实验设计法在凝析气藏后期注水开发方案设计中的应用

周宗明张贤松李保振王继美唐恩高

1.地质过程与矿产资源国家重点实验室·中国地质大学(北京) 2.中海油研究总院

实验设计法在凝析气藏后期注水开发方案设计中的应用

周宗明1张贤松2李保振2王继美2唐恩高2

1.地质过程与矿产资源国家重点实验室·中国地质大学(北京) 2.中海油研究总院

周宗明等.实验设计法在凝析气藏后期注水开发方案设计中的应用.天然气工业,2010,30(8):29-33.

凝析气藏衰竭开发当地层压力低于露点时,一部分凝析油将析出而损失到地下,同时还会对地层渗流能力和气井产能造成伤害,在条件允许时可以对凝析气藏实施注水开发;受地质和工程等多种因素影响,凝析气藏注水开发方案设计十分复杂,常规的单因素分析方法低效而且片面,不能满足研究的要求。为此,借助实验设计方法,综合考虑底水规模、地层倾角、垂向渗透率、凝析油含量、注水时机、注水量等参数,对凝析气藏注水开发进行了科学且高效的设计;确定了该过程中不同因素的敏感性程度和它们之间的交互作用;最后基于不同凝析气藏条件和设计目标给出了最优水驱方案和预测指标。在大港油田BG5气藏和塔里木牙哈凝析气藏的应用结果表明,该方法提高了开发方案设计的效率,减少了设计工作量。

凝析油气田 注水 衰竭开发 数值模拟 实验设计法 应用

凝析气藏衰竭开发过程中气藏压力递减快,地层中反凝析现象严重,从而影响凝析气藏的开发效果。特别是在近井地带,由于油气渗流速度高,压降大,凝析油饱和度比较高,其受到的反凝析污染比地层中部更严重,对气井的产能影响更大[1]。通过注气可以保持气藏的压力,显著提高凝析油的采收率,但是这种方法的应用受到压缩机成本较高和气体销售延迟的制约[2]。条件允许的情况下,可以通过注水保持气藏压力开采,减少反凝析的影响,提高凝析油气采收率[3-7]。开发方案设计及优化中常需要考虑地质、工程、经济等因素的影响。如果存在的影响因素太多,则这些研究将耗时耗力,除非对各种模拟方案进行有效的设计、筛选、分析[8-9]。笔者就如何利用实验设计法合理、科学地协助优化凝析气藏注水开发设计进行了探讨。

1 凝析气藏注水开发机理及影响因素

1.1 开发机理

凝析气藏实施注水开发的机理主要有:①保压作用;②对凝析油气的驱替作用;③油气界面注水分隔油气作用[4-5]。1.2 注水量的影响

通过注水能够保持气藏压力,防止或减少反凝析油析出损失。但是,注入水会束缚一定的气,束缚的气量主要受气藏压力和残余气饱和度影响。因此,必须在注入水运移到生产井井底前停注再衰竭开采,使束缚气降压膨胀继续产出,否则可能比衰竭开发的效果还要差。同时,要防止注入水过早侵入到生产井井底,造成气井早期水淹停产[6]。

1.3 凝析油含量的影响

对于凝析油含油比较高的凝析气藏需要的注水量相对较大,而对于凝析油含量较小的凝析气藏,存在一个最优的注水量使得凝析油气总的采收率最大。

1.4 注水时机的影响

初期注水的作用主要是保持气藏压力,防止凝析油析出损失。后期注水对凝析油、气有驱替作用,同时注水后气藏压力上升对析出的凝析油有反蒸发作用。

2 实验设计法在注水开发设计中的应用

2.1 凝析气藏注水开发的复杂性和科学设计的必要性

如前面所述,凝析气藏的注水开发效果不但受储层倾角、垂向渗透率、底水规模等地质因素影响,同时还取决于凝析油含量、注水量、注水时机等油藏工程参数的设计和组合。这些因素的单独作用以及它们之间的交互作用造成凝析气藏注水开发的设计工作十分复杂。应用实验设计方法能够用较少次数的运算扩展设计的空间,可以大大提高工程设计的效率,已经被广泛的应用于各种工程领域。该方法是以概率论、数理统计和线性代数等理论为基础,科学地安排实验方案,正确地分析实验结果,确定参数对指标的影响趋势、主次顺序及显著程度。其突出特点是可以从较少数量典型的代表性方案中得出需要大量方案才能获取的内在的本质规律和矛盾主次[8]。

