CN101405736B - 用于数字黑油劈分的方法、系统和设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于黑油劈分的方法，其包括：将黑油井内流转换为成分井内流，从而能够重新构成黑油油藏模拟中生产井的一组成分和组分摩尔速率。

Description

用于数字黑油劈分的方法、系统和设备

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年10月6日申请的申请号为No.60/724148的美国临时申请的优先权，并且是申请号为No.10/586283的美国申请的后续申请，该申请是2002年11月23日申请的国际申请PCT/US02/37658的国家阶段。

技术领域

本发明的主题涉及一种用于黑油劈分(delumping)的方法，包括相关的系统或设备以及计算机程序和程序存储装置，其用来在需要井内流的成分表示时，将来自黑油模拟的井内流转换为它们的构成组分。

背景技术

黑油油藏模拟在石油工业中仍然具有广泛应用，因为其需要的计算量远不及成分模拟。然而，黑油油藏模拟的主要限制在于其并不能提供地面处理建模所需要的详细成分信息。黑油劈分通过将黑油井内流转换为成分井内流，从而能够重新构成黑油油藏模拟中生产井的成分和组分摩尔速率，因而克服了这一限制。本说明书公开了一种主要基于耗减(depletion)过程中所产生的成分信息的综合黑油劈分方法，该耗减过程最初用来在典型工作流中为该黑油模拟提供数据。本说明书中所公开的范例示出了本方法在不同耗减过程中的精度，包括：自然耗减、注水、和注气。本说明书也提供了用于将黑油劈分方法精确地应用于遭遇叉流(crossflow)的井的技术。

发明内容

本发明的一方面包含一种用于黑油劈分的方法，包括：将黑油井内流转换为成分井内流，从而能够重新构成黑油油藏模拟中生产井的一组成分和组分摩尔速率。

本发明的另一方面包含一种机器可读的程序存储装置，其有形地包含有一组可通过机器执行的指令，以执行用于黑油劈分的方法步骤，该方法步骤包括：将黑油井内流转换为成分井内流，从而能够重新构成黑油油藏模拟中生产井的一组成分和组分摩尔速率。

本发明的另一方面包含一种用于黑油劈分的系统，包括：适于将黑油井内流转换为成分井内流的第一设备，从而能够重新构成黑油油藏模拟中生产井的一组成分和组分摩尔速率。

本发明的另一方面包含一种适于由处理器执行的计算机程序，当由处理器执行该计算机程序时，其指导进行用于黑油劈分的过程，该过程包括：将黑油井内流转换为成分井内流，从而能够重新构成黑油油藏模拟中生产井的一组成分和组分摩尔速率。

从此后所要提供的详细描述可以清楚进一步的可应用范围。然而要理解的是，下面所称述的该详细描述和具体范例仅仅是通过说明的方式给出，因为本领域的熟练技术人员根据对下面的详细描述的阅读，将会显而易见地得出如本说明书中所描述和要求的“黑油劈分”方法的精神和范围内的各种变化和修改。

附图说明

根据此下所提供的详细描述和附图将会得到全面的理解，并且附图只是通过说明的方式给出，而没有任何限制意义，其中：

图1描述了一个耦合的油藏/网络系统中的通用多平台油藏和网络耦合控制器，其用于分析油藏与受限地面设施网络之间的压力互作用，或者用于预测可以具有不同流体成分、共用相同地面设施的几个油田的行为；

图2描述了图1的油藏和网络耦合控制器，其中控制器包括适于施行黑油劈分方法的黑油劈分软件，该方法用来在需要井内流的成分表示时，将来自黑油模拟的井内流转换为它们的构成组分；

图3、4和5描述了一种集成系统，其表示图1和2的耦合的油藏/网络系统，其中：例如耦合控制器将来自油藏模拟器的黑油流体描述转换为地面网络模型、诸如图1的地面网络模型所使用的成分流体描述；

图6描述了在范例中所使用的流体的相态图；

图7包括图7a和7b，描述了范例1；

图8描述了范例1，劈分的成分；

图9包括图9a和9b，描述了范例2；

图10包括图10a和10b，描述了范例2的劈分的成分；

图11描述了范例3，油田气体产量-时间；

图12包括图12a和12b，描述了范例3的劈分的成分；

图13描述了范例3，用于井PA4的气体产量速率-时间，以及井PA4的三个完井(completion)的注气速率；

图14包括图14a和14b，描述了范例3，井PA4；

图15和16描述了范例4；

图17描述了范例4，井PA1的总体和游离气体生产速率-时间；

图18描述了范例4，油田的甲烷摩尔比例-时间；以及

图19描述了范例4，井PA1的甲烷摩尔比例-时间。

具体实施方式

参照图1，所示为耦合的油藏/网络系统12中的一个通用多平台油藏和网络耦合控制器10，其表示一个集成地面和地下建模系统12。耦合控制器10用于分析油藏模拟器16与受限地面设施网络14之间的压力互作用，或者用于预测可以具有不同流体成分并共用相同地面设施的几个油田的性状。在2004年6月10日公开的国际公开号WO2004/049216A1中完整地描述和说明了图1的耦合的油藏/网络系统12中的油藏和网络耦合控制器10，其是基于2002年11月23日申请的国际申请PCT/US2002/037658，其内容通过引作参考包括在本申请的说明书中。

控制器10为油田管理系统，并且其任务是对一个或多个油藏模拟模型中的生产井和注入井应用时间相关的控制和操作。除了油藏模拟模型之外，控制器10也可以与一个或多个地面设施网络14(诸如管线网络模型)通信，因为集成系统的这一部分上的情况可以作为对油藏模拟模型16中的这些井的限制而反馈。在上述所参照的国际公开号WO2004/049216A1中详细描述了控制器10与其它软件应用程序通信的方法。

