考虑启动压力梯度的低渗透渗流模型改造

刘 刚 孙建博 尹锦涛 徐 杰

陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院,陕西 西安 710075



考虑启动压力梯度的低渗透渗流模型改造

刘 刚 孙建博 尹锦涛 徐 杰

陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院,陕西 西安 710075

如何充分反映启动压力梯度的影响一直是低渗透油藏数值模拟研究领域的难点,以低渗透油藏渗流机理为研究起点,通过对低渗透油藏渗流模型的改造,得到了一种启动压力梯度在数值模拟方程中新的表现形式,并研发出相应的低渗透油藏数值模拟编辑器,通过与专业石油软件进行对比验证了该模型的高精确度,进一步结合实际油田资料完成了该模型的实际生产应用,结果表明改造后的模型很大程度上加强了启动压力梯度对低渗透数值模拟过程的影响程度,并且能够更加准确地反映出低渗透油藏的实际生产动态。

低渗透油藏;启动压力梯度;模型改造;油藏数值模拟

0 前言

作为低渗透油藏中最重要的渗流特征,启动压力梯度一直是低渗透油藏的研究重点。从20世纪90年代开始程林松、吴文瑞等广大学者通过理论分析和实验研究对启动压力梯度进行了深入研究,分析出启动压力梯度与储层、流体特征之间存在一定的相关关系,并总结出关于启动压力梯度的多种表达公式[1-8]。然而我国低渗透油藏储层非均质极强,若精确反映整个油藏的启动压力梯度,对于网格数量级达到数十万级别的油藏数值模拟耗时繁琐,实效性较差。为求简便高效,应用拟启动压力梯度[9-10]参与数值模拟成为广大学者的首选,但笔者通过研究发现该方法同样存在缺陷:处在微分项内的拟启动压力梯度值在前后网格数值差分过程中被相互抵消,极大地削弱了启动压力梯度的影响程度。

本文通过对低渗透油藏储层流体性质和渗流机理进行深入研究[11-13],实现对低渗油藏渗流模型的改造,力求使启动压力梯度对低渗透油藏的影响在数值模拟过程中得到较大程度的体现。

1 低渗透渗流模型建立

以低渗透油藏的质量守恒方程和流体运动方程为基础,建立了考虑启动压力梯度的低渗透油藏的渗流模型[14-15]:

(1)

2 低渗透渗流模型改造

低渗透油藏微可压缩流体的密度一般表征为压力的函数,因此可将式(1)左端的第一项做微分展开:

ρm

(2)

其中密度关于压力的函数通过流体压缩系数Cm的定义推导而得[16]：

(3)

式中:V为体积,cm3。

微可压缩流体的Cm作常量处理,由式(3)得到：

(4)

从而得到流体密度关于压力的函数表达式如下:

(5)

将式(5)代入到微分展开式(2)中,整理可得:

(6)

ρmp+qm

(7)

3 模型精确度验证

在改造后的低渗透油藏渗流模型原理基础上,利用Visual Basic软件开发出了相应的低渗透油藏渗流数值模拟器[16-22],该模拟器可用于实际低渗透油藏数值模拟研究，见图1。

在储层、流体条件及工作制度相同的情况下,应用商业软件Eclipse与所开发的低渗透油藏数值模拟器进行单井开发单元数值模拟对比分析,完成模型器精确度验证,具体的储层和流体数据见表1～2。生产制度规定如下:定产油量生产,日产油量为10 t/d,当井底压力降到2 MPa时,改变生产制度,转为定井底压力生产。

图1 低渗透油藏数值模拟器

表1 研究区储层数据

储层厚度/m孔隙度/(%)原始地层压/MPa初始含水饱和度/(%)平均渗透率/μm2152614.7300.005

表2 研究区流体数据

油密度/(g·cm-3)水密度/(g·cm-3)油黏度/(mPa·s)水黏度/(mPa·s)油压缩系数/MPa-1水压缩系数/MPa-10.7812.60.69.4×10-42.3×10-4

图2 日产油量模拟对比图

图3 井底压力预测对比图

对比模拟结果表明,应用低渗透模拟器模拟出的单井井底压力、日产油量变化趋势和Eclipse软件模拟出的结果吻合度很高,表明应用该模拟器进行油藏数值模拟具有较高的精确度，见图2～3。

4 模型应用

应用该数值模拟器对新疆吐哈温米油田米登区块年产油量进行历史拟合,米登区块在1993年对中侏罗统三间房组开始投产,储层物性以低孔低渗为主,目前尚未采取大规模注水措施,属于低渗透天然能量衰竭式开发模式。通过收集区块内几十口生产井的储层、流体参数,综合分析得出整个区块的拟启动压力梯度约为0.053 MPa/m。应用研发的低渗数值模拟器,采用外边界封闭,内边界定压的生产制度,完成温米区块1995年到2010年年产量的历史拟合。分析历史拟合结果表明,考虑启动压力梯度影响的拟合结果与实际生产历史吻合程度更高,能够更加准确地反映油田的实际生产情况,特别是油田生产中后期,误差达到万吨以上，见图4。这主要是由于随着流体的不断采出,油田生产后期地层能量供给不足,对原油驱替能力下降,克服启动压力的难度更大,此外油田生产中后期孔隙水锁现象严重,也加大了原油驱替的难度,最终导致产量下降更加明显,因此油田后期生产阶段要重视启动压力梯度对油田生产的影响,及时调整油田生产工作制度,加大注水开采力度,补充地层能量,尽可能地消除启动压力梯度对油田生产的影响。

图4 米登区块年产量历史拟合

5 结论

1)本文分析了低渗透油藏数值模拟中启动压力梯度的研究难点,以低渗透渗流机理为研究基础,实现了对低渗透油藏渗流模型的改造,使启动压力梯度的影响在数值模拟过程中得到更加充分的体现,在此基础上开发出相应的低渗透数值模拟器。

2)通过对数值模拟器进行精确度验证和实际生产应用,表明启动压力梯度对低渗透油藏生产动态影响非常显著,在油田生产中后期尤为明显。因此在进行生产动态方案预测时需充分考虑启动压力梯度的影响,并及时调整油田生产工作制度,加大注水开采力度,补充地层能量,尽可能地消除启动压力梯度对油田生产的影响。

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2016-05-05

国家科技重大专项(2011 ZX 05009-006)；国家“863”计划项目(SS 2013 AA 061001)

刘 刚(1985-)，男，河北保定人，工程师，硕士，主要从事低渗透油藏数值模拟和非常规油气勘探开发领域的研究。

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.04.010