CN115341881A - 一种基于特征组分含量的气窜判识方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气田开发中气驱提高采收率技术领域，具体涉及一种基于特征组分含量的气窜判识方法，通过建立临界气窜分界线的气窜快速判识曲线图版，根据气驱后油井的井底压力、井口产出气中二氧化碳含量在临界气窜分界线的气窜快速判识曲线图版上的相对位置进行气窜的判识。本发明的气窜判识方法有效解决了目前判断气窜的方法存在着测试成本高、耗时长且不能直接用于与油水溶解性较好气体气窜判断的问题，该方法兼具准确性、及时性和经济性，具有直观、快速、简单、低成本的特点。仅需要流体组分和基础物性就可快速得到，简单快捷；实现气窜由经验统计向理论计算的过渡；实现气窜超前预警，注气初期就可以获得相应的气窜关键参数。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发中气驱提高采收率技术领域，具体涉及一种基于特征组分含量的气窜判识方法。
背景技术
二氧化碳驱油提高采收率技术作为温室气体资源化利用的一种有效方法日益收到重视，该技术在低渗透、特低渗透油藏开发中具有良好的应用前景。气窜是指注入气体以连续相采出的现象，是气驱开发到一定阶段的必然结果，其中二氧化碳的粘性指进、重力超覆和储层的非均质性等客观因素会加剧气窜，气窜一般发生在气驱后期。二氧化碳气窜导致注入二氧化碳气体的无效利用，加剧二氧化碳驱开发矛盾，同时气窜后大量产出二氧化碳存在安全风险。如何快速、准确判断二氧化碳气窜是目前亟需解决的技术难题。分析认为：一定温度和压力下，地层流体(包括地层水和地层原油)溶解二氧化碳的最大量(饱和状态)为二氧化碳气窜的临界点，即饱和二氧化碳的地层流体的最大气油比为气窜的临界点。
目前判断气窜通常在注气后期根据油井实际生产动态和气油比及产出气特征组分含量间的反应统计获得，导致缺乏定量计算的方法，无法实现气窜的提前预警。主要参数为特征组分含量和气油比，又称特征组成法和气油比法。其中，特征组分一般是指能代表注入气特征的组分，例如天然气驱(包括干气和湿气)特征组分为甲烷，空气驱或氮气驱特征组分为氮气，二氧化碳驱特征组分为二氧化碳。特征组分法一般利用气相/液相色谱测试产出气中的特征组分实现精准的测量，该方法由于色谱价格高且对测试样品有特殊要求，耗时长且测试成本相对较高。目前油田现场通过采取便携式的气体含量测试仪，该仪器可根据需要安装测试特定气体组分的探头，在井口通过多次测试获得相对准确的产出气中特征组分的含量，满足油田现场生产的需要，该方法大大降低测试周期和成本，是目前油田现场常用的一种气窜判识方法；气油比法是根据产出井中的气油比判断气窜，但是气油比测试周期相对长且测试精度受生产变化波动较大。对于二氧化碳驱油而言，由于二氧化碳在地层流体(包括地层水和地层原油)中具有良好的溶解性能，产出气中见二氧化碳并非气窜，只有二氧化碳含量到达一定值或是气油比达到一定值(该压力下地层流体中溶解二氧化碳的最大量)时才为气窜。该临界值可通过室内高压PVT仪进行测试，但是成本高、工作量大。如何准确、快速和低成本的判断气窜成为目前气驱开发中亟需的解决的问题。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供了一种基于特征组分含量的气窜判识方法，尤其是仅需要地层原油组分、油藏温度和压力就可以获得基于特征组分含量的气窜图版，实现气窜的超前预警及防控，降低气窜导致气体的无效循环，提高气体利用率。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种基于特征组分含量的气窜判识方法，包括以下步骤：
S1:绘制油藏温度不同压力下特征组分在目标地层原油中的溶解度曲线；
S2:绘制不同地层压力下的井口产出气特征组分含量曲线；
