大。目前,針對(duì)聚合物驅(qū)階段的歷史擬合主要還是借用水驅(qū)歷史擬合的相關(guān)方法和步驟,尚缺乏系統(tǒng)的研究和較為詳細(xì)的介紹,在影響聚合物驅(qū)效果主要因素的選取及其參數(shù)敏感性分析方面還有待進(jìn)一步的研究。為此,本文在水驅(qū)歷史擬合方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合油田的實(shí)際情況篩選出聚合物驅(qū)7個(gè)主要影響因素,并對(duì)這7個(gè)因素開展敏感性分析,最終建立了多參數(shù)約束的聚合物驅(qū)階段歷史擬合方法。該研究結(jié)果可為聚驅(qū)后剩余油分布規(guī)律研究、驅(qū)油效果跟蹤與評(píng)價(jià)、后期調(diào)整與挖潛措施合理制定提供有力的技術(shù)支持和科學(xué)保障,為其他區(qū)塊的相關(guān)研究工作提供參考和借鑒。

1 擬合參數(shù)的選取

1.1 水驅(qū)歷史擬合參數(shù)

目前,針對(duì)常規(guī)水驅(qū)開發(fā)油藏的歷史擬合過程可以分為3個(gè)層次:第一層次是儲(chǔ)量擬合;第二層次是全油田和油水井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)趨勢(shì)初擬合;第三層次是全油田和油水井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)精細(xì)擬合。在具體操作時(shí),水驅(qū)歷史擬合可以采取以下5個(gè)步驟[7]:①確定模型參數(shù)的可調(diào)范圍;②對(duì)模型參數(shù)全面檢查;③全區(qū)和單井壓力擬合;④全區(qū)和單井飽和度擬合;⑤單井生產(chǎn)指數(shù)擬合。

水驅(qū)歷史擬合可調(diào)整的參數(shù)很多,針對(duì)不同的擬合對(duì)象,如:儲(chǔ)量、油氣水產(chǎn)量(含水率、氣油比)、壓力或生產(chǎn)壓差等,調(diào)整的參數(shù)也有所不同[8]。其中,儲(chǔ)量擬合是整個(gè)油氣田歷史擬合的重要一環(huán),重點(diǎn)是核實(shí)三維地質(zhì)模型、巖石流體物性、油氣水分布特征與地質(zhì)研究成果的一致性[9]。生產(chǎn)井動(dòng)態(tài)擬合是油藏模擬的難點(diǎn),由于不同油氣藏的復(fù)雜程度和對(duì)其的認(rèn)識(shí)程度不同,影響模擬計(jì)算精度的主要不確定因素也不同[10]。不確定因素主要可以分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩類。靜態(tài)不確定參數(shù)包括各類地質(zhì)參數(shù)、巖石物性參數(shù)、可疑斷層及其封閉性、邊水水體大小、夾層的分布范圍及其封閉性、流體PVT物性等;動(dòng)態(tài)不確定參數(shù)包括油氣產(chǎn)量計(jì)量誤差、多層系合層開采井的產(chǎn)量劈分、大型油氣藏試驗(yàn)區(qū)模型邊部開發(fā)井的產(chǎn)量劈分、無控制井噴量等。只有較好地把握地質(zhì)研究成果和油氣藏開采特征,才能從眾多的不確定因素中選擇對(duì)開發(fā)動(dòng)態(tài)擬合起主要作用的影響因素,通過合理解釋、修正,使數(shù)值模擬歷史擬合達(dá)到較高的精度。

1.2 聚合物驅(qū)歷史擬合參數(shù)

聚合物驅(qū)是水驅(qū)開發(fā)老油田進(jìn)入高含水甚至特高含水期后所采用的三次采油方法。在此開發(fā)階段,油藏的巖石孔隙結(jié)構(gòu)、礦物組成和界面潤(rùn)濕性,地下流體性質(zhì)、含鹽量、離子含量以及剩余油分布等情況都較水驅(qū)時(shí)有所變化。因此,相對(duì)于常規(guī)的水驅(qū)歷史擬合,聚合物驅(qū)的歷史擬合過程更為復(fù)雜,擬合的限制因素更多。

