CN104975827A - 预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法，该预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法包括：步骤1，给定二氧化碳驱物质平衡方程的应用条件；步骤2，建立适用于二氧化碳驱的物质平衡方程；步骤3，收藏油藏参数，确定计算参数；步骤4，计算对应时间段的参量，包括产油量和注气量；以及步骤5，利用步骤4计算得到的参量，确定注采比、采出程度这些二氧化碳驱油藏指标。该预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法建立了考虑油藏岩石流体的压缩性的适用于二氧化碳驱的物质平衡方程，并给出了该物质平衡方程的应用方法，为二氧化碳驱油藏指标预测提供了一种有效的方法。

Description

预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法

技术领域

本发明涉及石油开发技术领域，特别是涉及到一种预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法。

背景技术

二氧化碳驱在提高原油采收率（EOR）方面有重要地位。2012年国外二氧化碳驱EOR产量占EOR总产量的24%；国内二氧化碳驱也逐渐受到重视，在胜利、吉林、中原等油田开始应用。因此，有必要对二氧化碳驱油藏工程指标（采出程度、注采比等）进行预测，以指导二氧化碳驱油藏合理高效的开发。

目前油藏开发指标预测方法主要包括生产动态方法、数值模拟方法、物质平衡方法；生产动态方法主要结合油田生产数据，绘制水驱曲线或递减曲线，预测油藏开发指标，该方法有一定准确性，但要求提供大量的油田生产数据，对于新区快或开发历程较短的区块，生产动态方法无法使用；数值模拟方法通过建立地质模型、拟合生产历史，可以对油藏开发指标进行较准确的预测，但这种方法对地质模型有较高的要求，在油田开发早期建立精细地质模型比较困难，此外数值模拟方法在带有启动压力梯度的低渗透油藏中的应用也受到限制；油藏物质平衡方法是质量守恒定律在油藏工程中的应用，物质平衡原理简易、方法实用，在油气田开发的各项指标预测中，有着广泛的应用。

传统的物质平衡方法仅适用于水驱油藏，目前关于物质平衡方法在二氧化碳驱油藏指标预测中的应用鲜有报道，有的学者（夏海容，郭平，刘滨，等.注气混相及非混相驱替物质平衡方程式[J].西南石油学院学报，2005,27（2）：61-63）建立了考虑油气相间传质作用的物质平衡方程式，但其忽略了油藏岩石流体的压缩性，且对矿场数据的求取有严苛的要求。为此我们发明了一种新的预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够预测二氧化碳驱油藏采出程度、注采比等指标的物质平衡方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法，该预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法包括：步骤1，给定二氧化碳驱物质平衡方程的应用条件；步骤2，建立适用于二氧化碳驱的物质平衡方程；步骤3，收藏油藏参数，确定计算参数；步骤4，计算对应时间段的参量，包括产油量和注气量；以及步骤5，利用步骤4计算得到的参量，确定注采比、采出程度这些二氧化碳驱油藏指标。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，考虑原油-二氧化碳体系的体积膨胀，据油藏和工艺实际条件，考虑二氧化碳驱物质平衡方程的特点，假设:①假设油藏为未饱和油藏；②不考虑气窜，地层油均匀溶解二氧化碳；③地层水均匀溶解二氧化碳，忽略地层水溶解二氧化碳后的体积膨胀量；④考虑地层压力变化导致储层孔隙体积、流体体积变化。

在步骤2中，考虑由于地层压力变化导致的储层孔隙体积、流体体积变化，考虑原油-二氧化碳体系的体积膨胀量，考虑水侵与注水开发，建立适用于二氧化碳驱的物质平衡方程。

在步骤2中，由于地层压力变化导致储层孔隙体积、流体体积变化考虑为：

${\mathrm{\ΔV}}_1={\mathrm{NB}}_{\mathrm{oi}}[C_o\mathrm{\Δp}+\frac{C_p\mathrm{\Δp}}{1-S_{\mathrm{wc}}}+\frac{S_{\mathrm{wc}}{C}_w\mathrm{\Δp}}{1-S_{\mathrm{wc}}}]---\left(1\right)$

原油-二氧化碳体系的体积膨胀量考虑为：

ΔV₂=NB_oiδ   （2）

考虑水侵与注水开发，适用于二氧化碳驱的物质平衡方程可表示为：

$N_p{B}_o+W_p{B}_w=N{B}_{\mathrm{oi}}[C_o\mathrm{\Δp}+\frac{C_p\mathrm{\Δp}}{1-S_{\mathrm{wc}}}+\frac{S_{\mathrm{wc}}{C}_w\mathrm{\Δp}}{1-S_{\mathrm{wc}}}+\mathrm{\δ}]+W_e+W_{\mathrm{inj}}{B}_w---\left(3\right)$

