CN108331565A - 一种改进型火驱数值模拟动力学模型的建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改进型火驱数值模拟动力学模型的建模方法，包括以下步骤：1)利用加速量热仪和热重分析仪求取原油的氧化动力学参数，同时确定原油中的重质组分以及轻质组分的分子量；2)利用热物性分析仪求取热物性参数；3)建立与实际油藏条件相同的孔隙度、渗透率以及含油饱和度条件，进行一维燃烧管实验，取得的一维燃烧管实验结果；4)利用CMG油藏数值模拟软件对步骤1)得到的氧化动力学参数以及步骤2)得到的热物性参数与步骤3)得到的一维燃烧管实验结果进行油藏数值模拟历史拟合,即可得到改进型火驱数值模拟动力学模型，该改进型火驱数值模拟动力学模型相比传统模型组分减少、方程式简化，不仅提高了运算精度，而且大大降低了运算时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种建模方法，特别是关于一种改进型火驱数值模拟动力学模型的建模方法，属于油气田开发工程技术领域。
背景技术
火烧油层，亦称火驱，是指通过人工手段点燃油层，并向油层内源源不断地注入空气，利用稠油重质组分作为燃料，形成高温氧化前缘，受热的原油粘度不断降低并通过燃烧产生的烟道气不断驱动而产出的过程。火烧油层是稠油热采的关键技术之一，在罗马尼亚、北美等国家已经进行大规模的商业化开采。“十一五”以来，已在我国新疆油田、辽河油田等多个区块进行火烧油层矿场试验，在稠油注蒸汽开发采出程度有限的前提下，火烧油层作为其接替技术是极具潜力的一种热采方式。
火烧油层技术相比于其它热采方式机理更加复杂、工艺水平要求更高，开发生产规律需要重新进行认识。通常，在火烧油层开发过程中能够进行精确的数值模拟并进行方案设计以及动态跟踪调整是火驱矿场试验成败的关键。目前在国内外相关的火烧油层数值模拟研究工作较少，基于阿隆尼乌斯方程的传统动力学模型难以精确刻画火驱储层区带分布特征、预测并认识火驱生产动态规律。因此如何能建立一种精确描述火驱数值模拟动力学模型值得深入研究。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种改进型火驱数值模拟动力学模型的建模方法，该火驱数值模拟动力学模型能够降低运算时间并提高运算精度。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种改进型火驱数值模拟动力学模型的建模方法，其包括以下步骤：
1)利用加速量热仪和热重分析仪求取原油的氧化动力学参数，包括：指前因子、反应活化能、放热量和焦炭摩尔数，同时确定原油中的重质组分以及轻质组分的分子量；
2)利用热物性分析仪求取热物性参数，包括：岩石体积热容、岩石热传导率和原油热传导率等；
3)进行原油的一维燃烧管实验，且燃烧管的渗透率、孔隙度、含油饱和度等油藏参数与实际油藏保持一致，取得的一维燃烧管实验结果包括：累产油量、产油速度、产出气体含量、燃烧前缘推进速度和不同测温点温度等；
4)利用CMG油藏数值模拟软件对步骤1)得到的氧化动力学参数以及步骤2)得到的热物性参数与步骤3)得到的一维燃烧管实验结果进行油藏数值模拟历史拟合，具体为：
①将原油组分划分为焦炭与可动油，参加化学反应的组分为焦炭，未参加化学反应的组分为可动油；
②根据步骤1)得到的不同原油中的重质组分以及轻质组分的分子量，建立拟合所依托的化学方程反应式(1)和(2)：
1Oil1→(1-x)Oil2+xCoke (1)
Coke+O2→CO2+H2O (2)
上述式中，Oil1代表原始油；Oil2代表未参加反应的可动油；Coke代表焦炭；x代表焦炭摩尔数，0＜x＜1；
③将化学方程反应式(1)和(2)代入CMG油藏数值模拟软件的火驱数值模拟文件(即CMG油藏数值模拟软件读取的数值模拟体dat文件)中，并不断调试化学方程反应式(2)的配平系数、反应活化能以及放热量；
