CN112814669A - 一种页岩油藏全生命周期采收率预测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种页岩油藏全生命周期采收率预测方法和系统，属于油气田开发中采收率预测技术领域，基于页岩油油藏衰竭式开发地层压力变化，把页岩油开发全生命周期分为弹性驱和溶解气驱两个阶段，结合物质平衡原理，建立页岩油衰竭式开发全生命周期采收率预测模型。利用流体相态模拟、岩心物理模拟获得新模型相关基础参数，准确计算采收率。与数值模拟法相比，本发明结合页岩油开发过程驱动类型变化和物质平衡原理，无需地质建模和数值模拟计算大量的静动态数据，仅需要不同油藏压力原油、产出气和岩石的基础物性，简单快捷进行采收率的预测，为水平井单井地质储量计算、地质储量控制程度和水平井井网参数优化提供依据。

Description

一种页岩油藏全生命周期采收率预测方法和系统

技术领域

本发明属于油气田开发中采收率预测技术领域，涉及一种页岩油藏全生命周期采收率预测方法和系统。

背景技术

页岩油作为一种非常规油气资源，已经成为国际和国内主要的战略资源，由于储层渗透率低，导致在经济极限井网下注水时，难以建立有效的驱替压力系统，目前通常采取“水平井+体积压裂”方式进行准自然能量开发。由于地层能量无法得到有效补充，导致页岩油开发过程产量递减大，采收率偏低。如何准确预测和评价页岩油衰竭开发方式下的采收率成为焦点。

目前采收率预测方法主要包括经验公式法和数值模拟法，其中经验公式法主要利用相似区块的油藏基础物性参数对未开发油藏的采收率进行预测，直接借鉴导致预测采收率的准确性无法保证；数值模拟法需要精细的地质建模和准确的流体、油藏及相渗曲线等数据，特别是大规模压裂后地质模型对裂缝的定量描述难度大，数值模拟的准确性也受到质疑。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中，采收率预测方法准确性较低的缺点，提供一种页岩油藏全生命周期采收率预测方法和系统。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种页岩油藏全生命周期采收率预测方法，包括如下步骤：

基于页岩油地层压力、饱和压力和边界封闭条件，明确页岩油藏驱动类型；

根据衰竭式开发地层压力变化和物质平衡方法，建立页岩油全生命周期衰竭式开发的采收率预测模型；

基于相态计算模拟方法获得原油和气体的基础高压物性参数；

基于页岩油岩心的压缩系数测试，获取油藏岩石由原始地层压力降至饱和压力下的平均压缩系数；

根据采收率预测模型、基础高压物性参数和平均压缩系数，计算衰竭式开发采收率。

优选地，采收率预测模型的具体计算方法包括：

当地层压力大于饱和压力时，油藏驱动方式为弹性驱，此时弹性驱采收率计算公式为

其中，R_e为弹性驱采收率；B_oi为原始原油体积系数；B_ob为饱和压力下原油体积系数；p_i为原始地层压力；p_b为原油饱和压力；C_t为综合压缩系数；C_f为岩石压缩系数；C_o为原油压缩系数；C_w为地层水压缩系数；S_wc为束缚水饱和度；

当地层压力降低饱和压力以下时，油藏驱动方式为溶解气驱，此时溶解气驱采收率计算公式为

B_t＝B_o+(R_si-R_s)B_g (4)

其中，R_r为溶解气驱采收率；B_t为油藏废弃压力下的两相体积系数；B_o为油藏废弃压力下的脱气后原油体积系数；B_g为油藏废弃压力下脱出气体体积系数；R_p为平均生产气油比；R_s为油藏废弃压力下脱气后原油溶解气油比；R_si为原始气油比。