S3:将S1和S2中的曲线绘制在同一坐标系中，得到不同压力下特征组分在原油体系和地面脱出气体系中的含量变化曲线；
S4:将S3中的不同压力下特征组分在原油体系和地面脱出气体系中的含量变化曲线转换成不同压力下地层溶解注入气在地面脱出气中注入气含量的气窜快速判识曲线图版；
S5:根据气驱后油井的井底压力、井口产出气中特征组分含量在S4中的气窜快速判识曲线图版上的相对位置进行气窜的判识；
S6:根据S5中实际生产数据位置点落在曲线上方的位置判断气窜的强度。
进一步的，所述绘制油藏温度不同压力下特征组分在目标地层原油中的溶解度曲线还包括以下方法：
S01：劈分原油模型，对劈分原油模型进行原油物性拟合，获取各拟组分的劈分原油模型特征参数；
S02：根据S01获取的各拟组分的劈分原油模型特征参数，进行不同含量原油加气膨胀实验，然后绘制油藏温度不同压力下特征组分在目标地层原油中的溶解度曲线。
进一步的，所述绘制不同地层压力下的井口产出气特征组分含量曲线，具体根据S02中的实验结果进行地面脱气实验，根据实验结果绘制不同地层压力下的井口产出气特征组分含量曲线。
进一步的，所述的S01中的劈分原油模型，对劈分原油模型进行原油物性拟合，获取各拟组分的劈分原油模型特征参数还包括以下方法：
获取目标油层原油全烃组分数据及基础物性参数；
根据获取的标油层的原油全烃组分数将原油组分进行劈分，得到若干组不同劈分的原油模型；
根据得到的不同劈分的原油模型进行物性拟合，获取各拟组分特征参数。
进一步的，所述的S02中所述进行不同含量原油加气膨胀实验包括以下方法：
根据S01获取的各拟组分的劈分原油模型特征参数，利用该参数按照特征组分相对特征组分-地层原油混合体系的物质的量含量，开展不同含量原油加气膨胀实验，得到不同含量特征组分与地层原油的泡点压力，该泡点压力下对应的原油中的特征组分含量为地层原油的最大溶解气量，即为地层原油溶解特征组分的溶解度；
然后根据地层原油溶解特征组分的溶解度，绘制油藏温度不同压力下特征组分在目标地层原油中的溶解度曲线；
根据地层原油溶解特征组分的溶解度结果，得到溶解不同特征组分气量的地层原油新组分。
10.根据权利要求3所述的一种基于特征组分含量的气窜判识方法，其特征是：所述的地面脱气实验包括以下方法：
利用相态计算软件，根据现场油井井口压力和温度，设定地面脱气温度和压力；
根据S02中的实验结果，开展对应饱和压力下的地面脱气实验，得到地面脱出气的组分含量；
根据地面脱出气组分含量，得到不同压力下溶解特征组分地层原油地层地面脱出气中特征组分含量，绘制不同地层压力下的井口产出气特征组分含量曲线。
进一步的，所述的S2中以不同地层压力下的井口产出气特征组分含量曲线为临界气窜分界线，所述S4中的气窜快速判识曲线图版为以井口产出特征组分气含量为纵坐标，注气后油井的井底压力为横坐标，曲线为临界气窜分界线的气窜快速判识曲线图版。
进一步的，所述的根据气驱后油井的井底压力、井口产出气中特征组分含量在S5中的气窜快速判识曲线图版上的相对位置进行气窜的判识，当实际生产数据位置点落在曲线上方时为气窜，反之则为非气窜。
进一步的，所述的S6中判断气窜的强度包括以下方法：
根据气窜系数判断气窜强度。
其中，Sg为气窜系数，无因次常数；Ck：临界气窜时产出气中特征组分含量，mol％；Ci：实测井口产出气中特征组分含量，mol％。
当Sg＜1时，即Ci＜Ck时，表明油井未发生气窜；
当Sg＝1时，即Ci＝Ck时，表明油井刚发生气窜；
当Sg＞1时，即Ci＞Ck时，表明油井已发生气窜，且当1＜Sg＜1.5时，判断油井气窜程度为轻度气窜；