④当调试到与一维燃烧管实验结果：产油速度、累产油量、产出气体含量以及测温点温度等相吻合的过程时，则停止调试，此时经过调试化学方程反应式(1)和(2)即为改进型火驱数值模拟动力学模型。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明从火驱机理上重新认识了火烧油层过程，避免了传统火驱数值模拟动力学模型依赖阿隆尼乌斯方程导致的拟合精度不精确以及多组分导致的运算时间过长的不足；同时，本发明将燃烧过程划分为燃料沉积以及可动油流动的过程，组分数和方程数比传统火驱数值模拟动力学模型少2个，运算时间提高一倍，在相同网格数的前提下运算精度大幅提高。本发明可以提高油藏工程师的工作效率，对国家石油、能源安全具有重要的战略意义。
附图说明
图1是两种模型同一时刻一维燃烧管数值模拟结果对比图；
图2是两种模型不同网格数下瞬时产油量对比曲线图；
图3是线性交错井排两种模型同一时刻二维含油饱和度场分布图；
图4是两种模型火驱日产油量及产出端含氧量变化曲线图；
图5是1/4五点法井网两种模型同一时刻氧气浓度分布图；
图6是三维非均质模型纵向渗透率分布图；
图7是三维非均质条件下两种模型同一时刻温度分布图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
实施例1：
建立多元热流体吞吐后转火驱开发的南堡35-2油田氧化动力学模型：
(1)首先利用加速量热仪和热重分析仪求取原油的氧化反应指前因子1500s-1Pa-1，反应活化能6×104J/mol，反应放热5.2×105J/mol，焦炭摩尔数50.9kg/m3；
(2)利用热物性分析仪求取岩石体积热容2.575×106J/m3·℃，岩石热传导率为1.634×104J/m·day·℃，原油热传导率9.77×103J/m·day·℃；
(3)建立与实际油藏条件相同的孔隙度、渗透率以及含油饱和度条件，进行一维燃烧管实验；
(4)利用步骤(1)和(2)所得到的原油氧化动力学参数以及热物性参数与步骤(3)的一维燃烧管结果进行拟合；拟合过程中将原油定义为两种组分：焦炭与可动油，根据步骤(1)所得到的焦炭摩尔数，确定南堡35-2油田拟合方程中x数值为0.15，各组分基本参数如表1，最终的拟合方程为：
1Oil1→0.85Oil2+0.15Coke
Coke+1.18O2→0.8CO2+1.11H2O
表1 南堡35-2区块火驱数值模拟原油组分基本参数
下面对传统火驱数值模拟动力学模型(以下称传统模型)与改进型火驱数值模拟动力学模型(以下称改进模型)拟合的结果进行对比：
1)一维燃烧管模型
取长度为0.8m两端分别注气、采油的燃烧管模型对不同网格数的传统模型以及改进型模型的火驱模拟结果进行对比，两种模型同一时刻模拟结果如图1、图2所示。从图中可见，网格数为10的传统8组分、4方程模型燃烧前缘的传播严重滞后，模拟结果不准确，这是由于粗化的传统模型引入太多平均值，焦炭量增加，燃烧峰值温度增大导致。而10个网格的改进模型与细化后的传统模型(800网格)结果基本一致，由于组分以及方程式减少，其计算时间(如表2所示)大大降低。
表2 两种模型及火驱数值模拟运算时间
2)二维均质模型
建立线性交错井排(2注1采)模型，分别利用传统模型以及改进模型对不同网格数的火驱数值模拟结果进行对比，两种模型的同一时刻含油饱和度数值模拟结果如图3、图4所示。从图中可以看出，网格数为20×10的改进模型含油饱和度模拟结果与200×100的传统模型刻画的氧化前缘以及油墙位置基本一致，精确描述了火驱剩余油分布，而从表2来看，其运算时间大大降低。
实施例2：
建立旅大21-2油田火驱开发数值模拟模型：
(1)首先利用加速量热仪和热重分析仪求取原油的氧化反应指前因子33.4s-1Pa-1，活化能14.8×104J/mol，反应放热6.7×104J/mol，焦炭摩尔数15kg/m3；
(2)利用热物性分析仪求取岩石体积热容2.35×106J/m3·℃，岩石热传导率3×105J/m·day·℃，原油热传导率1.2×104J/m·day·℃；
(3)建立与实际油藏条件相同的孔隙度、渗透率以及含油饱和度条件，进行一维燃烧管实验；