在图1中，耦合器10(油田管理工具)通过通信接口18选择性地与油藏模拟器16和地面网络模拟器14通信。控制器10管理油藏与地面网络的平衡，并且使它们随着时间的推进同步。控制器10也应用全局生产和注入限制，并转换在模拟模型中使用的的拟组分(pseudo-component)的不同组之间的烃类流体流。在图1中，图1的集成地面和地下建模系统12包括多平台油藏和网络耦合控制器10，其适于通过分析油藏16与受限地面设施网络14之间的压力互作用，或者通过预测可以具有不同流体成分并共用相同地面设施的几个油田的性状进行油藏油田开发和优化。控制器10施行用于集成油藏和地面设施网络模拟的方法，其包括在多平台油藏和网络耦合控制器10与至少一个油藏模拟器16之间、以及在控制器10与至少一个地面网络模拟器14之间进行通信(此后称为“通信步骤”)。该地面和地下建模系统12包括与油藏模拟器16和控制器10以及地面网络模拟器14关联的通信接口18，该通信接口18适于管理油藏模拟器16与地面网络模拟器14的平衡，并且使油藏模拟器16与地面网络模拟器14随着时间的推进同步。上述通信步骤包括由控制器10通过通信接口18与油藏模拟器16和地面网络模拟器14进行通信，该接口18使油藏模拟器16应用程序与地面网络模拟器14应用程序能够交换数据。当通信接口18启用时，控制器10适于开始与油藏模拟器16和地面网络模拟器14的限定性对话，该对话包括执行命令、设置命令和查询命令。另外，通信步骤包括将油藏模拟器16与地面网络模拟器14耦合。该耦合步骤包括由控制器10将单个油藏模拟器模型16与地面网络模拟器14应用程序耦合。当控制器10将单个油藏模拟器模型16与地面网络模拟器14应用程序耦合时，就应用了迭代滞后(iteratively lagged)的紧耦合方案，该紧耦合方案在油藏模拟器的时间步长计算的每一牛顿迭代时，平衡该网络模拟器应用程序14与油藏模拟器应用程序16。耦合步骤进一步包括由控制器10将两个或多个油藏模拟器模型16与地面网络模拟器应用程序14耦合。该两个或多个油藏模拟器模型16处于共同全局限制下，并且当控制器10将处于共同全局限制下的两个或多个油藏模拟器模型16与地面网络模拟器应用程序14耦合时，就应用了松耦合方案，其中在松耦合方案期间，在控制器10中的每一同步步骤开始时关于它们的全局限制来平衡油藏模拟器模型16，并且此后，每一油藏模拟器模型16独立地前进到下一同步步骤的开始。

参照图2，图1的控制器10包括适于施行黑油劈分方法的黑油劈分软件20，用来在需要井内流的成分表示时，将来自黑油模拟的井内流(即黑油井内流)转换为它们的构成组分(即成分井内流)。一旦黑油井内流被劈分成为成分井内流，也就是当计算了成分摩尔速率时，成分井内流可以用于不同的目的，包括：(1)作为输入馈送给处理设施模拟器，因为成分信息是这些模拟器通常需要的；和/或(2)在黑油模拟器、诸如在图1的油藏模拟器16的情况下，与成分网络模拟器，诸如与图1的地面网络模拟器14耦合，该劈分的成分流用来提供具有输入数据(例如具有成分边界条件)的网络模拟器14。在图1和2中，在下面的情况下将需要黑油劈分：一个或多个油藏模拟模型16由于计算效率可以具有一个黑油流体描述。然而，控制器10可以要求流体的成分流体描述，以与其所耦合的其它模型中的流体描述一致，诸如地面网络模型14。或者，可以要求控制器10输出成分流体描述，其中成分流体描述作为输入数据提供给处理设施模型。

参照图3，通过范例的方式，该控制器10将来自油藏模拟器16的黑油模型转换成为用于地面网络14的成分模型(具有M种烃类组分)。前述转换通过如图3中所示的黑油劈分方法22完成，其由图2的黑油劈分软件20施行。参照图4，通过范例的方式，控制器10也将来自油藏模拟器(2)16b所表示的黑油模拟器16b的黑油模型转换成为成分模型，然而，这一转换的发生使得来自黑油模拟器16b的流体被转换成为与油藏模拟器(1)16a所表示的成分油藏模拟器16a相同组的组分。控制器10然后使用统一流体模型，用于来自两个油藏的共同混合产品。这一转换通过图4的黑油劈分方法22完成，其由图2的黑油劈分软件20施行。

参照图5，通过范例的方式，控制器10将来自油藏模拟器(2)16d所表示的黑油模拟器16d的黑油模型转换成为成分模型，然而，这一转换的发生使得来自黑油模拟器16d的流体被转换成为与成分油藏模拟器16c相同组的组分。控制器10然后使用统一流体模型，用于来自两个油藏的共同混合产品，并将得到的组分摩尔速率通信传输给地面网络模拟器14。前述转换通过如图5中所示的黑油劈分方法22完成，其由图2的黑油劈分软件20施行。

图2的黑油劈分软件20

如上所述，图1和2的控制器10包括适于施行黑油劈分方法的黑油劈分软件20，用来在需要井内流的成分表示时，将来自黑油模拟的井内流(即黑油井内流)转换为它们的构成组分(即成分井内流)。当计算组分摩尔速率时，黑油井内流被劈分为成分井内流。

在本说明书的下面段落中，将参照附图的图6至19更加详细地讨论图2的施行前述该黑油劈分方法的黑油劈分软件20。黑油劈分方法将黑油井内流转换为成分井内流，从而能够重新构成黑油油藏模拟中生产井的成分和组分摩尔速率。黑油劈分方法主要基于耗减过程中所产生的成分信息，其最初用来在典型工作流中为黑油模拟提供数据。范例示出了这一黑油劈分方法在不同耗减过程中的精度，诸如：自然耗减、注水、和注气。另外，也公开了一种用于将黑油劈分方法精确地应用于遭遇叉流的井的方法。