当1.5≤Sg≤2时，判断油井气窜程度为中度气窜；当Sg＞2时，判断油井气窜程度为重度气窜。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明在获取地层原油组分、基础物性参数基础上，绘制油藏温度不同压力下特征组分在目标地层原油中的溶解度曲线，根据获取的各拟组分的劈分原油模型特征参数，进行不同含量原油加气膨胀实验，然后绘制油藏温度不同压力下特征组分在目标地层原油中的溶解度曲线，即该曲线为临界特征组分气窜气油比曲线。将将两条曲线绘制在同一坐标系中，得到不同压力下特征组分在原油体系和地面脱出气体系中的含量变化曲线，不同压力下二氧化碳在原油体系和地面脱出气体系中的含量变化曲线转换成不同压力下地层溶解注入气在地面脱出气中注入气含量的气窜快速判识曲线图版，该图版为临界气窜分界线的气窜快速判识曲线图版，最后根据气驱后油井的井底压力、井口产出气中二氧化碳含量在气窜快速判识曲线图版上的相对位置进行气窜的判识。本发明的基于特征组分含量的气窜判识方法有效解决了目前判断气窜的方法存在着测试成本高、耗时长且不能直接用于与油水溶解性较好气体气窜判断的问题，该方法兼具准确性、及时性和经济性，具有直观、快速、简单、低成本的特点。仅需要流体组分和基础物性就可快速得到，简单快捷；实现气窜由经验统计向理论计算的过渡；实现气窜超前预警，注气初期就可以获得相应的气窜关键参数。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的油藏温度不同压力下特征组分在目标地层原油中的溶解度曲线示意图。
图2为本发明的不同地层压力下的井口产出气特征组分含量曲线示意图。
图3为本发明的不同压力下特征组分在原油体系和地面脱出气体系中的含量变化曲线示意图。
图4为本发明的不同压力下地层溶解注入气在地面脱出气中注入气含量的气窜快速判识曲线图版示意图。
具体实施方式
首先需要说明的是，在本发明中所述的特征组分以二氧化碳为例，以下各个实施例均以特征组分为二氧化碳一一叙述，本发明中的特征组分还可以为其他气体或物质，均属于本发明的保护范围。
下面，将通过几个具体的实施例对本发明实施例提供的基于特征组分含量的气窜判识方法的技术方案进行详细介绍说明。
一种基于特征组分含量的气窜判识方法，包括以下步骤：
S1:绘制油藏温度不同压力下特征组分在目标地层原油中的溶解度曲线；具体包括以下方法：
S01：劈分原油模型，对劈分原油模型进行原油物性拟合，获取各拟组分的劈分原油模型特征参数；还包括以下方法：
获取目标油层原油全烃组分数据及基础物性参数；其中，基础物性参数包括原油粘度、密度、体积系数和压缩系数；
根据获取的标油层的原油全烃组分数将原油组分进行劈分，把原油全烃组分数具体劈分成CO2，N2，CH4，C2-C6，C6-C10，C10-C20，C20+，得到七拟组分的劈分原油模型；其中实际过程中也可以劈分成其他拟组分的劈分原油模型，均属于本发明的保护范围，本实施例中以七拟组分的劈分原油模型展开叙述。
根据得到的不同劈分的原油模型进行物性拟合，获取各拟组分原油模型特征参数，其中各拟组分原油模型特征参数包括分子量、临界温度(Tc)、临界压力(Pc)、偏差因子(Zc)、体积偏移系数(VolTr.)。
所述的物性拟合为以FMG-Cloud软件为例,在物性拟合过程中，第一步是通过改变最重的组分C20+的临界参数(主要包括临界温度Tc、临界压力Pc和临界体积Vc)来拟合地层原油饱和压力。
第二步是通过改变体积位移参数(Vol Tr.)来拟合原油相对体积和密度。
第三步，通过进一步改变体积偏移系数和二元相互作用系数，拟合油气比。
第四步，通过Jossi-Stiel-Thodos方程回归拟合粘度参数。
物性拟合后不同组分特征参数见表1。
表1.物性拟合后不同组分特征参数
S02：根据S01获取的各拟组分的劈分原油模型特征参数，进行不同含量原油加气膨胀实验，然后绘制油藏温度不同压力下特征组分在目标地层原油中的溶解度曲线，该曲线见附图1。
所述的S02中所述进行不同含量原油加气膨胀实验包括以下方法：