通常,在進(jìn)行聚合物驅(qū)歷史擬合時(shí),聚合物驅(qū)前期的水驅(qū)部分已經(jīng)擬合完畢,水驅(qū)階段的各種動(dòng)靜態(tài)參數(shù)業(yè)已調(diào)整好,這就使得聚合物驅(qū)階段歷史擬合的參數(shù)選取受到了一定的限制。為了既不影響水驅(qū)階段已經(jīng)調(diào)整好的相關(guān)曲線形態(tài),又能獲得聚合物驅(qū)較好的擬合效果,就要對(duì)需要調(diào)整的參數(shù)進(jìn)行篩選。通過大量的文獻(xiàn)調(diào)研以及對(duì)油田實(shí)際地質(zhì)模型聚合物驅(qū)階段的歷史擬合,篩選出聚合物溶液的相對(duì)黏度、聚合物在地層中的吸附量以及聚合物引起的地層滲透率下降系數(shù)、不可及孔隙體積系數(shù)等參數(shù)作為聚合物驅(qū)階段全區(qū)擬合的參數(shù),而單井?dāng)M合的調(diào)整參數(shù)包括表皮系數(shù)、傳導(dǎo)系數(shù)、有效地層系數(shù)等[11]。其中,聚合物溶液的相對(duì)黏度是指聚合物溶液黏度與水相黏度的比值。

2 影響參數(shù)的敏感性分析

聚合物驅(qū)油過程涉及了大量的物理化學(xué)現(xiàn)象和影響因素,了解各種現(xiàn)象和因素的相對(duì)重要性及其變化規(guī)律,對(duì)于深入理解其作用、找出關(guān)鍵影響參數(shù)、獲得比較理想的歷史擬合效果非常重要[12,13]。為此,利用大慶油田某典型區(qū)塊的實(shí)際地質(zhì)模型,重點(diǎn)研究了上述擬合參數(shù)對(duì)聚合物驅(qū)效果的影響情況,并針對(duì)這些參數(shù)開展了一系列的敏感性分析工作。具體做法:在其他各參數(shù)數(shù)值固定不變的情況下,設(shè)定一個(gè)自變量的標(biāo)準(zhǔn)值 Xst;在此標(biāo)準(zhǔn)值的基礎(chǔ)上,依據(jù)參數(shù)的實(shí)際變化范圍增大或減小10%~60%,設(shè)定5~7個(gè)不等的數(shù)值級(jí)別;定義ΔX/Xst為自變量的相對(duì)變化比例,用ΔR/Rst代表此時(shí)最終采收率的相對(duì)變化情況,將兩個(gè)變化量比值的絕對(duì)值定義為該參數(shù)對(duì)聚合物驅(qū)效果影響的敏感度系數(shù)S,如下式:

式中 Xst——敏感參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值;Rst——參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)應(yīng)的最終采收率;ΔX——相對(duì)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值的變化量;ΔR——參數(shù)變化引起采收率的變化量。

并且,針對(duì)不同的敏感度系數(shù)范圍設(shè)定了強(qiáng)、中、弱3個(gè)等級(jí),用于說明該參數(shù)對(duì)聚合物驅(qū)效果的影響程度。其中,0<S≤2代表弱敏感性;2<S≤10代表中敏感性;S>10代表強(qiáng)敏感性。

實(shí)際操作時(shí),首先根據(jù)油田聚合物驅(qū)開發(fā)實(shí)際情況,制定敏感性分析的基礎(chǔ)方案:水驅(qū)含水率達(dá)到90%時(shí)開始注聚合物,聚合物濃度為1 000 mg/L,注入速度0.19 PV/a,總注入量為570 mg/(L·PV),后續(xù)水驅(qū)至含水98%模擬終止;然后,對(duì)前述7個(gè)影響參數(shù)進(jìn)行敏感性分析,并將其結(jié)果整理于相應(yīng)的圖表中,例如圖1所示聚合物溶液相對(duì)黏度(聚合物溶液黏度與水黏度比值,基準(zhǔn)值25.2)的敏感性分析曲線;最終,通過大量方案預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析,得到各影響參數(shù)的敏感程度。其中,全區(qū)擬合參數(shù)的敏感性由強(qiáng)到弱的排列順序?yàn)榫酆衔锏奈搅?、聚合物溶液相?duì)黏度、殘余阻力系數(shù)和不可及孔隙體積等,而單井?dāng)M合參數(shù)的敏感程度由強(qiáng)到弱排序?yàn)閭鲗?dǎo)系數(shù)、有效地層系數(shù)和表皮系數(shù)等。