(4)利用步骤(1)和(2)所得到的原油氧化动力学参数以及岩石热物性参数与步骤(3)的一维燃烧管结果进行拟合；拟合过程中将原油定义为两种组分：焦炭与可动油，根据(1)所得到的焦炭摩尔数，确定南堡35-2油田拟合方程中x数值为0.20，各组分分子量如表3，最终的拟合方程为：
1Oil1→0.80Oil2+0.20Coke
1Coke+O2→0.5H2O+0.5CO2
表3 旅大21-2区块火驱数值模拟原油组分基本参数
下面对传统模型与改进模型拟合的结果进行对比：
1)均质二维模型
如图5所示，建立1/4五点法井网(1注1采)模型，对比不同网格数的传统模型与改进模型数值模拟结果。从图中可见，20×20网格数的改进模型与200×200的传统模型刻画的氧化前缘位置基本吻合，从表2中可以看出其运算时间大大降低。而粗化后的20×20的传统模型刻画的氧化前缘由于计算过程中引用了太多平均值而导致描述不精确。
2)非均质三维模型
如图6所示，截取旅大21-2油田非均质性较强的一部分油藏模型，从图中可以看出油藏纵向上存在着一定的渗透率差异。对不同网格数的传统模型以及改进模型进行数值模拟结果对比，数值模拟结果如图7所示，从图中可以看出，粗化后(网格数14×20)的改进模型与传统模型(网格数70×100)刻画的氧气含量分布图基本一致，同时精确地描述了由于纵向渗透率差异导致的空气超覆现象，同样的从表2中可以看出，使用粗化后的改进模型数值模拟运算时间大大降低。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (5)
1.一种改进型火驱数值模拟动力学模型的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)利用加速量热仪和热重分析仪求取原油的氧化动力学参数，同时确定原油中的重质组分以及轻质组分的分子量；
2)利用热物性分析仪求取热物性参数；
3)建立与实际油藏条件相同的孔隙度、渗透率以及含油饱和度条件，进行一维燃烧管实验，取得的一维燃烧管实验结果；
4)利用CMG油藏数值模拟软件对步骤1)得到的氧化动力学参数以及步骤2)得到的热物性参数与步骤3)得到的一维燃烧管实验结果进行油藏数值模拟历史拟合,即可得到改进型火驱数值模拟动力学模型。
2.如权利要求1所述的一种改进型火驱数值模拟动力学模型的建模方法，其特征在于，上述步骤1)中，原油的氧化动力学参数包括：指前因子、反应活化能、放热量和焦炭摩尔数。
3.如权利要求2所述的一种改进型火驱数值模拟动力学模型的建模方法，其特征在于，上述步骤2)中，热物性参数包括：岩石体积热容、岩石热传导率和原油热传导率。
4.如权利要求3所述的一种改进型火驱数值模拟动力学模型的建模方法，其特征在于，上述步骤3)中，一维燃烧管实验结果包括：累产油量、产油速度、产出气体含量、燃烧前缘推进速度和不同测温点温度。
5.如权利要求4所述的一种改进型火驱数值模拟动力学模型的建模方法，其特征在于，上述步骤4)中，油藏数值模拟历史拟合包括以下步骤：
①将原油组分划分为焦炭与可动油，参加化学反应的组分为焦炭，未参加化学反应的组分为可动油；
②根据步骤1)得到的不同原油中的重质组分以及轻质组分的分子量，建立拟合所依托的化学方程反应式(1)和(2)：
1Oil1→(1x)Oil2+xCoke (1)
Coke+O2→CO2+H2O (2)
上述式中，Oil1代表原始油；Oil2代表未参加反应的可动油；Coke代表焦炭；x代表焦炭摩尔数，0＜x＜1；
③将化学方程反应式(1)和(2)代入CMG油藏数值模拟软件的火驱数值模拟文件中，并不断调试化学方程反应式(2)的配平系数、反应活化能以及放热量；
④当调试到与一维燃烧管实验结果：产油速度、累产油量、产出气体含量以及测温点温度相吻合的过程时，则停止调试，此时经过调试化学方程反应式(1)和(2)即为改进型火驱数值模拟动力学模型。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180727 |
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