CN110188996B - 水驱油藏能耗-产量-效益一体化表征方法 - Google Patents

水驱油藏能耗-产量-效益一体化表征方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种水驱油藏能耗‑产量‑效益一体化表征方法，该水驱油藏能耗‑产量‑效益一体化表征方法包括：步骤1，进行油气生产系统流程分析及节点划分；步骤2，计算注水系统能效；步骤3，计算采油系统能效；步骤4，计算处理及循环系统能效；步骤5，计算油藏系统水油转化效率；步骤6，计算全系统产量；步骤7，计算全系统效益。该水驱油藏能耗‑产量‑效益一体化表征方法可以预测给定能量、成本输入条件下的产量及效益，通过对比理论模型产量和实际产量的差异，可以准确把握油气生产系统工作状况，并能够分析问题环节，提出改善建议指导油田生产。

Description

水驱油藏能耗-产量-效益一体化表征方法
技术领域
本发明涉及油气开发技术领域，特别是涉及到一种水驱油藏能耗-产量-效益一体化表征方法。
背景技术
目前我国东部老油田多数已进入高含水、特高含水期，油田的持续稳产更加依赖高注采量、高能耗的方式。一方面，含水率的急剧升高给提高采收率带来挑战，严重制约企业自身的可持续发展；另一方面，企业环保社会责任意识加强，原来较为粗放的污水处理、管理方式必须转变。从资源角度，油田大量富余污水利用需要科学指导，污水的外排污染环境，不利于节能减排，超注会引起局部暴性水淹。基于技术、经济、环境三方面的考虑，亟需探索水循环高效利用技术，破解高含水油藏注水“高耗低效”难题，实现企业低成本、可持续开发。
水驱油藏开发涉及注入、油藏、采出、地面处理四大流程，随着注入水与地层流体不断的物质和能量交换，也伴随产生着成本和能耗的变化过程，高效水循环管理必须建立在明确的数学关系之上，目前尚没有清晰的数学模型描述产量-能耗-成本之间的相互关系。为此我们发明了一种新的水驱油藏能耗-产量-效益一体化表征方法，解决了以上技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以预测给定能量、成本输入条件下的产量及效益，可以准确把握油气生产系统工作状况的水驱油藏能耗-产量-效益一体化表征方法。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：水驱油藏能耗-产量-效益一体化表征方法，该水驱油藏能耗-产量-效益一体化表征方法包括：步骤1，进行油气生产系统流程分析及节点划分；步骤2，计算注水系统能效；步骤3，计算采油系统能效；步骤4，计算处理及循环系统能效；步骤5，计算油藏系统水油转化效率；步骤6，计算全系统产量；步骤7，计算全系统效益。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
在步骤1中，油气生产系统包含注水站、配水间、注水井、采油井、油站、污水站六个环节，按照先后顺序标定出12个节点，12个过程，4个子系统；
其中，12个节点包括：注水站入口节点1，注水站出口节点2，配水间入口节点3，配水间的出口节点4，注水井井口节点5，油藏入口节点6，油藏出口节点7，采油井口节点8，油站入口节点9，油站出口节点10，污水站入口节点11，污水站出口节点12；
其中，12个过程包括：注水站入口节点1-注水站出口节点2，注水站通过高压泵组消耗电能将水源水压力升高；注水站出口节点2-配水间入口节点3，注水站到各配水间的注水干线管路，管路的尺寸、拓扑结构不同，沿程压力、能量损失不同；配水间入口节点3-配水间的出口节点4，通过配水间的节流管路调节每口注水井的注水量；配水间的出口节点4-注水井井口节点5，连接每口注水井支线管路；注水井井口节点5-油藏入口节点6，注水井管柱系统，能量损失为管柱及射孔损失；油藏入口节点6-油藏出口节点7，油藏流动过程，注入水能量用于驱动地下流体流动及流动过程中的损失，在这里注入水将变为产出油，是成本到效益转化的关键位置；油藏出口节点7-采油井口节点8，油井井筒流动过程，通过消耗电能举升流体到地面；采油井口节点8-油站入口节点9，各采油井产出液汇集在一起，主要能量消耗是管网沿程损失；油站入口节点9-油站出口节点10，油站的油水分离处理过程，产出油进入油罐储存，产出水继续循环；油站出口节点10-污水站入口节点11，油站到污水站的输水过程；油站出口节点10-污水站入口节点11，污水经过沉淀、过滤、化学药剂处理后成为满足注入要求的水源水；污水站出口节点12-注水站入口节点1，污水通过泵组输送回注水站，开始下一轮的注水循环过程；