进一步优选地，页岩油全生命周期衰竭式开发的采收率预测模型为

其中，R为总采收率。

优选地，基础高压物性参数包括油藏温度下的饱和压力、密度和气油比；

基础高压物性参数的获取过程包括：

获取地面脱气原油和产出气全烃组分；

基于油气组分、原始气油比和地面油密度，利用PVTsim进行油气合并计算，得到地层原油组分；

对地层原油组分进行劈分；

对拟组分原油进行相态计算，拟合油藏温度下的物性参数，明确拟组分的特征参数；

基于多级脱气实验，获得油藏废弃压力下原油脱气后产出气体的体积系数、脱气后地层原油的溶解气油比和产出气的平均气油比。

进一步优选地，劈分按照八组分进行，八组分包括N₂、CO₂、C₁、C₂-C₆、C₇-C₁₅、C₁₆-C₂₀、C₂₁-C₂₇、C₂₈-C₈₀。

进一步优选地，特征参数包括临界温度、临界压力、二元相互作用系数。

优选地，平均压缩系数的获取过程是：

对页岩油岩心进行压缩系数测试，得到原始地层压力下的压缩系数和饱和压力下的压缩系数，将原始地层压力下的压缩系数和饱和压力下的压缩系数平均后得到油藏岩石由原始地层压力降至饱和压力下的平均压缩系数。

进一步优选地，基于恒质膨胀实验，分别获取原始地层压力、饱和压力和油藏废弃压力下原油的体积系数和压缩系数；

一种页岩油藏全生命周期采收率预测系统，包括：

驱动类型判断模块，用于基于页岩油地层压力、饱和压力和边界封闭条件，获取页岩油藏驱动类型；

采收率预测模型建立模块，用于根据衰竭式开发地层压力变化和物质平衡方法，建立页岩油全生命周期衰竭式开发的采收率预测模型；

参数获取模块，用于基于相态计算模拟方法获得原油和气体的基础高压物性参数，基于页岩油岩心的压缩系数测试，获取油藏岩石由原始地层压力降至饱和压力下的平均压缩系数；

采收率计算模块，分别与采收率预测模型建立模块和参数获取模块相交互，用于基于页岩油全生命周期衰竭式开发采收率预测模型、基础高压物性参数和压缩系数，计算衰竭式开发采收率。

一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述页岩油藏全生命周期采收率预测方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述页岩油藏全生命周期采收率预测方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种页岩油藏全生命周期采收率预测方法，基于页岩油油藏衰竭式开发地层压力变化，把页岩油开发全生命周期分为弹性驱和溶解气驱两个阶段，结合物质平衡原理，建立页岩油衰竭式开发全生命周期采收率预测模型。在此基础上，利用流体相态模拟、岩心物理模拟获得新模型相关基础参数，准确计算采收率。与数值模拟法相比，本发明结合页岩油开发过程驱动类型变化和物质平衡原理，无需地质建模和数值模拟计算大量的静动态数据，仅需要不同油藏压力原油、产出气和岩石的基础物性，简单快捷进行采收率的预测，为水平井单井地质储量计算、地质储量控制程度和水平井井网参数优化提供依据。

进一步地，基于页岩油油藏衰竭式开发地层压力变化，把页岩油开发全生命周期分为弹性驱和溶解气驱两个阶段。其中，当地层压力大于饱和压力时，油藏驱动方式为弹性驱，当地层压力小于饱和压力时，油藏驱动方式为溶解气驱。通过对两个阶段的采收率分别进行计算，实现油藏开发初期至废弃整个全生命周期采收率的精准预测，相比现有技术中笼统的预测和计算方法，本发明方法更加科学合理。

进一步地，利用物质平衡原理，分别计算弹性驱和溶解气驱阶段的采收率。物质平衡原理是油藏工程参数预测的基础，相比目前经验公式法的准确性和数值模拟法预测的复杂性，该方法更加方便和快捷。

进一步地，流体基础物性参数的获取采用相态计算模拟方法，通过组分合并计算、劈分特征化、物性拟合获取特征参数开展相关高压物性模拟过程，获取采收率预测公式所需的参数。

进一步地，岩石压缩系数参数的获取采取岩心物模测试的方法，按照现行行业标准执行。目前压缩系数也可采取经验公式计算，但是由于目前现行经验公式是在常规油藏岩石测试结果统计获得，对于非常规油藏，经验公式获得的岩石压缩系数与实测误差较大。为此，为了获得更准确的岩石压缩系数，采取物模测试方法。