随着计算速度的加快，在烃类油藏模拟中采用完整的计算流体描述变得更加平常。然而，计算机变得越快，模拟工程师想要建造更加复杂、并从而更加CPU加强的模型的冲动就越强烈。在如今的多个百万单元模型中的计算模拟在实际中仍然难以实施。

黑油流体表示是在油藏模拟中继续寻找广泛应用的已验证技术。然而，黑油油藏模拟的重要限制在于缺少地面处理建模所需要的详细成分信息。本说明书中所描述的黑油劈分技术提供所需要的成分信息，对于模拟而言还增加了可忽略的计算时间。

劈分黑油井内流包含重新得到详细组分的摩尔速率，以将该黑油井内流转换为成分井内流。其重新构成生产流的成分和组分摩尔速率。

黑油劈分通过使用从为整个流程(run)设置常数油和气体成分到使用耗减过程(CVD，CCD，DL，...)的结果的选项范围，可以以不同程度的精度来实现。

最简单的方法就是将固定的成分(组分摩尔比例)指定给储罐的油和气体。这可以应用于整个油藏上，或者如果烃类混合物的属性随着油藏而变化，那么在流程期间，可以在任何时候重新指定不同的油和气体成分。

某些黑油模拟器具有API跟踪特征，其允许不同属性的油在油藏内，混合。使用油地面密度将油混合物的PVT属性参数化。为了提供与API跟踪兼容的劈分选项，可以比照地面条件下油的密度将储罐油和气成分列表。

第三选项是提供油藏液体和蒸汽组分摩尔比例-饱和压力的表，其具有最大的精度。这些可以从耗减过程得到，与初始用来产生黑油PVT表的过程完全相同。如我们在本说明书中所述，该技术在自然耗减过程以及包含通过注水的油藏再增压的生产过程中提供了非常精确的结果。Weisenborn和Schulte¹(参见下面的参考文献)报告了类似的劈分技术。然而，他们在劈分方案中使用网格块压力来替代饱和压力(或者在跨越多个网格单元连接的完井情况下的平均饱和压力)。如我们将要显示，后者在包含通过注水的油藏再增压的生产过程中提供了更好的结果。

基于成分-饱和压力表的黑油劈分在包含注气的生产过程中可能不会提供精确的井内流成分。当耗减试验、以及相应地所得到列表的蒸汽和液体成分-饱和压力可能不足以得到井内流中注气的比例和成分的时候就是这种情况。在这种情况下，将液体和和蒸汽成分-液相的气/油比率(R_s)和/或汽相的油/气比率(R_v)的表格用于劈分过程就改善了精度，如我们所述。

黑油劈分的另一重要方面就是劈分进行的级别：井内级或完井级。

在具有多个PVT描述区域的油藏的情况下，可能需要完井级的劈分，因为相同井中的不同完井可以位于不同的PVT区域。这将在本说明书的后面讨论。

最后，在遭受叉流的生产井的情况下需要特别注意，其中井筒中的某些流体混合物被重新注入到低压层。这些完井中的注入速度将如后面所述的进行适当说明。

公式

下面的公式既应用于井内级，也应用于完井级的黑油劈分。这里我们描述使用下列一个表的劈分方法：

液/汽成分-液/汽质量速率平均饱和压力；也就是所有井(或完井)的网格单元连接上的饱和压力的平均值，并通过连接的液/汽质量速率进行加权。这主要适用于自然耗减生产过程和包含注水的过程。注意，当完井只跨越单个网格单元时，该完井的平均饱和压力就减少到网格单元中的流体的饱和压力。

油/气成分-油地面密度。这主要适用于API跟踪黑油模型(允许不同类型的油与不同的地面密度和PVT属性混合)。

液/汽成分-R_s和/或R_v。这主要适用于包含注气的生产过程。

该公式考虑的是一般情况的新鲜石油/湿气黑油模型。用于更简单的黑油模型(即：新鲜石油/干气和重油/干气模型)的黑油劈分是一般公式的特殊情况。

劈分过程的目的是重新得到组分摩尔比例(总成分)z_i，i＝1，...，N^c，其中N^c为组分的数目。组分摩尔速率n_i，i＝1，...，N^c然后就简单地是总摩尔速率乘以组分的摩尔比率的乘积。在下面的计算中，液体和汽体指的是油藏状态下存在的烃类相态，而油和气指的是储罐状态下存在的烃类相态。

劈分过程包括下面的三个步骤：

步骤1，相态质量速率计算

根据质量守恒，汽和液相态的质量速率分别为：

$Q_m^V=Q_m^{\mathrm{gV}}+Q_m^{\mathrm{oV}}---\left(1\right)$ 和

$Q_m^L=Q_m^{\mathrm{oL}}+Q_m^{\mathrm{gL}}---\left(2\right)$

在等式(1)和(2)中，符号Q_m ^gV、Q_m ^oV、Q_m ^oL和Q_m ^gL分别代表游离气、蒸汽油、液体油和溶解气的质量速率。这些量从如下得到：

$Q_m^{\mathrm{gV}}={\mathrm{\ρ}}^g{q}^{\mathrm{gV}}---\left(3\right)$

$Q_m^{\mathrm{oV}}={\mathrm{\ρ}}^o{q}^{\mathrm{oV}}---\left(4\right)$

$Q_m^{\mathrm{oL}}={\mathrm{\ρ}}^o{q}^{\mathrm{oL}}---\left(5\right)$ 和

$Q_m^{\mathrm{gL}}={\mathrm{\ρ}}^g{q}^{\mathrm{gL}}---\left(6\right)$

在上面，q^gV、q^oV、q^oL和q^gL分别代表游离气、蒸汽油、液体油和溶解气的地面容积速率；ρ^g和ρ^o分别是地面气和油的密度。

步骤2，相态成分计算

通过查找表进行相态组分摩尔比例(汽和液体组分摩尔比例y_i和x_i，i＝1，...，N^c)计算。首先，这些表所基于的量计算如下(如果需要)：

液体(汽体)质量速率平均饱和压力。

液相气/油比率(R_s＝q^gL/q^oL)和/或汽相油/气比率(R_v＝q^oV/q^gV)。

一旦已经完成了计算，执行查找表以得到汽和液体成分。

步骤3，总成分和组分摩尔速率计算

组分i(i＝1，...，N^c)的总成分z_i分别与汽和液体组分摩尔比例y_i和x_i相关，如下：

Z_i＝αy_i+(1-α)x_i              (7)