2.2 凝析气藏水驱开发模型

本次研究中首先分析了大港板桥凝析气藏和塔里木亚哈凝析气藏的特点,对它们的地质、气藏、流体特征进行归纳总结,建立了典型的凝析气藏水驱数值模拟模型。具体参数为:储层深度300m,含气面积0.6km2,储层厚度5m,平均孔隙度0.18,平均渗透率150mD(图1)。

在本次研究中,分别采用了大港油田BG5气藏和塔里木牙哈凝析气藏的两种代表性流体样品。两种凝析气样品的露点和凝析油含量差别比较大,具体组成和性质参数见表1。

研究中对该气藏模型分别设置了不同的边底水体积、地层倾角和垂向渗透率,并赋予不同的凝析油含量的凝析气流体。首先利用该气藏中的注入井以2%开采速度进行为期2a的衰竭开发,之后在气藏的气水界面偏上的部位设计了注水井以每年2%孔隙体积的注入量注水。通过调整气藏模型的地质参数和注采井的控制参数就能够模拟不同气藏储层条件、不同水驱方案下的开发动态,研究各种因素对于凝析气藏注水开发效果的影响。

2.3 凝析气藏水驱方案高效设计方法

针对以上问题,本次研究借助Design-Eas软件利用实验设计方法研究了凝析气藏注水开发过程中包括地质、气藏、工程等不同因素对于开发效果的影响,具体因素及水平见表2。借助该方法合理设计,确定可以满足研究需要的少量的、典型的、代表性的凝析气藏水驱方案(表3)。表3中:Kv/Kh代表垂向与水平渗透率之比;注水时机用注入压力占露点压力的百分数来表示;注入量用注入流体占地层孔隙体积的百分数来表示。下同。

表2 凝析气藏水驱方案因素及水平表

表3 不同凝析气藏水驱方案设计参数及模拟结果明细表

2.4 凝析气藏水驱方案模拟结果分析

在前面凝析气藏水驱方案确定之后,利用Eclipse数值模拟软件的组分模拟器E300对其进行了模拟运算,其结果见表3。

2.4.1 敏感因素分析

通过对以上实验设计得到的不同水驱方案的凝析油、气采收率指标进行统计分析,可以绘出它们相应的Half-normal图(图2、图3)。

Half-normal图的横坐标代表各因素在两水平之间变化时引起的相应凝析油气指标平均值的变化,纵坐标代表累计概率。如果某因素从低到高变化时引起评价指标的减少,那么其影响是负面的;反之如果引起评价指标增大则说明其作用是正面的。该图主要由代表不同因素和不同因素交互作用的点与一条通过大多数点的直线构成。由代表不同因素的点偏离直线的程度可以看出其所对应的指标影响的重要性程度,由左到右偏离的越多影响越重要。

图2为本次研究给定的气藏条件和流体性质情况下6个因素中对于凝析油的采收率指标的 Half-normal图件,由它可以看出对于凝析油采收率不同因素影响的重要性程度由高到低依次为:凝析油含量、底水的体积、底水体积与地层倾角的交互作用、注水量、注入时机等。

而由图3可以看出各因素对于凝析气的采收率影响的重要程度由高到低依次为:底水体积和凝析油含量的交互作用、垂向渗透率和注入时间及注水量的交互作用、注水体积、垂向渗透率和注入时机的交互作用等。

图2 凝析油采收率H alf-normal图

图3 凝析气采收率H alf-normal图

2.4.2 不同因素交互作用分析

目前在油气藏数值模拟中常常使用的是单因素多水平分析,即将其他各因素水平先固定,然后改变某一因素的水平分析其变化对于响应指标的影响。这种方法比较简单,但是它不能确定前面得出的结果在其他因素变化的时候是否仍然适用[8]。而利用本研究中采用的实验设计方法则可以研究不同因素的交互作用,得到传统的单因素分析方法所不能实现的对各因素的影响的综合认识。

2.4.2.1 对于凝析油采收率

从图4看出,在本文研究的情况下注水量较大时(30%孔隙体积)能够较好地补充地层能量,减少凝析油的析出,提高气采收率。但是由图4也可以看出注水量对于凝析油采收率的影响程度在不同凝析油含量的气藏中不一样,凝析油含量较高的气藏在高注水量(30%孔隙体积)情况下比低注水量(20%孔隙体积)时效果明显,提高达4%;而在低凝析油含量的凝析气藏中将注水量从20%提高到30%孔隙体积,凝析油采收率仅仅提高了1.5%。