附图说明

图1为本发明实施例2中不同压力下原油体积系数图；

图2为本发明实施例2在不同压力下原油压缩系数图；

图3为本发明实施例2不同压力下脱出气气体体积系数及脱气后原油中溶解气油比图；

图4为本发明实施例2不同压力下岩石压缩系数图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例1

一种页岩油藏全生命周期采收率预测方法，具体包括如下步骤：

步骤1)是基于地层压力和饱和压力判断页岩油藏驱动类型及变化；

由于油藏无边、底水，且原始地层压力大于饱和压力，因此，油藏原始驱动类型为弹性封闭性，随着地层压力降至泡点压力以后转为溶解气驱。

步骤2)根据衰竭式开发地层压力变化和物质平衡方法，建立页岩油全生命周期衰竭式开发采收率预测模型及理论计算公式；

步骤3)利用相态计算模拟软件计算不同温度压力下的原油、气体的高压物性；

步骤4)根据《岩石孔隙体积压缩系数测定方法》标准，测试目标区块岩石的压缩系数；

步骤5)根据理论计算公式和获取的基础物性参数，计算衰竭式开发采收率。

实施例2

基本概况：西部油田某典型页岩油藏，无边、底水，油藏原油地层压力为16.2MPa，饱和压力为9.14MPa，储层基质平均渗透率0.1mD，原油粘度1.21mPa·s、密度0.74g/cm³、气油比为107.6m³/m³、油藏温度58℃。其中地面脱气油组分、产出气组分如表1和表2。

一种页岩油藏全生命周期采收率预测方法，具体包括如下步骤：

步骤(1)基于未饱和油藏的地层压力和饱和压力判断页岩油藏驱动类型及变化。

根据页岩油地层压力、饱和压力和边界封闭条件，判断页岩油藏为普遍为封闭性未饱和油藏，天然驱动类型属于封闭弹性驱动，随开发进行地层压力下降转变为溶解气驱。

步骤(2)根据衰竭式开发地层压力变化和物质平衡方法，建立页岩油全生命周期衰竭式开发采收率预测模型及理论计算公式。

当地层压力大于饱和压力时，油藏驱动方式为弹性驱，此时主要依靠地层原油和岩石的弹性能，根据物质平衡方法，弹性驱采收率计算公式为

弹性驱采收率主要受地饱压差、原油和岩石压缩系数、束缚水饱和度和原油体积系数影响，与储层流动相关的物性无关。

当地层压力降低饱和压力以下时，此时溶解气从原油中脱出，页岩油驱动方式变为溶解气驱，根据物质平衡方法，溶解气驱采收率计算公式为

B_t＝B_o+(R_si-R_s)B_g (4)

溶解气驱采收率主要受两相体积系数、气体体积系数、原始气油比、平均生产气油比和脱气后原油溶解气油比影响，上述参数均是地层压力的函数。

因此，页岩油全生命周期采收率计算公式为

式(1)～式(5)中：R为总采收率，％；R_e为弹性驱采收率，％；R_r为溶解气驱采收率，％B_oi为原始原油体积系数，小数；B_ob为饱和压力下原油体积系数，小数；p_i为原始地层压力，MPa；p_b为原油饱和压力，MPaC_t为综合压缩系数，1/MPa；C_f为岩石压缩系数，1/MPa；C_o为原油压缩系数，1/MPa；C_w为地层水压缩系数，1/MPa；S_wc为束缚水饱和度，小数；B_t为油藏废弃压力下的两相体积系数，小数；B_o为油藏废弃压力下的脱气后原油体积系数，小数；B_g为油藏废弃压力下脱出气体体积系数，小数；R_p为平均生产气油比，m³/m³；R_s为油藏废弃压力下脱气后原油溶解气油比，m³/m³；R_si为原始气油比，m³/m³；

步骤(3)利用相态计算模拟获得原油和气体的基础高压物性参数。

具体过程如下：

1)通过气相色谱仪测试分别测试地面脱气原油和产出气全烃组分，结果如表1和表2所示；

表1.地面原油组分结果

表2.井口产出气组分测试结果

2)利用油气组分、原始气油比和地面油密度，进行油气合并计算，得到地层原油组分；

根据地面油气组分、气油比和地面原油密度，根据气液平衡原理，进行组分合并计算，得到地层原油组分，如表3所示。

表3.地层原油组分

3)地层原油组分按照8组分进行组分劈分，其中8组分包括N₂、CO₂、C₁、C₂-C₆、C₇-C₁₅、C₁₆-C₂₀、C₂₁-C₂₇、C₂₈-C₈₀；劈分后各组分含量如表4所示。