其中，4个子系统包括：注水系统，注水站入口节点1-油藏入口节点6；油藏系统，油藏入口节点6-油藏出口节点7；采油系统，油藏出口节点7-采油井口节点8；处理及循环系统，采油井口节点8-污水站出口节点12-注水站入口节点1。
在步骤2中，以月为单位统计以下数据，包括：每口注水井的注水量、井口压力，注水站入口节点1-油藏入口节点6每个过程的管线压力、用电量，数据代入公式(1)计算注水系统能效：
ηi＝∑ΔPiQi/∑Ei (1)
其中，ΔPi是每口注水井的井口压力，MPa；Qi是每口注水井的月注水量，m3；Ei是注水系统内各过程消耗的电量，Kw·h；ηi是注水系统能效系数，无因次。
在步骤3中，以月为单位统计以下数据，包括：每口采油井的采液量、举升压差、用电量，数据代入公式(2)计算采油系统能效：
ηp＝∑ΔPpQl/∑Ep (2)
其中，ΔPp是每口采油井的举升压差，MPa；Ql是每口采油井的月采液量，m3；Ep是采油系统内各过程消耗的电量，Kw·h；ηp是采油系统能效系数，无因次。
在步骤4中，以月为单位统计以下数据，包括：采油井口节点8-污水站出口节点12-注水站入口节点1每个过程的管线压力、用电量，数据代入公式(3)计算处理及循环系统能效：
ηt＝∑ΔPtQl/∑Et (3)
其中，ΔPt是处理及循环系统内的总压差，MPa；Ql是每口采油井的月采液量，m3；Et是处理及循环系统内各过程消耗的电量，Kw·h；ηt是处理及循环系统能效系数，无因次。
在步骤5中，按月统计油藏的采液量、采油量，带入以下公式计算油量与液量关系曲线。
Figure GDA0003092224230000041
Figure GDA0003092224230000042
其中，Qw是月产水量，m3；Ql是月产液量，m3；Qi是月注水量，m3；
Figure GDA0003092224230000043
是月度平均含水率，无因次，该参数与波及系数Rv、驱油效率RD有关；c是月注采比，无因次；ηo是油藏系统水油转化效率，无因次。
在步骤6中，将获取参数及油藏特征参数通过公式(6)建立产量与能耗的关系：
Figure GDA0003092224230000044
其中，
Figure GDA0003092224230000045
是油藏的平均渗透率，mD；
Figure GDA0003092224230000046
是油藏的平均粘度，mPas；
Figure GDA0003092224230000047
是油藏各注水井的接触面积总和，m2；
Figure GDA0003092224230000048
是平均注采井距离，t是注水井以液量为为权重的平均工作时间，s；Ei是注水系统内各过程消耗的电量，Kw·h；ηi是注水系统能效系数，无因次；Ep是采油系统内各过程消耗的电量，Kw·h；ηp是采油系统能效系数，无因次；Et是处理及循环系统内各过程消耗的电量，Kw·h；ηt是处理及循环系统能效系数，无因次；ηo是油藏系统水油转化效率，无因次。
在步骤7中，将经济效益参数及步骤6的计算结果代入公式(7)建立经济效益与产量、能耗、成本的关系
V＝poρoQo-pe(Ei+Ep+Et)-Cf (7)
其中，po是油价，元/吨；ρo是原油密度，kg/m3；pe是电价，元/度；Cf是月度的折旧折耗等固定投入，元。
本发明建立了油藏开发过程中以能量驱动产量、以产量及成本驱动效益的一体化表征方法，根据该方法建立的数学模型可以预测给定能量、成本输入条件下的产量及效益，通过对比理论模型产量和实际产量的差异，可以准确把握油气生产系统工作状况，并能够分析问题环节，提出改善建议指导油田生产。