其中α为汽体比例，被定义为：

$\mathrm{\α}=\frac{n^V}{n^V+n^L}---\left(8\right)$

n^V和n^L分别为汽和液相中的摩尔总数。等式(8)可以记作：

$\mathrm{\α}=\frac{m^V/M^V}{m^V/M^V+m^L/M^L}---\left(9\right)$

m^V、M^V、m^L和M^L分别为汽和液相的质量和摩尔加权。根据摩尔速率，α可以记作为：

$\mathrm{\α}=\frac{Q_m^V/M^V}{Q_m^V/M^V+Q_m^L/M^L}---\left(10\right)$

Q_m ^V和Q_m ^L按照如上所述计算。汽和液体摩尔加权M^V和M^L分别给出为：

$M^V=\underset{i=1}{\overset{N^c}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{M}_i---\left(11\right)$ 和

$M^L=\underset{i=1}{\overset{N^c}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{M}_i---\left(12\right)$

知道了总成分，组分i，i＝1，...，N^c的汽(液体)质量速率就是总汽(液体)质量速率乘以组分的汽(液体)摩尔比例y_i(x_i)的乘积。

已经计算了组分摩尔比例z_i，i＝1，...，N^c，那么组分摩尔速率n_i，i＝1，...，N^c就可以直接计算：n_i＝(n_V+n_L)z_i，i＝1，...，N^c。

完井级的黑油劈分

井通过一组网格单元连接与模拟网格连接。为了对油井维修操作进行建模，模拟器可以将连接一起集总(1ump)到完井中，相同完井中的所有连接一起打开或关闭。在生产井中出现叉流的情况下，某些连接可以注入，而不是生产。即使在相同的完井内，某些连接可以生产，并且其它的连接可以注入(特别是如果不同较差通信的油藏层中的连接被集总到相同的完井中时)。生产井中的完井因此可以具有注入速率以及生产速率。当基于将每一完井的黑油流劈分为成分流所得到的这些来计算生产井的组分摩尔速率时，于是就应该说明了完井注入速率。

考虑具有n个完井的井。通常，完井中的某些(或全部)连接由于叉流可以注入。在注入连接中，油和气注入都可以进行。

在湿气/新鲜石油黑油模型中，对于完井k，让q_Pk ^gV、q_Pk ^oV、q_Pk ^oL和q_Pk ^gL分别代表游离气、蒸汽油、液体油和溶解气生产的地面容积速率。这些是来自给定完井中的生产连接的流体速率。

让q_P ^g和q_P ^o分别代表生产井的“总”地面容积气和油生产速率，定义如下：

$q_P^g=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(q_{\mathrm{Pk}}^{\mathrm{gV}}+q_{\mathrm{Pk}}^{\mathrm{gL}})---\left(13\right)$

$q_P^o=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(q_{\mathrm{Pk}}^{\mathrm{oL}}+q_{\mathrm{Pk}}^{\mathrm{oV}})---\left(14\right)$

下面，我们假定q_P ^g和q_P ^o都大于0(对于生产井而言)。让q_Ik ^g和q_Ik ^o分别代表完井k的地面容积气和油注入速率。这些是给定完井中的注入连接的流体速率。

让q_I ^g和q_I ^o分别代表生产井的地面容积气和油注入速率，如下：

$q_I^g=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{\mathrm{Ik}}^g---\left(15\right)$

$q_I^o=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{\mathrm{Ik}}^o---\left(16\right)$

让q^g和q^o代表生产井的“净”地面容积气和油生产速率。q^g和q^o都≥0(对于生产井而言)。

$q^g=q_P^g-q_I^g=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(q_{\mathrm{Pk}}^{\mathrm{gV}}+q_{\mathrm{Pk}}^{\mathrm{gL}}-q_{\mathrm{Ik}}^g)---\left(17\right)$

$q^o=q_P^o-q_I^o=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(q_{\mathrm{Pk}}^{\mathrm{oV}}+q_{\mathrm{Pk}}^{\mathrm{oL}}-q_{\mathrm{Ik}}^o)---\left(18\right)$

在完井级的黑油劈分过程中，应该调节完井的生成速率，以说明井的注入连接。井的注入速率q_I ^g和q_I ^o根据它们的整体生产速率在所有生产完井中进行分配。

让q_ak ^gV、q_ak ^oV、q_ak ^oL和q_ak ^gL分别代表q_Pk ^gV、q_Pk ^oV、q_Pk ^oL和q_Pk ^gL的调整值。这些调整值应该满足：

$q^g=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(q_{\mathrm{ak}}^{\mathrm{gV}}+q_{\mathrm{ak}}^{\mathrm{gL}})---\left(19\right)$

$q^o=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(q_{\mathrm{ak}}^{\mathrm{oL}}+q_{\mathrm{ak}}^{\mathrm{oV}})---\left(20\right)$

于是，应用下面的公式：

$q_{\mathrm{ak}}^{\mathrm{gV}}=(1-\frac{q_I^g}{q_P^g})q_{\mathrm{Pk}}^{\mathrm{gV}}---\left(21\right)$

