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殘余油模擬困難多 平衡常數調整解難題

殘余油模擬困難多 平衡常數調整解難題

傳統的混相或近混溶注氣模擬通常會高估原油的采收率,這大多是由于在模擬過程中忽略了能夠對相間傳遞造成影響的物理作用力。本文提出了一種用于近混相驅的工程解決新方案,其原理是在運用黑油模型或狀態方程計算時,實現平衡常數的動態調整,即當含油飽和度達到期望的殘余極限時,降低重質組分的K值,提高輕質組分的K值。

本文介紹的新方法是基于IHRRS油藏模擬器展開研究的,著手點是激活Eclipse 100(黑油模型代碼)的VAPPARS關鍵字,實現組分模擬的擴展。利用該方法在實驗室條件下進行了三次注氣實驗,成功的對殘余飽和度、油相、單一組分數據進行了歷史擬合。

IHRRS的熱力學平衡與飽和度平衡常數調整方法(SDTEC)

IHRRS軟件一款能夠處理多相、多組分的油藏數值模擬器,完整論文中還描述了關于IHRRS模擬器控制方程和關于黑油以及組分模擬使用方法的討論。

近混相三次注氣擬合試驗

本節應用SDTEC方法在模擬某西非碳酸鹽巖油田油藏條件下進行了數據的歷史擬合試驗。實驗的主要目的是為了研究二次注水后,注氣對油藏中氣相相對滲透率降低的影響;其次,通過歷史擬合對相對滲透率、毛細管壓力曲線和SDTEC模型所需的參數進行修正,通過使用這些數據更準確的指導和預測注氣開發動態。

通過巖心CT掃描和混相示蹤劑測試可知,實驗所用巖心的縱向彌散率小于0.2cm,可視為均質。巖心位于巖心夾持器中,水平方向設置有X射線位移平臺。首先將巖心飽和水(100%)重建束縛水飽和度,同時在油藏條件下用活油對巖心進行兩周老化處理,以恢復巖心的潤濕性。

實驗模擬的油藏條件為310bar,145℃(在下文中,油藏或實驗條件均為此壓力和溫度)。原油和伴生氣取自井下分離器,并重新復配成油藏流體。實驗用注入氣體為人工合成,用于模擬礦場注入氣的組成,室內條件下(壓力/體積/溫度)模擬計算得到原油的最小混相壓力為394bar。

實驗裝置,包括巖心夾持器、注入系統、產出系統和X射線掃描儀。產出液通過兩個高壓泵來收集,其中一個位于夾持器的出口,另一個空載。通過交替排空高壓泵來計量油藏條件下的采出液體積以及實驗室條件下接觸分離后的體積,這樣能夠明確的將接觸分離的原油和凝析油分離,同時精確測量得到原油體積系數、氣油比、揮發油和溶解氣量。當產出泵排空后,流體收集在分級量筒前需要經過密度計,液體的體積由滴定管測出,并進行全組分(比如從C1—C30+)分析,同時氣體通過氣象色譜對輕組分進行分析(比如從C1—C7)。

X射線掃描儀由安裝在雙軸位移測量平臺上的穩定碘化鈉探測雙能X射線發生器組成,該儀器能沿橫截面進行1D三相飽和度測量。最后,通過安裝在巖心夾持器的進出、口段間的一系列不同量程的壓差傳感器獲得高精度壓差數據。

注入速率設定為2 cm3/h、對應的前緣速度為0.3 m/d、毛管數小于10-6,反映了遠井地帶流體的流動狀態。實驗設計為先持續注鹽水,緊接著連續注氣。注入流體均遵循同樣的操作步驟:初始注入速率為2 cm3/h,生產和壓降穩定后(比如,飽和度不再發生變化),提高注入速率至4 cm3/h到穩態,隨后將注入速率提高到8 cm3/h消除毛細管末端效應,最后逐步減小注入速率并利用達西定律測量注入相的滲透率。