圖1 聚合物溶液相對(duì)黏度的敏感性分析曲線

3 聚合物驅(qū)歷史擬合的具體步驟

在充分參考常規(guī)水驅(qū)歷史擬合方法的基礎(chǔ)上,建立了聚合物驅(qū)階段歷史擬合的方法,具體擬合步驟是:①采用油井定產(chǎn)液量和水井定注水量的方式進(jìn)行聚合物驅(qū)生產(chǎn)階段的歷史擬合,主要分為全區(qū)擬合和單井?dāng)M合兩個(gè)方面;②針對(duì)整個(gè)聚合物驅(qū)階段的調(diào)整,重點(diǎn)選取了聚合物溶液相對(duì)黏度、聚合物的吸附量及其殘余阻力系數(shù)作為主要的調(diào)整參數(shù);③在單井曲線的擬合過程中,主要選取與單井相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行細(xì)致調(diào)整,如表皮系數(shù)、傳導(dǎo)系數(shù)、有效地層系數(shù)等。具體參數(shù)調(diào)整時(shí),優(yōu)先選用敏感性較強(qiáng)的參數(shù),并且要保證調(diào)整后的各個(gè)參數(shù)在符合實(shí)際的數(shù)值范圍內(nèi)。全區(qū)3個(gè)調(diào)整參數(shù)的基準(zhǔn)值及其調(diào)整幅度情況見表1。

表1 全區(qū)3個(gè)調(diào)整參數(shù)的基準(zhǔn)值及調(diào)整幅度

另外,在聚合物驅(qū)歷史擬合的過程中,還要充分利用已經(jīng)獲得的各種油藏精細(xì)研究成果和大量的實(shí)際動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料等,對(duì)具體的參數(shù)調(diào)整給以借鑒并提供切實(shí)的調(diào)整依據(jù)。以油水井大量的實(shí)際動(dòng)態(tài)及監(jiān)測(cè)資料作為約束條件,將這些實(shí)際觀測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的物理量與前期數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,并以實(shí)測(cè)資料的結(jié)果為準(zhǔn),對(duì)數(shù)值模擬中各參數(shù)項(xiàng)進(jìn)行反復(fù)、細(xì)致的調(diào)整,可以獲得聚合物驅(qū)階段更好的歷史擬合效果。這些動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料包括油氣井產(chǎn)量、含水率、氣油比、實(shí)測(cè)壓力等生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),以及產(chǎn)吸水剖面測(cè)試資料、觀測(cè)井資料和檢查井資料等現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試資料。

聚合物驅(qū)階段多參數(shù)約束歷史擬合的具體操作流程見圖2。

4 聚合物驅(qū)歷史擬合的實(shí)際效果

圖2 聚合物驅(qū)階段多參數(shù)約束歷史擬合流程圖

為了驗(yàn)證本方法的應(yīng)用效果,針對(duì)大慶某典型聚合物驅(qū)區(qū)塊的實(shí)際地質(zhì)模型和開發(fā)動(dòng)態(tài)特征,在較好地完成了水驅(qū)歷史擬合的基礎(chǔ)上,開展了聚合物驅(qū)階段的歷史擬合。該區(qū)塊面積3.28 km2,網(wǎng)格步長(zhǎng)為40 m×40 m×2 m,縱向上粗化后的層數(shù)為9層,總節(jié)點(diǎn)數(shù)19 980,有效網(wǎng)格數(shù)16 971。在全區(qū)歷史擬合過程中,對(duì)于水驅(qū)老井采取定油生產(chǎn),聚合物驅(qū)新井采取定產(chǎn)液生產(chǎn),注入井均采取定注水的控制模式,最大限度地保持各生產(chǎn)井模擬產(chǎn)油量、各注水井的注水量與實(shí)測(cè)值一致。在進(jìn)行單井?dāng)M合時(shí),共對(duì)該模型的37口油井(其中16口聚合物驅(qū)新井)和40口注水井(其中34口注聚合物井)的生產(chǎn)歷史進(jìn)行了擬合,有58口井?dāng)M合效果較好,占總井?dāng)?shù)的75%。部分井?dāng)M合效果較差,主要是由于開井時(shí)間較短或井?dāng)?shù)據(jù)缺失等原因。整體上看,該區(qū)塊聚合物驅(qū)階段的歷史擬合效果較好,說明利用本文方法可以提高聚合物驅(qū)歷史擬合的質(zhì)量,其擬合結(jié)果能夠較真實(shí)地反映研究區(qū)塊的實(shí)際地質(zhì)特征及其開發(fā)歷程,為下一步的開發(fā)方案調(diào)整以及指標(biāo)預(yù)測(cè)奠定良好的基礎(chǔ)。研究區(qū)原油產(chǎn)量和含水率擬合情況見圖3,單井的擬合曲線見圖4。