附图说明
图1为本发明的水驱油藏能耗-产量-效益一体化表征方法的一具体实施例的流程图；
图2为本发明的一具体实施例中水驱油气生产系统全流程结构及节点分析图。
具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
如图1所示，图1为本发明的水驱油藏能耗-产量-效益一体化表征方法的流程图。
步骤1、油气生产系统流程分析及节点划分
油气生产系统包含注水站、配水间、注水井、采油井、油站、污水站六个环节，每个环节又包含若干个单元，形成了如图1所示的流程结构。按照先后顺序标定出12个节点，12个过程，4个子系统。
其中，12个节点包括：(1)是注水站入口节点，(2)是注水站出口节点，(3)是配水间入口节点，(4)是配水间的出口节点，(5)是注水井井口节点，(6)是油藏入口节点，(7)是油藏出口节点，(8)是采油井口节点，(9)是油站入口节点，(10)是油站出口节点，(11)是污水站入口节点，(12)是污水站出口节点。
其中，12个过程包括：过程(1)-(2)，注水站通过高压泵组消耗电能将水源水压力升高；过程(2)-(3)，注水站到各配水间的注水干线管路，管路的尺寸、拓扑结构不同，沿程压力、能量损失不同；过程(3)-(4)，通过配水间的节流管路调节每口注水井的注水量；过程(4)-(5)，连接每口注水井支线管路；过程(5)-(6)，注水井管柱系统，能量损失为管柱及射孔损失；过程(6)-(7)，油藏流动过程，注入水能量用于驱动地下流体流动及流动过程中的损失，在这里注入水将变为产出油，是成本到效益转化的关键位置；过程(7)-(8)，油井井筒流动过程，通过消耗电能举升流体到地面；过程(8)-(9)，各采油井产出液汇集在一起，主要能量消耗是管网沿程损失；过程(9)-(10)，油站的油水分离处理过程，产出油进入油罐储存，产出水继续循环；过程(10)-(11)，油站到污水站的输水过程；过程(10)-(11)，污水经过沉淀、过滤、化学药剂处理后成为满足注入要求的水源水；过程(12)-(1)，污水通过泵组输送回注水站，开始下一轮的注水循环过程。
其中，4个子系统包括：注水系统，节点(1)-节点(6)；油藏系统，节点(6)-节点(7)；采油系统，节点(7)-节点(8)；处理及循环系统，节点(8)-节点(12)-节点(1)。
步骤2、注水系统能效计算
以月为单位统计以下数据，包括：每口注水井的注水量、井口压力，节点(1)-节点(6)每个过程的管线压力、用电量，数据代入公式(1)计算注水系统能效。
ηi＝∑ΔPiQi/∑Ei (1)
其中，ΔPi是每口注水井的井口压力，MPa；Qi是每口注水井的月注水量，m3；Ei是注水系统内各过程消耗的电量，Kw·h；ηi是注水系统能效系数，无因次；
步骤3、采油系统能效计算
以月为单位统计以下数据，包括：每口采油井的采液量、举升压差、用电量，数据代入公式(2)计算采油系统能效。
ηp＝∑ΔPpQl/∑Ep (2)
其中，ΔPp是每口采油井的举升压差，MPa；Ql是每口采油井的月采液量，m3；Ep是采油系统内各过程消耗的电量，Kw·h；ηp是采油系统能效系数，无因次；
步骤4、处理及循环系统能效计算
以月为单位统计以下数据，包括：节点(8)-节点(12)-节点(1)每个过程的管线压力、用电量，数据代入公式(3)计算采油系统能效。
ηt＝∑ΔPtQl/∑Et (3)
其中，ΔPt是处理及循环系统内的总压差，MPa；Ql是每口采油井的月采液量，m3；Et是处理及循环系统内各过程消耗的电量，Kw·h；ηp是处理及循环系统能效系数，无因次；
步骤5、油藏系统水油转化效率计算
按月统计油藏的采液量、采油量，带入以下公式计算油量与液量关系曲线，
Figure GDA0003092224230000071
Figure GDA0003092224230000081
其中，Qw是月产水量，m3；Ql是月产液量，m3；Qi是月注水量，m3；
Figure GDA0003092224230000082