$q_{\mathrm{ak}}^{\mathrm{gL}}=(1-\frac{q_I^g}{q_P^g})q_{\mathrm{Pk}}^{\mathrm{gL}}---\left(22\right)$

$q_{\mathrm{ak}}^{\mathrm{oL}}=(1-\frac{q_I^o}{q_P^o})q_{\mathrm{Pk}}^{\mathrm{oL}}---\left(23\right)$

$q_{\mathrm{ak}}^{\mathrm{oV}}=(1-\frac{q_I^o}{q_P^o})q_{\mathrm{Pk}}^{\mathrm{oV}}---\left(24\right)$

注意，由于生产井中 $q^g=q_P^g-q_I^g\≥0,$ 所以(1-q_I ^g/q_P ^g)总是≤1。这同样也适用于(1-q_I ^o/q_P ^o)。这就意味着q_ak ^gV、q_ak ^oV、q_ak ^oL和q_ak ^gL都≥0。

劈分程序

在本说明书中使用ECLIPSE黑油和成分油藏模拟器。该Eclipse模拟器由Schlumberger Technology Corporation of Houston，Texas所有和运营。使用Reservoir to Surface Link软件，R2SL

执行本说明书中的黑油劈分，该软件通过开放接口^2，3链接到ECLIPSE(参见下面的参考文献)。下面简要描述其用来实施井内级的黑油井内流劈分的程序。黑油劈分方法使用液(汽)成分-饱和压力表。其它劈分方法也使用类似的过程。

询问黑油井内流劈分所具体需要的井内信息(如在上面的等式中所述)。该信息包括：

游离和溶解气和油速率；

地面气和油密度；

井的连接网格块中通过液体质量流入速率加权的平均饱和压力；

井的连接网格块中通过蒸汽质量流入速率加权的平均饱和压力。

使用井的蒸汽(液体)成分-露点(起泡点)压力表来计算蒸汽(液体)组分摩尔比例(成分)。表中只有一行说明是常数蒸汽(液体)成分-饱和压力。

基于所计算的蒸汽和液体成分，使用等式11和12来计算蒸汽和液体摩尔加权。

使用等式1至6来计算蒸汽和液体质量速率。

基于等式10，计算蒸汽比例。

使用等式7，计算总体成分和组分摩尔速率。

示范应用

我们提供一组范例，其中我们研究劈分技术对于各种生产过程和油藏性状的精度：

通过注水的油藏再加压(范例1)；

具有多个流体区域的油藏(范例2)；

遭遇叉流的井(范例3)；

注气(范例4)。

验证过程主要包含：将来自成分油藏模型的、随时间变化的井内成分与来自同样黑油模型的、劈分的黑油井内流进行比较。

在所有的范例中(除非另有说明)，下面的描述都适用：

油藏具有三层。

油藏具有7个生产井(具有不同降深)和3个注水器。

油藏的温度固定在284℉。

存在相同组的组分/拟组分。

在成分模型中、以及在所使用的耗减过程中使用状态的二参数Peng-Robinson等式，以生成黑油模型的PVT属性。

使用常数容积耗减方案(CVD)来构建黑油模型。

油藏的油生产速率固定为5000STB/D。可能的时候，将井设置以油田的油生产极限的等同份额进行生产。

油藏中的流体起初为液体(压力高于油藏每一层中的起泡点压力)。

下面的经济限制也适用于生产井：

最小油生产速率为250STB/D。

最大含水量为0.7。

最大气/油比率(GOR)为5.0。

现在参照图6，也参照表1，其在下面本说明书的末尾陈述。

表1示出了下面的范例中所使用的组分/拟组分和流体成分的组。在图6中，对应于这些成分的压力/温度图示出在图6中。范例1、3和4使用流体1，而在范例2中，不同的层被初始化为具有不同的流体。

范例1-注水

范例示出了使用成分-饱和压力表的劈分在自然耗减过程以及包含使用注水的油藏再加压的生产过程中提供了高度精确的结果。

范例中的劈分在井内级进行。我们将这些结果与通过完井级的劈分所获得的结果进行比较，并且发现没有显著区别。注意，每一完井由范例中的单个网格单元连接构成(并且在所有其它范例中也是这样)。

对于这一范例，初始成分为流体1的成分(参见表1)。油藏中的初始压力为5000psi。整个油藏起初处于液相(未饱和的)。通过7个井以2500STB/D的常数总速率生产油。

使用CVD耗减过程来建造新鲜石油/湿气黑油模型。我们也试图使用包含干气(来替代湿气)的黑油模型，但是这样在气体突破时间和被劈分的黑油井内流的成分上具有显著的差异。这是可以预见的，因为该劈分结果的质量直接与黑油模型的质量相关。

对于头3年，应用自然耗减。在其余的生产时间(5年)应用通过注水的再加压，注入两倍的已生产流体的油藏容积。

参照图7(a)。

平均油藏压力在第三年末大约降低到4200psi，并且在第七年末回升到4500psi(高于起泡点压力)左右，如图7(a)所示。注意，在通过使用烃类液/汽体成分-液/汽相的平均饱和压力来替代使用井的平均压力的劈分过程中解释了通过注水进行的油藏的再加压(参见下面陈述的附录A)。当网格单元中的压力由于注水而增加时，该饱和压力并不相应地增加，因此，使用压力来替代饱和压力可以得到基本上是错误的劈分黑油流。

参照图7(b)和图8。

图7(b)示出了周期为8年的气体生产。在成分模型与劈分黑油模型之间具有优良的匹配。图8示出了甲烷成分(a)和拟组分C₇-C₁₂的成分(b)-时间。至于气生产速率，劈分黑油井内流的成分与来自成分模型的井内流非常一致。