式中，N—地质储量，m³；B_oi—原始压力下原油体积系数；C_o、C_w、C_p—油、水、孔隙压缩系数，1/MPa；S_wc—束缚水饱和度；Δp—生产压差，MPa；δ—原油-二氧化碳体系膨胀系数；N_p—地面原油产量，m³；B_o—原油体积系数；W_p—地面产水量，m³；B_w—水体积系数；W_e—地下水侵量，m³；W_inj—注水量，m³。

在步骤3中，收集油藏储量N、地层压力Δp、地层流体压缩性数据C_o、C_w、C_p、饱和度S_wc、流体体系系数B_w、B_o；通过室内实验确定的原油-二氧化碳体系体积膨胀系数δ。

在步骤4中，确定计算步长，计算每个时间步长的阶段产油量、阶段注气量这些参量，再将这些参量代入下一时间步长进行计算，直至计算到指定时间，得到最终的参量。

在步骤5中，假设第k年注二氧化碳Q_ink时年产油为N_pk，第k年的注采比表示为：

第n年采出程度R表示为：

$R=\frac{\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{\mathrm{pk}}}{N}---\left(5\right)$

式中，Q_ink—第k年注入二氧化碳的量（地面标准体积），m³；ρ_o—地面原油密度，kg/m³；ρ_CO2—地面标准状态下二氧化碳密度，kg/m³。

本发明提供的预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法可为二氧化碳驱油藏指标预测提供一种有效方法，同时为二氧化碳驱油藏开发技术政策研究提供一种研究方法。

附图说明

图1为本发明提供的预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法的一具体实例的流程图；

图2为本发明的一具体实例中二氧化碳在地层油中的溶解度曲线；

图3为本发明的一具体实例中不同溶解度下原油-二氧化碳体系膨胀量曲线；

图4为本发明的一具体实例中物质平衡计算示意图；

图5为本发明的一具体实例中物质平衡采出程度变化规律曲线；

图6为本发明的一具体实例中物质平衡注采比变化规律曲线；

图7为本发明的一具体实例中物质平衡与数值模拟结果（采出程度）对比。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

如图1所示，本发明提供的预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法应用包括如下步骤。

步骤101：给定二氧化碳驱物质平衡方程的应用条件。建立适用于二氧化碳驱的物质平衡方程时，主要考虑原油-二氧化碳体系的体积膨胀。根据油藏和工艺实际条件，考虑物质平衡方程的特点，假设：①假设油藏为未饱和油藏（无气顶、油藏压力大于饱和压力）；②不考虑气窜，地层油均匀溶解二氧化碳；③地层水均匀溶解二氧化碳，忽略地层水溶解二氧化碳后的体积膨胀量；④考虑地层压力变化导致储层孔隙体积、流体体积变化。流程进入到步骤102。

步骤102：建立适用于二氧化碳驱的物质平衡方程。考虑由于地层压力变化导致的储层孔隙体积、流体体积变化，考虑原油-二氧化碳体系的体积膨胀量，考虑水侵与注水开发，建立适用于二氧化碳驱的物质平衡方程。由于地层压力变化导致储层孔隙体积、流体体积变化可考虑为：

${\mathrm{\ΔV}}_1={\mathrm{NB}}_{\mathrm{oi}}[C_o\mathrm{\Δp}+\frac{C_p\mathrm{\Δp}}{1-S_{\mathrm{wc}}}+\frac{S_{\mathrm{wc}}{C}_w\mathrm{\Δp}}{1-S_{\mathrm{wc}}}]---\left(1\right)$

原油-二氧化碳体系的体积膨胀量考虑为：

ΔV₂=NB_oiδ   （2）

考虑水侵与注水开发，适用于二氧化碳驱的物质平衡方程可表示为：

$N_p{B}_o+W_p{B}_w=N{B}_{\mathrm{oi}}[C_o\mathrm{\Δp}+\frac{C_p\mathrm{\Δp}}{1-S_{\mathrm{wc}}}+\frac{S_{\mathrm{wc}}{C}_w\mathrm{\Δp}}{1-S_{\mathrm{wc}}}+\mathrm{\δ}]+W_e+W_{\mathrm{inj}}{B}_w---\left(3\right)$