是月度平均含水率，无因次，该参数与波及系数Rv、驱油效率RD有关；c是月注采比，无因次；ηo是油藏系统水油转化效率，无因次；
步骤6、全系统产量计算
将上述步骤获取参数及油藏特征参数通过公式(6)建立产量与能耗的关系。
Figure GDA0003092224230000083
其中，
Figure GDA0003092224230000084
是油藏的平均渗透率，mD；
Figure GDA0003092224230000085
是油藏的平均粘度，mPas；
Figure GDA0003092224230000086
是油藏各注水井的接触面积总和，m2；
Figure GDA0003092224230000087
是平均注采井距离，t是注水井以液量为为权重的平均工作时间，s；其它参数见步骤1到步骤5参数说明。
步骤7、全系统效益计算
将经济效益参数及步骤6的计算结果代入公式(7)建立经济效益与产量、能耗、成本的关系
V＝poρoQo-pe(Ei+Ep+Et)-Cf (7)
其中，po是油价，元/吨；ρo是原油密度，kg/m3；pe是电价，元/度；Cf是月度的折旧折耗等固定投入，元；
在应用本发明的一具体实施例中，针对胜利油田某天然边水断块油藏开展应用研究，该油藏面积0.5km2，储量120万吨，地层倾角12.5°，采出程度39.2％，日产油0.4吨/天，综合含水97.7％，处于近废弃，计划实施技术改造改善生产状况，改造前通过一体化表征方法开展分析：步骤如图1表示：
步骤101，画出该油藏对应油气生产系统详细流程图，并按照要求划分为12个节点、12个过程、4个子系统，并获取各过程的压力、流量、电量数据。
步骤102，对注水系统开展能效计算，获取相应数据带入公式(1)，可以计算注入系统的效率为0.68。
步骤103，采油系统能效计算，获取相应数据带入公式(2)，可以计算注入系统的效率为0.52。
步骤104，处理及循环系统能效计算，获取相应数据带入公式(3)，可以计算注入系统的效率为0.71。
步骤105，油藏系统水油转化效率计算，获取相应数据带入公式(4)，目前的转化效率，并通过数值模拟预测改变注入量或采出量后的转化效率如何变化，如图2所示。
步骤106，全系统产量计算，获取相应数据带入公式(4)，目前的转化效率，并
步骤107，全系统效益计算，获取相应数据带入公式(5)，目前的转化效率。
实施后，目前已累增油8.1万吨，提高采收率7.5个百分点，达到47.5％，获得了较好的经济效益。

Claims (3)

1.水驱油藏能耗-产量-效益一体化表征方法，其特征在于，该水驱油藏能耗-产量-效益一体化表征方法包括：
步骤1，进行油气生产系统流程分析及节点划分；
步骤2，计算注水系统能效；
步骤3，计算采油系统能效；
步骤4，计算处理及循环系统能效；
步骤5，计算油藏系统水油转化效率；
步骤6，计算全系统产量；
步骤7，计算全系统效益；
在步骤1中，油气生产系统包含注水站、配水间、注水井、采油井、油站、污水站六个环节，按照先后顺序标定出12个节点，12个过程，4个子系统；
其中，12个节点包括：注水站入口节点1，注水站出口节点2，配水间入口节点3，配水间的出口节点4，注水井井口节点5，油藏入口节点6，油藏出口节点7，采油井口节点8，油站入口节点9，油站出口节点10，污水站入口节点11，污水站出口节点12；
其中，12个过程包括:注水站入口节点1-注水站出口节点2，注水站通过高压泵组消耗电能将水源水压力升高；注水站出口节点2-配水间入口节点3，注水站到各配水间的注水干线管路，管路的尺寸、拓扑结构不同，沿程压力、能量损失不同；配水间入口节点3-配水间的出口节点4，通过配水间的节流管路调节每口注水井的注水量；配水间的出口节点4-注水井井口节点5，连接每口注水井支线管路；注水井井口节点5-油藏入口节点6，注水井管柱系统，能量损失为管柱及射孔损失；油藏入口节点6-油藏出口节点7，油藏流动过程，注入水能量用于驱动地下流体流动及流动过程中的损失，在这里注入水将变为产出油，是成本到效益转化的关键位置；油藏出口节点7-采油井口节点8，油井井筒流动过程，通过消耗电能举升流体到地面；采油井口节点8-油站入口节点9，各采油井产出液汇集在一起，主要能量消耗是管网沿程损失；油站入口节点9-油站出口节点10，油站的油水分离处理过程，产出油进入油罐储存，产出水继续循环；油站出口节点10-污水站入口节点11，油站到污水站的输水过程；油站出口节点10-污水站入口节点11，污水经过沉淀、过滤、化学药剂处理后成为满足注入要求的水源水；污水站出口节点12-注水站入口节点1，污水通过泵组输送回注水站，开始下一轮的注水循环过程；