范例2-多流体区域

这一范例描述了劈分方案在具有多流体区域的油藏的情况下的精度。

参照下面陈述的表1，在成分模型中，流体1、2和3(表1中所示)分别用来初始化油藏的底部、中部和顶部层。注意，甲烷含量随着深度而降低，而重组分和拟组分的摩尔比例随着深度而增加。初始油藏压力为5000psi，其略微高于油藏顶部中的液体的起泡点压力。

等同的黑油模型具有对应于等同成分模型中的流体区域的三个PVT区域。

参照图7(a)和9(a)，首先参照图9(a)，黑油模型在气速率-生产时间方面与成分模型一致。然而，在范例中，成分模型与等同黑油模型之间的一致并没有参照图7(a)的范例1中所观察的那样好。我们并没有精制黑油模型以得到更好的一致。

在这一范例中，黑油劈分在完井级进行。相应地，使用三组不同的表来劈分来自属于油藏的三个不同层的完井的黑油流。然后按照在公式部分中所描述的那样来计算劈分的井内流的成分。

参照图9(b)，在头三年期间应用自然耗减过程。对于剩余的生产时间(5年)，应用100％空隙度替换注水方案。平均油藏压力在第三年末降低到4000psi左右，并且在第八年末回升到4250psi左右，如图9(b)中所示。

参照图10，图10中描述的甲烷成分和C₇-C₁₂拟组分成分-时间显示出在成分模型与劈分黑油模型之间的匹配良好。

范例3-具有叉流的井

该范例类似于范例1，具有一个主要区别：油藏的三个层被初始化为具有不同的压力，导致井叉流。在头三年期间应用自然耗减过程。对于剩余的生产时间(5年)，应用100％空隙度替换注水方案。

该三个层的初始压力如下：5500psi(顶部)、4800psi(中部)以及6500psi(底部)。然而，这三个层使用相同的PVT模型：流体1的模型(参见图6)。这三个层中的初始压力高于起泡点压力，它们是：4958psi(顶部)、4722psi(中部)以及4522psi(底部)。

参照图11，图11描述了根据成分模型和它的等同黑油模型的气体速率-时间。这些图的结果显示出两个模型之间的匹配非常好。

参照图12，在图12中提供了来自这两个模型的成分-时间。

参照图13和14，首先参照图13，叉流主要出现在生产的头几个月期间，并且后来出现在注水阶段期间。图13示出了来自一个生产井的气体生产速率，以及由于该井的三个完井的叉流而导致的注气速率。该图中的完井3对应于底部层。因为这一层中具有更高的初始压力，所以完井3是头几个月中唯一有生产的一个井，而属于低压层的完井由于叉流而在注入。在图14中提供了来自成分模型和它的等同黑油模型井PA4的气体生产速率-时间以及甲烷摩尔比例-时间，其显示出在劈分的黑油流方面，即使发生了大量叉流，也具有非常好的匹配。

范例4-注气

这一范例的目的是讨论与存在注气时的黑油劈分有关的问题。

对应于该范例的油藏初始成分是流体1的成分(参见表1)。该油藏中的初始压力为5500psi，并且整个油藏初始处于液相(未饱和)。

在该范例中没有发生注水。从生产过程的开始就应用80％空隙度替换注气方案。油田生产限制为10000RB/D。这一速率在生产井中相等地分配(如果可能的话)。不同于上面的三个范例，不应用经济限制。

参照图15、16和17，图15示出了来自成分模型以与其等同黑油模型的油田气速率、油GOR和油藏平均压力。由于大多数油藏在生产期间主要处于未饱和区域，所以在这两个模型之间得到良好的匹配。图16示出了来自两个模型的井PA1的气体速率和GOR。PA1是第一个出现气体突破的井，其出现在第五个生产年，如图17中所示，其描述了总气体生产速率和游离气体生产速率。如从这些图中可以看到，在出现突破之前在GOR方面具有更好的匹配。

使用液和汽体成分-R_s表执行本范例中的黑油劈分。附录B详细描述了获得这些表的过程。劈分在完井级进行。

参照图18和19，这些图(18和19)提供了来自成分模型与其等同黑油模型的甲烷摩尔比例-时间。在气体突破之前的生产期间具有优良的匹配。劈分的成分流在气体突破之后匹配就不够精确，然而结果还是可以接受的。注意，即使汽体成分-R_s表假定整个气帽与液相均衡，也得到这种匹配。

从上面的范例可以得出一般的结论：在成分(成分摩尔速率或摩尔比率)-生产时间方面，黑油模型与其等同成分模型之间的一致程度正比于在气体(或油)生产-时间方面这两个模型之间的一致。黑油模型的质量越高(相比于成分模型)，在成分-时间方面这两个模型之间的一致性就越好。

本说明书中所提供的劈分方法使用液和汽成分-饱和压力表，其典型地可以从耗减过程得到。该方法允许我们重新得到黑油劈分过程中可能的大多数详细成分信息，假定这些表中的饱和压力间隔与黑油PVT表中的相同(基本上使用相同的耗减模拟得到)。具有比黑油PVT表中更精细的压力间隔不是必然会得到更好的成分流体描述。

在包含在饱和区域中注气的生产过程的情况下，需要更多研究。要提到的是，黑油建模可能基本上不会成功地精确模拟这种结构中的过程。

名称

B^o   ＝石油地层因子，L³/L³，RB/STB

CCD  ＝常数成分耗减

CVD  ＝常数容积耗减

DE   ＝微分释出

GOR  ＝气/油比率，L³/L³，Mscf/STB

H_w   ＝井筒压力头，m/Lt²，psi

m    ＝质量，m，lbm

M    ＝摩尔重量，m，lbm/摩尔

M^f   ＝相态流度

n    ＝摩尔数量

PVT  ＝压力/容积/温度

p    ＝压力，m/Lt²，psi

p_w ＝底部孔压力，m/Lt²，psi

q  ＝地面容积速率

q^g ＝气体地面容积速率，m³/t，Mscf/D

q^o ＝石油地面容积速率，m³/t，STB/D

Q  ＝质量速率，m/t，lbm/D

R_s ＝液相气/油比率，L³/L³，Mscf/STB

R_v ＝汽相油/气比率，L³/L³，STB/Mscf

T_w ＝传输率因子

t  ＝时间，t，yr

x  ＝液体成分(组分摩尔比例)

y  ＝汽体成分(组分摩尔比例)

z  ＝总成分(组分摩尔比例)