歷史擬合。利用IHRRS模擬器的2D數值模擬模型對實驗數據進行歷史擬合,通過縱向網格細分精確解決重力分異,通過水平方向網格間隔匹配解決縱向彌散問題。注入氣模擬過程中未發現指進現象。數值模擬采用8組分模型和Peng-Robinson狀態方程。
擬合方法如下:

  1. 采用一套相對滲透率和毛管力曲線擬合油藏條件下油、水和氣產量;
  2. 以殘余油的揮發量和相關系數擬合實際的含油飽和度、標況下的原油產量及單一組分的產出量;
  3. 檢驗油藏條件下擬合產量和壓差是否合適。若不合適,繼續調整相對滲透率和毛管力曲線,進行步驟2。

該方法為迭代法,但收斂速度非???,兩步迭代就足以對實驗進行成功擬合。

所有的測試方法均能夠實現對實際平均含油飽和度的擬合,但是只有SDTEC模型和其它單因素模型能夠擬合不同產率情況下摩爾分數的變化。SDTEC方法與其它的單因素模型非常相似,僅需要一個8因子的向量(單因素模型需要一個64參數的表格)。

SDTEC方法在循環注氣開發凝析油模型中的應用

當氣/凝析氣藏開發低于露點壓力時,凝析油就會產生;現場實踐多采用干氣循環等措施來保持地層壓力,同時液相組分也會隨氣體產出。
除去注入充足PV數時的巖心驅替實驗能夠達到近百分之百的采收率,該問題實際上與注氣提高采收率類似。當實驗持續時間較短時,在考慮如水動力學擴散等重要的物理參數情況下,仍然可以利用熱力學平衡假設來進行擬合。

然而,由于宏觀尺度的非均質性,在進行油藏級別的數值模擬時,不能保證各個網格都完全遵循熱力學平衡。例如,由于重力分異導致的凝析油流動會形成局部簇集,即使循環注氣也較難有效改善。上述問題在當下難以解決,超出了目前的研究范圍。
本文目的是闡述SDTEC是如何IHRRS模擬器中開發和應用的,目標是解釋氣驅過程中殘余油飽和度模型的建立方法,并且強化凝析油蒸發過程。

應用前景

本文目的是利用飽和度與平衡常數關系提出一種新的非零殘余油飽和度的近混相氣驅模擬方法。該方法可用于黑油模型和組分模型,本質是在降低中-重質組分可氣化度的同時降低含油飽和度至目標值,并且保證輕質組分平衡常數不變。
輕質組分與中-重質組分的界限需要考慮眾多因素,保證閃蒸計算具有單一解及所涉及問題的物理機理不發生改變是至關重要的。

SDTEC的非平衡效應較其他方法有一些優勢。首先,平衡調整是局部的(比如,每個網格的熱力學約束僅與該網格的屬性有關),這與限制相界面傳質速率的非平衡模型正好相反(空間梯度是非平衡模型約束的一部分)。其次,與基本的飽和度排除法相比,能夠保證初次衰竭或最終泄壓過程中原油脫氣。最后,與單因素方法不同,SDTEC僅需要有限的參數,擬合過程自動進行且比較簡單,且每一組分均有可調節的參數,足夠靈活。

當然,該方法既沒有對物理過程進行推導也沒有嚴格的校準,因此只是工程解。根據作者對近混相氣驅巖心實驗的經驗,該方法能夠很輕松的擬合某一組分產量隨時間的變化。

SDTEC方法也可以用于注氣循環中有限反常凝析油的二次揮發模擬。該方法可保證二次揮發過程中凝析油隨液相飽和度的升高而均勻析出。在實驗室條件下,凝析油常常不完全揮發,因此很難得到準確的參數。盡管如此,如果給定恰當的油藏開發數據,該方法對敏感性研究和歷史擬合的意義是非常重大的。

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檸檬
石油圈認證作者
畢業于中國石油大學(華東),油氣井工程碩士,長期聚焦國內外石油行業前沿技術裝備信息,具有數十萬字技術文獻翻譯經驗。如需獲取更多技術資料,請聯系我們。
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