表4.地层原油劈分后各组分含量

4)对拟组分原油进行相态计算，拟合油藏温度下饱和压力、密度和气油比等物性参数，明确拟组分的特征参数，包括临界温度、临界压力、二元相互作用系数等；各组分的特征参数如表5所示。

表5.拟组分的各组分特征参数

5)开展恒质膨胀实验分别获得原始地层压力、饱和压力和油藏废弃压力下原油的体积系数和压缩系数，如图1和图2所示，根据图1不同压力下原油体积系数和压缩系数，得到原始地层压力下原油压缩系数为1.1632×10^-31/MPa，饱和压力下原油压缩系数为1.4358×10^-31/MPa；原始地层压力下原油体积系数为1.18070，饱和压力下原油体积系数为1.19279，

6)开展多级脱气实验，获得油藏废弃压力下原油脱气后产出气体的体积系数、脱气后地层原油的溶解气油比和产出气的平均气油比。结果如图3所示，根据步骤(3)可获得所有油气的基础物性参数，为采收率计算奠定基础。根据井深和地面条件，初步判定油藏废弃压力为7MPa，根据试验区平均生产气油比为150m³/m³。

不同压力下脱出气气体体积系数及脱气后原油中溶解气油比

步骤(4)根据《岩石孔隙体积压缩系数测定方法》标准，测试目标区块岩石不同压力下的压缩系数。

按照石油天然气行业标准SY/T 5815-2016《岩石孔隙体积压缩系数测定方法》对页岩油岩心进行压缩系数测试，得到原始地层压力下的压缩系数和饱和压力下的压缩系数，两种的算术平均值作为油藏岩石由原始地层压力降至饱和压力下的平均压缩系数，结果如图4所示，岩石压缩系数在原始地层压力下为6.77×10^-31/MPa，饱和压力下为6.17×10^-31/MPa，平均值为6.47×10^-31/MPa。

不同压力下岩石压缩系数

步骤(5)根据理论计算公式和获取的基础物性参数，计算衰竭式开发采收率。

根据步骤(3)-(4)中确定岩石、油、气基础物性参数，带入公式5中，计算未饱和页岩油藏衰竭式开发全生命周期的采收率。

弹性气驱采收率为7.3％，溶解气驱采收率为0.32％，全生命周期采收率为7.6％。

目前相关参数可通过高压相态测试，但是高压物性分析对样品质量、测试仪器条件有特殊要求，同时高压物性测样成本高，单口井取样费用20万以上，测试分析检测费单样30万元以上，同时从现场取样到完成测试，通常要花费半年以上。利用目前已成熟的相态计算模拟方法和软件(目前常用数值模拟软件Eclipse中的PVTi、CMG中的WINPRO和加拿大的FMG Cloud)，可实现相关参数的准确计算，具有低成本，耗时短的优势。

需要说明的是，本发明方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。其中，所述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等)、光学存储器(例如CD、DVD、BD、HVD等)、以及半导体存储器(例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器(NANDFLASH)、固态硬盘(SSD))等。

在示例性实施例中，还提供计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述基于深度神经网络的信道估计方法的步骤。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

综上所述，针对目前页岩油衰竭式开发方式不同采收率预测方法存在的考虑因素多或经验借鉴导致预测精度不够的问题，本发明结合页岩油开发过程驱动类型变化和物质平衡原理，建立页岩油衰竭式开发全生命周期采收率预测模型，同时利用流体相态模拟、岩心物理模拟获得预测模型所需的基础物性参数，实现采收率的精确预测。本发明结合页岩油开发过程驱动类型变化和物质平衡原理，建立页岩油衰竭式开发全生命周期采收率预测模型，同时利用流体相态模拟、岩心物理模拟获得预测模型所需的基础物性参数，实现采收率的精确预测。仅需要不同油藏压力原油、产出气和岩石的基础物性，简单快捷进行采收率的预测，为水平井单井地质储量计算、地质储量控制程度和水平井井网参数优化提供依据。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种页岩油藏全生命周期采收率预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