ρ^g＝地面气体密度，m/L³，lbm/Mscf

ρ^o＝地面石油密度，m/L³，lbm/STB

下标

0  ＝初始状态

a  ＝调节的

bub＝起泡点

I  ＝注入

i  ＝组分

j  ＝井连接

k  ＝完井

m  ＝质量

P  ＝生产

s  ＝地面

v  ＝容积

上标

f  ＝相态

g  ＝气体

L  ＝液体

o  ＝石油

V  ＝汽体

在本说明书中通过参照引入的参考文献

1.Weisenborn，A.J.，and Schulte，A.M.：“CompositionalIntegrated Sub-Surface-Surface Modeling，”paper SPE 65158presented at the SPE European Petroleum Conference，Paris，France(October 24-25，2000).

2.Ghorayeb，K.et al.：“A General Purpose Controller forCoupling Multiple Reservoir Simulations and Surface FacilityNetworks.”Paper SPE 79702 presented at the 2003 SPE ReservoirSimulation Symposium，Houston，Texas，USA(February 2-5，2003).

3.Ghorayeb，K.，Holmes，J.A.，and Torrens R.：“FieldPlanning Using Integrated Surface/Subsurface Modeling，”paperSPE 92381 presented at the 14^th SPE Middle East Oil & Gas Show andConference，Bahrain(March 12-15，2005).

4.Barroux，C.C et al.：“Linking Reservoir and SurfaceSimulators：How to Improve the Coupled Solutions，”paper SPE 65159presented at the SPE European Petroleum Conference，Paris，France(October 24-25，2000).

附录A-井平均压力

我们在下面归纳了井的平均压力(网格块等同压力⁴)计算。

根据储罐条件下每一相态的容积生产速率，流入性能关系可以写作：

$q_j^f=T_{\mathrm{wj}}{M}_j^f(p_j-p_w-H_{\mathrm{wj}})---\left(25\right)$

其中：

q_j ^f是在储罐条件下连接j中相态f的容积流速率。从地层流入井的流记作正，而从井流入地层的流记作负；

T_wj是连接的传输率因子；

M_j ^f是在连接的相态流度；

p_j是包含连接的网格块中的压力；

p_w是井的底部孔压力；以及

H_wj是连接与井的底部孔基准深度之间的井筒压力头。

通过将所有井的N_g网格单元加起来，得到：

$\underset{j=1}{\overset{N_g}{\mathrm{\Σ}}}{q}_j^f=\underset{j=1}{\overset{N_g}{\mathrm{\Σ}}}{T}_{\mathrm{wj}}{M}_j^f{p}_j-p_w\underset{j=1}{\overset{N_g}{\mathrm{\Σ}}}{T}_{\mathrm{wj}}{M}_j^f-\underset{j=1}{\overset{N_g}{\mathrm{\Σ}}}{T}_{\mathrm{wj}}{M}_j^f{H}_{\mathrm{wj}}---\left(26\right)$

该井的平均压力p^a被定义为：

$p^a=\underset{j=1}{\overset{N_g}{\mathrm{\Σ}}}{T}_{\mathrm{wj}}{M}_j^f{p}_j/\underset{j=1}{\overset{N_g}{\mathrm{\Σ}}}{T}_{\mathrm{wj}}{M}_j^f---\left(27\right)$

具有最高质量速率的相态在等式(27)中选择。

附录B-用于范例4的查找表

用于范例1、2和3的黑油劈分表通过用于模拟黑油模型耗减过程(CVD)的软件包自动生成。用于范例4中的黑油劈分(包含注气)的表不是这样的。

在范例4中，执行膨胀测试试验模拟，以研究注气对流体性状的影响。这包括添加给定GOR_I的预定容积的气体(在其饱和压力下每容积的原始油藏流体在标准条件下注入气体的容积)。除了其它信息之外，该试验提供液体成分-GOR_I表。该试验也提供汽成分(与液体均衡)-GOR_I的表。

让R_s0表示初始混合物(对应于零注气)的气-油比率。对应于给定添加容积的气体的液体气-油比率可以近似得到如下：

$R_S=\frac{V_0^{\mathrm{gL}}+V^{\mathrm{gI}}}{V_0^{\mathrm{oL}}}---\left(28\right)$

其中V₀ ^gL和V₀ ^oL表示通过闪蒸(flashing)地面条件下的一定容积的液体(没有注气)所得到的气体和油容积；V^gI为注气的地面容积。

在等式28中，假定如下：

总地面气体容积等于注入的地面气体容积与液相地面气体容积之和。

注气并不影响来自液相的地面石油容积。

等式28意味着：

R_S＝R_S0+GOR_I×B^o           (29)

其中B^o是石油地层因子(在范例4中为2.1Rb/STB)。

于是在范例4的黑油劈分中使用液和汽体成分-R_S的表。

SI Metric转换因子

℉                      (℉+459.67)/1.8＝K

Mscf×3.048^*            E+02＝m³

STB×1.589 873          E-01＝m³

psi×6.894 757          E+00＝pa

^*转换因子是精确的

表格1

该范例中所使用的三个流体的组分摩尔比例。

组分/伪组分	液体1	液体2	液体3
				N2CO3C1C2-C3C4-C6C7-C12C13-C18C19-C25C26-C41C414	0.00690.03140.5280.15150.07030.08670.05290.0340.02380.0145	0.00660.03000.54800.14500.06730.08300.05060.03250.02270.0138	0.00620.02850.57090.13770.06390.07880.04800.03090.02160.0131
Pbub at284℉	4522psi	4722psi	4958psi
				Rs at Pbub at284℉	1.86Mscf/STB	1.97Mscf/STB	2.12Mscf/STB