其中，4个子系统包括：注水系统，注水站入口节点1-油藏入口节点6；油藏系统，油藏入口节点6-油藏出口节点7；采油系统，油藏出口节点7-采油井口节点8；处理及循环系统，采油井口节点8-污水站出口节点12-注水站入口节点1；
在步骤2中，以月为单位统计以下数据，包括：每口注水井的注水量、井口压力，注水站入口节点1-油藏入口节点6每个过程的管线压力、用电量，数据代入公式(1)计算注水系统能效：
ηi＝∑ΔPiQi/∑Ei (1)
其中，ΔPi是每口注水井的井口压力，MPa；Qi是每口注水井的月注水量,m3；Ei是注水系统内各过程消耗的电量，Kw·h；ηi是注水系统能效系数，无因次；
在步骤3中，以月为单位统计以下数据，包括：每口采油井的采液量、举升压差、用电量，数据代入公式(2)计算采油系统能效：
ηp＝∑ΔPpQl/∑Ep (2)
其中，ΔPp是每口采油井的举升压差，MPa；Ql是每口采油井的月采液量,m3；Ep是采油系统内各过程消耗的电量，Kw·h；ηp是采油系统能效系数，无因次；
在步骤4中，以月为单位统计以下数据，包括：采油井口节点8-污水站出口节点12-注水站入口节点1每个过程的管线压力、用电量，数据代入公式(3)计算处理及循环系统能效：
ηt＝∑ΔPtQl/∑Et (3)
其中，ΔPt是处理及循环系统内的总压差，MPa；Ql是每口采油井的月采液量,m3；Et是处理及循环系统内各过程消耗的电量，Kw·h；ηt是处理及循环系统能效系数，无因次；
在步骤5中，按月统计油藏的采液量、采油量，带入以下公式计算油量与液量关系曲线，
Figure FDA0003092224220000031
Figure FDA0003092224220000032
其中，Qw是月产水量，m3；Ql是月产液量，m3；Qi是月注水量，m3；
Figure FDA0003092224220000033
是月度平均含水率，无因次，该参数与波及系数Rv、驱油效率RD有关；c是月注采比，无因次；ηo是油藏系统水油转化效率，无因次。
2.根据权利要求1所述的水驱油藏能耗-产量-效益一体化表征方法，其特征在于，在步骤6中，将获取参数及油藏特征参数通过公式(6)建立产量与能耗的关系：
Figure FDA0003092224220000034
其中，
Figure FDA0003092224220000035
是油藏的平均渗透率,mD；
Figure FDA0003092224220000036
是油藏的平均粘度，mPas；
Figure FDA0003092224220000037
是油藏各注水井的接触面积总和，m2；
Figure FDA0003092224220000038
是平均注采井距离，t是注水井以液量为权重的平均工作时间,s；Ei是注水系统内各过程消耗的电量，Kw·h；ηi是注水系统能效系数，无因次；Ep是采油系统内各过程消耗的电量，Kw·h；ηp是采油系统能效系数，无因次；Et是处理及循环系统内各过程消耗的电量，Kw·h；Et是处理及循环系统能效系数，无因次；ηo是油藏系统水油转化效率，无因次。
3.根据权利要求1所述的水驱油藏能耗-产量-效益一体化表征方法，其特征在于，在步骤7中，将经济效益参数及步骤6的计算结果代入公式(7)建立经济效益V与产量、能耗、成本的关系：
V＝poρoQo-pe(Ei+Ep+Et)-Cf (7)
其中，po是油价，元/吨；ρo是原油密度，kg/m3；pe是电价，元/度；Cf是月度的折旧折耗固定投入，元。
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