基于页岩油地层压力、饱和压力和边界封闭条件，明确页岩油藏驱动类型；

根据衰竭式开发地层压力变化和物质平衡方法，建立页岩油全生命周期衰竭式开发的采收率预测模型；

基于相态计算模拟方法获得原油和气体的基础高压物性参数；

基于页岩油岩心的压缩系数测试，获取油藏岩石由原始地层压力降至饱和压力下的平均压缩系数；

根据采收率预测模型、基础高压物性参数和平均压缩系数，计算衰竭式开发采收率。

2.根据权利要求1所述的页岩油藏全生命周期采收率预测方法，其特征在于，采收率预测模型的具体计算方法包括：

当地层压力大于饱和压力时，油藏驱动方式为弹性驱，此时弹性驱采收率计算公式为

其中，R_e为弹性驱采收率；B_oi为原始原油体积系数；B_ob为饱和压力下原油体积系数；p_i为原始地层压力；p_b为原油饱和压力；C_t为综合压缩系数；C_f为岩石压缩系数；C_o为原油压缩系数；C_w为地层水压缩系数；S_wc为束缚水饱和度；

当地层压力降低饱和压力以下时，油藏驱动方式为溶解气驱，此时溶解气驱采收率计算公式为

B_t＝B_o+(R_si-R_s)B_g (4)

其中，R_r为溶解气驱采收率；B_t为油藏废弃压力下的两相体积系数；B_o为油藏废弃压力下的脱气后原油体积系数；B_g为油藏废弃压力下脱出气体体积系数；R_p为平均生产气油比；R_s为油藏废弃压力下脱气后原油溶解气油比；R_si为原始气油比。

3.根据权利要求2所述的页岩油藏全生命周期采收率预测方法，其特征在于，页岩油全生命周期衰竭式开发的采收率预测模型为

其中，R为总采收率。

4.根据权利要求1所述的页岩油藏全生命周期采收率预测方法，其特征在于，基础高压物性参数包括油藏温度下的饱和压力、密度和气油比；基础高压物性参数的获取过程包括：

获取地面脱气原油和产出气全烃组分，得到油气组分、原始气油比和地面油密度；

基于油气组分、原始气油比和地面油密度，利用PVTsim进行油气合并计算，得到地层原油组分；

对地层原油组分进行劈分，得到拟组分原油；

对拟组分原油进行相态计算，拟合油藏温度下的物性参数，明确拟组分的特征参数；

基于多级脱气实验，获得油藏废弃压力下原油脱气后产出气体的体积系数、脱气后地层原油的溶解气油比和产出气的平均气油比。

5.根据权利要求4所述的页岩油藏全生命周期采收率预测方法，其特征在于，劈分按照八组分进行，八组分包括N₂、CO₂、C₁、C₂-C₆、C₇-C₁₅、C₁₆-C₂₀、C₂₁-C₂₇、C₂₈-C₈₀。

6.根据权利要求4所述的页岩油藏全生命周期采收率预测方法，其特征在于，特征参数包括临界温度、临界压力、二元相互作用系数。

7.根据权利要求1所述的页岩油藏全生命周期采收率预测方法，其特征在于，平均压缩系数的获取过程是：

对页岩油岩心进行压缩系数测试，得到原始地层压力下的压缩系数和饱和压力下的压缩系数，将原始地层压力下的压缩系数和饱和压力下的压缩系数平均后得到油藏岩石由原始地层压力降至饱和压力下的平均压缩系数。

8.根据权利要求7所述的页岩油藏全生命周期采收率预测方法，其特征在于，压缩系数测试的具体操作为：基于恒质膨胀实验，分别获取原始地层压力、饱和压力和油藏废弃压力下原油的体积系数和压缩系数。

9.一种页岩油藏全生命周期采收率预测系统，其特征在于，包括：

驱动类型判断模块，用于基于页岩油地层压力、饱和压力和边界封闭条件，获取页岩油藏驱动类型；

采收率预测模型建立模块，用于根据衰竭式开发地层压力变化和物质平衡方法，建立页岩油全生命周期衰竭式开发的采收率预测模型；

参数获取模块，用于基于相态计算模拟方法获得原油和气体的基础高压物性参数，基于页岩油岩心的压缩系数测试，获取油藏岩石由原始地层压力降至饱和压力下的平均压缩系数；

采收率计算模块，分别与采收率预测模型建立模块和参数获取模块相交互，用于基于页岩油全生命周期衰竭式开发采收率预测模型、基础高压物性参数和压缩系数，计算衰竭式开发采收率。

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