于是就描述了上述黑油劈分方法，显然可以通过许多方式进行相同的变化。这种变化并没有脱离所要求的方法或设备或程序存储器装置的精神和范围，并且对于本领域的熟练技术人员显而易见的所有这些修改都包括在下面权利要求的范围内。

Claims (7)

1.一种用于黑油劈分的方法，包括：

将黑油油藏模拟中的黑油井内流转换为成分井内流，由此能够重新构成所述黑油油藏模拟中的生产井的一组成分和组分摩尔速率；

其中所述劈分方法适用于重新得到组分摩尔速率n_i，i＝1，...，N^c，其中N^c是组分的数量，并且其中组分摩尔速率是总摩尔速率乘以组分的摩尔分数的乘积；以及

其中所述转换步骤包括：

(a)执行相态质量速率计算；

(b)执行相态成分计算；和

(c)执行总的成分和组分摩尔速率计算；以及

其中用于执行所述相态质量速率计算的步骤(a)包括使用下列关系式计算汽体和液体的所述相态质量速率：

汽体的相态质量速率， $Q_m^V=Q_m^{\mathrm{gV}}+Q_m^{\mathrm{oV}},$ 和

液体的相态质量速率， $Q_m^L=Q_m^{\mathrm{oL}}+Q_m^{\mathrm{gL}},$

其中

和

分别是游离气、汽化油、液体油和溶解气的质量速率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述符号

和

从下列表达式得到：

$Q_m^{\mathrm{gV}}={\mathrm{\ρ}}^g{q}^{\mathrm{gV}}$

$Q_m^{\mathrm{oV}}={\mathrm{\ρ}}^o{q}^{\mathrm{oV}}$

$Q_m^{\mathrm{oL}}{\mathrm{\ρ}}^p{q}^{\mathrm{oL}}$ 和

$Q_m^{\mathrm{gL}}={\mathrm{\ρ}}^g{q}^{\mathrm{gL}}$

并且其中q^gV、q^oV、q^oL和q^gL分别表示游离气、汽化油、液体油和溶解气地面容积速率；并且ρ^g和ρ^o分别是地面气和油密度。

3.根据权利要求1所述的方法，其中执行用于执行所述相态成分计算的步骤(b)包括：

(b1)执行相态组分摩尔分数计算，所述执行步骤(b1)包括：

计算一个量，所述量选自下列所构成的组：液体和/或汽体质量速率平均饱和压力、液相气/油比率R_s＝q^gL/q^oL、和汽相油/气比率R_v＝q^oV/q^gV；

其中q^gV、q^oV、q^oL和q^gL分别表示游离气、汽化油、液体油和溶解气地面容积速率，并且使用所述量以得到表示汽体和液体成分的值。

4.根据权利要求1所述的方法，其中执行用于执行总的成分和组分摩尔速率计算的步骤(c)包括：

通过下式执行所述总的成分计算，其中组分i(i＝1，...，N^c)的摩尔分数z_i分别与汽体和液体组分摩尔分数y_i和x_i相关：

z_i＝αy_i+(1-α)x_i

其中α是汽分数，被定义为：

$\mathrm{\α}=\frac{n^V}{n^V+n^L}$

并且n^V和n^L分别为汽相和液相中的摩尔总数。

5.根据权利要求2所述的方法，其中执行用于执行所述相态成分计算的步骤(b)包括：

(b1)执行相态组分摩尔分数计算，执行步骤(b1)包括：

计算一个量，所述量选自下列所构成的组：液体和/或汽体质量速率平均饱和压力、液相气/油比率R_s＝q^gL/q^oL、和汽相油/气比率R_v＝q^oV/q^gV；其中q^gV、q^oV、q^oL和q^gL分别表示游离气、汽化油、液体油和溶解气地面容积速率，并且使用所述量以得到表示汽体和液体成分的值。

6.根据权利要求5所述的方法，其中执行用于执行总的成分和组分摩尔速率计算的步骤(c)包括：

通过下式执行所述总的成分计算，其中组分i(i＝1，...，N^c)的摩尔分数z_i分别与汽体和液体组分摩尔分数y_i和x_i相关：

z_i＝αy_i+(1-α)x_i

其中α是汽分数，被定义为：

$\mathrm{\α}=\frac{n^V}{n^V+n^L}$

并且n^V和n^L分别为汽相和液相中的摩尔总数。

7.一种适用于黑油劈分的系统，包括：

适用于将黑油井内流转换为成分井内流，由此能够重新构成黑油油藏模拟中的生产井的一组成分和组分摩尔速率的设备；

其中所述用于转换的设备重新得到组分摩尔速率n_i，i＝1，...，N^c，其中N^c是组分的数量，并且其中组分摩尔速率是总摩尔速率乘以组分的摩尔分数的乘积；以及

其中所述设备包括：

适用于执行相态质量速率计算的设备；

适用于执行相态成分计算的设备；和

适用于执行总的成分和组分摩尔速率计算的设备；以及

其中所述适用于执行相态质量速率计算的设备使用下列关系式计算汽体和液体的所述相态质量速率：

汽体的相态质量速率， $Q_m^V=Q_m^{\mathrm{gV}}+Q_m^{\mathrm{oV}}$ 和

液体的相态质量速率， $Q_m^L=Q_m^{\mathrm{oL}}+Q_m^{\mathrm{gL}},$

其中

和

分别是游离气、汽化油、液体油和溶解气的质量速率。

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