流程进入到步骤103。

步骤103：收藏油藏参数，确定计算参数。收集油藏储量N、地层压力Δp、地层流体压缩性数据C_o、C_w、C_p、饱和度S_wc、流体体系系数B_w、B_o；通过室内实验确定的原油-二氧化碳体系体积膨胀系数δ。在一实施例中，结合胜利油区正理庄油田高89-樊142地区具体参数，利用上述物质平衡方程预测高89-樊142地区采出程度和注采比的变化规律。确定油藏参数如表1所示。

表1物质平衡计算参数表（高89-樊142地区）

通过室内实验测定高89-樊142地区地层油压缩系数为0.001MPa^-1，地层水压缩系数为0.00075MPa^-1，储层孔隙体积压缩系数为0.0005MPa^-1。

高89-樊142地区初期弹性开发，后期将推广二氧化碳驱，区块边底水不发育，综合含水6%左右，因此计算过程中忽略产出水。

可以通过室内实验确定的原油-二氧化碳体系体积膨胀系数δ。根据高89-樊142地区原油高压物性实验，测得不同压力下二氧化碳在地层油中的溶解度曲线（图2）及不同溶解度下原油-二氧化碳体系膨胀量曲线（图3）。饱和二氧化碳的原油-二氧化碳体系膨胀系数（体积膨胀量与体积膨胀系数数值相同）可以从图中读出，未饱和二氧化碳的原油-二氧化碳体系膨胀系数依据溶解二氧化碳的量线性差值计算。比如地层压力30MPa时，地层油最多溶解二氧化碳200m³/t，此时地层油体积膨胀量为35%，体积膨胀系数为0.35。

根据高89-樊142地区实际情况，设计了三种计算条件：①保持目前地层压力生产，年注二氧化碳12×10⁴t；②第一年注二氧化碳恢复地层压力至27MPa，以后保持地层压力27MPa生产，年注二氧化碳20×10⁴t；③第一年注二氧化碳恢复地层压力至31MPa，以后保持地层压力31MPa生产，年注二氧化碳28×10⁴t。流程进入到步骤104。

步骤104：计算对应时间段的参量，包括产油量和注气量。确定计算步长，计算每个时间步长的阶段产油量、阶段注气量等参量，再将这些参量代入下一时间步长进行计算，直至计算到指定时间，得到最终的参量。在一实施例中，设时间步长为1年；第1年注入二氧化碳后，地层原油-二氧化碳体系膨胀，一部分被采出，另一部分滞留地下，滞留地下的原油-二氧化碳体系可分解为滞留的原油与滞留的二氧化碳；第2年注入二氧化碳后，考虑滞留的原油与滞留的二氧化碳加新注入的二氧化碳反应，就是说计算第2年的原油-二氧化碳体系膨胀系数时，二氧化碳的量为滞留的二氧化碳加新注入的二氧化碳（图4）；按照该方法计算n年，即可预测二氧化碳驱n年后的参量（产油量、注气量等）。流程进入到步骤105。

步骤105：利用步骤104计算得到的参量（产油量、注气量等）可以进一步确定注采比、采出程度等二氧化碳驱油藏指标：

假设第k年注二氧化碳Q_ink时年产油为N_pk，第k年的注采比表示为：

第n年采出程度R表示为：

$R=\frac{\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{\mathrm{pk}}}{N}---\left(5\right)$

利用物质平衡计算方法，分别预测了上述三种条件下15年末二氧化碳驱采出程度（图5）、注采比（图6）变化规律。通过与Eclipse300数值模拟计算结果进行对比（图7）发现，物质平衡计算的采出程度与数值模拟计算的采出程度在趋势上变化一致，在数值上总体接近，从而验证了物质平衡方法的可靠性。

对上述公式（1）至公式（5）中出现的符号进行说明：N—地质储量，m³；B_oi—原始压力下原油体积系数；C_o、C_w、C_p—油、水、孔隙压缩系数，1/MPa；S_wc—束缚水饱和度；Δp—生产压差，MPa；δ—原油-二氧化碳体系膨胀系数；N_p—地面原油产量，m³；B_o—原油体积系数；W_p—地面产水量，m³；B_w—水体积系数；W_e—地下水侵量，m³；W_inj—注水量，m³；Q_ink—第k年注入二氧化碳的量（地面标准体积），m³；ρ_o—地面原油密度，kg/m³；ρ_CO2—地面标准状态下二氧化碳密度，kg/m³。