图4 凝析油含量与注水量对采收率的影响图

从图5看出,早期注水都可以获得相对高的凝析油采收率,但其作用效果受地层倾角的影响。地层倾角低时,早注水(地层压力降到露点时)能够比晚注水(地层压力降到90%露点压力时)可以较早地驱向生产井,减少反凝析的发生并提高其产能,可以明显增加凝析油最终的采收率;而在地层倾角比较大的时候,重力作用对注入的影响较大,减缓其向生产井推进的速度,影响其保压反凝析的效果,此时在地层压力降到露点时和降到90%露点时注水的效果差别比较小。

图5 地层倾角与注水时机对采收率的影响图

2.4.2.2 对于凝析气采收率

由图6可看出,在笔者所给条件下底水规模对于不同凝析油含量的气藏凝析气采收率的影响为:在凝析油含量较低的气藏中不同底水规模(1.5～6倍)对于凝析气的水驱开发中凝析气采收率影响较小,而在凝析油含量较高时底水的规模影响对凝析气采收率影响较大,最高差3%。

由图7可以看出:在垂向渗透率低的情况下,注入水层间干扰比较小,适合早期注水,而在垂向渗透率较高情况应该适当延缓注水时间,避免造成气井水淹停产。

图6 地层倾角与注水时机对采收率的影响图

图7 垂向渗透率与注水时机对采收率的影响图

2.4.3 最优方案预测

通过上述对凝析气藏不同的注水方案结果进行的统计分析,明确了不同参数和因素对于凝析气藏注水开发效果的影响。之后可以得出不同条件下的凝析气藏注水开发的最优方案,并对其凝析油气的采收率进行预测。笔者以两种不同条件下的凝析气藏为例,给出了最优注水开发方案的设计参数及预测指标(表4)。

这样就大大降低了其他类似凝析气藏注水开发设计的工作量,提高了研究的效率。

3 结论

1)借助实验设计方法综合考虑底水规模、储层倾角、垂向渗透率、凝析油含量等地质、油藏因素和注水时机、注水量等工程因素,对凝析气藏注水开发进行了科学、高效的分析设计,确定了可以满足设计需要的少量的、典型的、代表性的水驱方案。大大提高了开发方案设计的效率,减少了设计工作的工作量。

2)通过对本文设计的凝析气藏水驱数值模拟方案的结果进行统计分析,确定了不同因素在开发过程中对于凝析油、气采收率的敏感程度和不同因素之间的交互作用。最后得出不同条件和目标下的最优注水开发方案,提高了设计工作的合理性、科学性。

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(修改回稿日期 2010-06-11 编辑 韩晓渝)

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.08.008

Zhou Zongming,engineer,was born in1973.He holds a Ph.D degree,being engaged in studies of oil and gas field development.

Add:No.29,Xueyuan Rd.,Haidian District,Beijing100083,P.R.China

E-mail:zzm19731009@126.com

An efficient experimental design of water flooding in gas condensate reservoirs

Zhou Zongming1,Zhang Xiansong2,Li Baozhen2,Wang Jimei2,Tang Engao2
(1.State Key L aboratory ofGeological Processes and Mineral Resources,China University ofGeosciences, Beijing100083,China;2.CNOOC Research Institute,Beijing100211,China)

NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE8,pp.29-33,8/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)

Abstract:A part of the condensate oil will be separated out when the formation pressure is lower than the dew point during the depletion development of a condensate gas reservoir,which results in not only the precipitation loss of the condensate oil but also the damage to the seepage capability and the gas well production.Under permissive circumstances,water-flooding development can be carried out in condensate gas reservoirs.However,the design of the development programs for the condensate gas reservoirs is rather complex due to the influence of the factors such as geology and engineering.At the same time,a conventional single-factor analysis is inefficient and lopsided,which cannot produce satisfactory results in studies.In this paper,with the parameters such as bottom aquifer,strata dip,vertical permeability,content of the condensate,water-flooding timing,and water injection taken into consideration, a scientific and efficient experimental design is made for the water-flooding development of condensate gas reservoirs.The sensitivity of each factor during the development is determined together with the interactions among all of them.Moreover,an optimal waterflooding program and the predictive indices are provided for the condensate gas reservoirs with different conditions and design objectives.The applications in the BG5gas reservoir of the Dagang oilfield and the Yaha condensate gas reservoir of the Tarim oilfield show that this method decreases the workload while increasing the efficiency in the design of the development programs.

condensate reservoirs,flooding,depletion,numerical simulation,experimental design,application

book=29,ebook=633

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.08.008

周宗明,1973年生,工程师,博士研究生;现从事油气田开发研究工作。地址:(100083)北京市海淀区学院路29号。E-mail:zzm19731009@126.com