5 結(jié)論

在水驅(qū)歷史擬合方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合聚合物驅(qū)油藏?cái)?shù)值模擬的具體特點(diǎn),篩選出了適用于聚合物驅(qū)階段歷史擬合的7個(gè)參數(shù),主要包括聚合物的物化參數(shù)及單井可調(diào)參數(shù)兩個(gè)方面。

聚合物驅(qū)歷史擬合參數(shù)的敏感性研究認(rèn)為,各參數(shù)的敏感性按照從強(qiáng)到弱的順序排列為:聚合物的吸附量、聚合物溶液相對(duì)黏度、殘余阻力系數(shù)和不可及孔隙體積等;單井參數(shù)排序?yàn)?傳導(dǎo)系數(shù)、有效地層系數(shù)和表皮系數(shù)等。

聚合物驅(qū)歷史擬合方法分為全區(qū)和單井兩個(gè)主要階段,其中聚合物驅(qū)的物化參數(shù)主要用于全區(qū)動(dòng)態(tài)曲線的擬合,單井特性參數(shù)則用于各產(chǎn)注井動(dòng)態(tài)的逐一擬合。另外,多參數(shù)約束的聚合物驅(qū)歷史擬合將會(huì)進(jìn)一步提高其擬合質(zhì)量。

應(yīng)用本文所建立的方法,對(duì)大慶油田某典型聚合物驅(qū)區(qū)塊的37口油井(其中16口聚合物驅(qū)新井)和40口注水井(其中34口注聚井)的生產(chǎn)歷史進(jìn)行了擬合,取得了較好的擬合效果,證明了該聚合物驅(qū)歷史擬合方法的可行性和有效性。

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A multiple-parameter-constraint history matching method for polymer flooding

Wang Zhengbo1,2,Wang Qiang1,2,Ye Yinzhu2,Ye Jigen2

(1.State Key L aboratory of EOR,Beijing100083,China;2.PetroChina Research Institute of Petroleum Ex ploration&Development,Beijing100083,China)

Due to the need of descriptions on many physical-chemical phenomena,the numerical simulation for polymer flooding has its own particularity compared to that of water flooding.Seven key characteristic parameters impacting on the polymer flooding effects are screened at first referring to the history matching method for water flooding and the mechanism of polymer flooding.These parameters are polymer adsorptive capacity,residual resistance factor,viscosity,inaccessible pore volume,conductivity coefficient,effective formation coefficient and skin factor.Based on the detailed sensitivity analysis on these parameters,a systematic and useful multiple-parameter-constraint history matching method for polymer flooding is established with various field data measured as restraints.The reservoir numerical simulation application in a typical block in Daqing Oilfield indicates that the history matching precision for polymer flooding was obviously improved,and the coincidence rate of single-well water cut was increased to about 75%.The study proved the feasibility and validity of the new history matching method for polymer flooding.

polymer flooding;tertiary oil recovery;history matching;numerical simulation;sensitivity analysis

國(guó)家重大技術(shù)裝備研制和重大產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)專項(xiàng):改善高含水油田后期水驅(qū)效果技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用(05-06專項(xiàng)課題);中國(guó)石油天然氣股份有限公司科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目(06-02A-01-02)

TE357.46

A

1000-0747(2010)02-0216-04

王正波(1978-),男,黑龍江雙城人,中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院工程師,主要從事三次采油油藏工程和數(shù)值模擬研究工作。地址:北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號(hào),中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院石油采收率研究所,郵政編碼:100083。E-mail:wangzhengbo@petrochina.com.cn

2008-08-28

2009-12-09

(編輯 郭海莉 繪圖 李秀賢)

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