这种预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法包括建立考虑原油-二氧化碳体系体积膨胀和油藏岩石流体压缩性的适用于二氧化碳驱的物质平衡方程；收集油藏已有的储量数据N、地层压力数据Δp、地层流体压缩性数据C_o、C_w、C_p、饱和度数据S_wc、流体体系系数B_w、B_o，以及通过室内实验确定原油-二氧化碳体系体积膨胀系数δ，结合物质平衡方程计算出对应时间段的产油量N_pk；根据产油量进一步确定注采比、采出程度等二氧化碳驱油藏指标。该预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法的应用可以通过物质平衡方程的建立、参数收集与参量计算、指标确定几个步骤来实现。本发明提供的方法可以为二氧化碳驱油藏指标预测提供一种有效的方法。

Claims (7)

1.预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法，其特征在于，该预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法包括：

步骤1，给定二氧化碳驱物质平衡方程的应用条件；

步骤2，建立适用于二氧化碳驱的物质平衡方程；

步骤3，收藏油藏参数，确定计算参数；

步骤4，计算对应时间段的参量，包括产油量和注气量；以及

步骤5，利用步骤4计算得到的参量，确定注采比、采出程度这些二氧化碳驱油藏指标。

2.根据权利要求1所述的预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法，其特征在于，在步骤1中，考虑原油-二氧化碳体系的体积膨胀，据油藏和工艺实际条件，考虑二氧化碳驱物质平衡方程的特点，假设：①假设油藏为未饱和油藏；②不考虑气窜，地层油均匀溶解二氧化碳；③地层水均匀溶解二氧化碳，忽略地层水溶解二氧化碳后的体积膨胀量；④考虑地层压力变化导致储层孔隙体积、流体体积变化。

3.根据权利要求1所述的预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法，其特征在于，在步骤2中，考虑由于地层压力变化导致的储层孔隙体积、流体体积变化，考虑原油-二氧化碳体系的体积膨胀量，考虑水侵与注水开发，建立适用于二氧化碳驱的物质平衡方程。

4.根据权利要求3所述的预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法，其特征在于，在步骤2中，由于地层压力变化导致储层孔隙体积、流体体积变化考虑为：

${\mathrm{\ΔV}}_1={\mathrm{NB}}_{\mathrm{oi}}[C_o\mathrm{\Δp}+\frac{C_p\mathrm{\Δp}}{1-S_{\mathrm{wc}}}+\frac{S_{\mathrm{wc}}{C}_w\mathrm{\Δp}}{1-S_{\mathrm{wc}}}]---\left(1\right)$

原油-二氧化碳体系的体积膨胀量考虑为：

ΔV₂=NB_oiδ   （2）

考虑水侵与注水开发，适用于二氧化碳驱的物质平衡方程可表示为：

$N_p{B}_o+W_p{B}_w=N{B}_{\mathrm{oi}}[C_o\mathrm{\Δp}+\frac{C_p\mathrm{\Δp}}{1-S_{\mathrm{wc}}}+\frac{S_{\mathrm{wc}}{C}_w\mathrm{\Δp}}{1-S_{\mathrm{wc}}}+\mathrm{\δ}]+W_e+W_{\mathrm{inj}}{B}_w---\left(3\right)$

式中，N—地质储量，m³；B_oi—原始压力下原油体积系数；C_o、C_w、C_p—油、水、孔隙压缩系数，1/MPa；S_wc—束缚水饱和度；Δp—生产压差，MPa；δ—原油-二氧化碳体系膨胀系数；N_p—地面原油产量，m³；B_o—原油体积系数；W_p—地面产水量，m³；B_w—水体积系数；W_e—地下水侵量，m³；W_inj—注水量，m³。

5.根据权利要求1所述的预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法，其特征在于，在步骤3中，收集油藏储量N、地层压力Δp、地层流体压缩性数据C_o、C_w、C_p、饱和度S_wc、流体体系系数B_w、B_o；通过室内实验确定的原油-二氧化碳体系体积膨胀系数δ。

6.根据权利要求1所述的预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法，其特征在于，在步骤4中，确定计算步长，计算每个时间步长的阶段产油量、阶段注气量这些参量，再将这些参量代入下一时间步长进行计算，直至计算到指定时间，得到最终的参量。

7.根据权利要求1所述的预测二氧化碳驱油藏指标的物质平衡方法，其特征在于，在步骤5中，假设第k年注二氧化碳Q_ink时年产油为N_pk，第k年的注采比表示为：

第n年采出程度R表示为：

$R=\frac{\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{\mathrm{pk}}}{N}---\left(5\right)$

式中，Q_ink—第k年注入二氧化碳的量，m³；ρ_o—地面原油密度，kg/m³；ρ_CO2—地面标准状态下二氧化碳密度，kg/m³。