根据S01获取的各拟组分的劈分原油模型特征参数，利用该参数按照二氧化碳相对二氧化碳-地层原油混合体系的物质的量含量分别为10％、20％……80％、90％，开展不同含量原油加气膨胀实验，得到不同含量二氧化碳与地层原油的泡点压力，该泡点压力下对应的原油中的二氧化碳含量为地层原油的最大溶解气量，即为地层原油溶解二氧化碳的溶解度；
然后根据地层原油溶解二氧化碳的溶解度，绘制油藏温度不同压力下二氧化碳在目标地层原油中的溶解度曲线；该曲线见附图1。
根据地层原油溶解特征组分的溶解度结果，得到溶解不同特征组分气量的地层原油新组分。
所述得到溶解不同特征组分气量的地层原油新组分包括：
地层原油各组分含量和注入气含量两部分组成；对于某一地层压力下，新原油组分含量是原油不同拟组分含量和该地层压力下溶解二氧化碳量进行叠加，然后进行归一化处理。
示范例：地层原油中不同拟组分含量分别为A1、A2……A7，某压力下，二氧化碳在原油中的溶解度为20％，新的原油组分中不同拟组分的含量分别如下表1和表2所示，其中A1+A2+A3+A4+A5+A6+A7＝100
新原油体系中CO2含量为A1×0.8+20；其他组分含量为A×0.8，以CH4为例，为A3×0.8，以此类推。
表2.溶解不同气量后新原油组分含量表
表3.溶解不同含量二氧化碳地层原油后新油气组分含量表
S2:绘制不同地层压力下的井口产出气特征组分含量曲线；具体根据S02中的实验结果进行地面脱气实验，根据实验结果绘制不同地层压力下的井口产出气特征组分含量曲线，该曲线见附图2。
所述的地面脱气实验包括以下方法：
利用相态计算软件，该软件为CMG-WINPROP，Eclipse-PVTi和FMG-Cloud三种成熟商业软件，根据现场油井井口压力和温度，设定地面脱气温度和压力；
根据S02中得到的溶解不同二氧化碳含气量的地层原油新组分，开展对应饱和压力下的地面脱气实验，得到地面脱出气的组分含量；
根据地面脱出气组分含量，得到不同压力下溶解二氧化碳地层原油地层地面脱出气中特征组分含量，绘制不同地层压力下的井口产出气二氧化碳含量曲线，该曲线见附图2。
S3:将S1和S2中的曲线绘制在同一坐标系中，得到不同压力下特征组分在原油体系和地面脱出气体系中的含量变化曲线，该曲线见附图3；S4:将S3中的不同压力下二氧化碳在原油体系和地面脱出气体系中的含量变化曲线转换成不同压力下地层溶解注入气在地面脱出气中注入气含量的气窜快速判识曲线图版；
所述的S2中以不同地层压力下的井口产出气特征组分含量曲线为临界气窜分界线，所述S4中的气窜快速判识曲线图版为以井口产出特征组分气含量为纵坐标，注气后油井的井底压力为横坐标，曲线为临界气窜分界线的气窜快速判识曲线图版，见附图4。
具体的为当压力为14.86MPa时，二氧化碳在原油中的溶解度为50mol％。利用溶解50％二氧化碳和地层原油组分的新油开展地面脱气实验，计算地面脱气后的气体组分及含量，结果显示二氧化碳在脱出气中的含量为63.87mol％。油藏温度(84℃)地层压力(14.86MPa)下溶解CO250mol％的原油与地面温度(20℃)和压力(0.1MPa)下产出气中二氧化碳含量为63.87mol％是对应的，完成地层条件下特征组分，即二氧化碳含量在原油中含量向地面条件混合体系脱气后产出气中二氧化碳含量的转变，和现场实际相一致。因此可以将S1和S2中的曲线绘制在同一坐标系中，得到不同压力下特征组分在原油体系和地面脱出气体系中的含量变化曲线。
S5:根据气驱后油井的井底压力、井口产出气中二氧化碳含量在S4中的气窜快速判识曲线图版上的相对位置进行气窜的判识；当实际生产数据位置点落在曲线上方时为气窜，反之则为非气窜，具体见附图4；
根据注气后油井的井底压力(横坐标)和井口产出二氧化碳气含量(纵坐标)形成的点(P、C)在临界二氧化碳气窜分界线上的相对位置进行气窜的判断，如附图4所示，该点在曲线上方时判定为气窜(A点所示)，下方时未气窜(B点所示)，当该点在曲线上为判断为气窜临界点，处于气窜和非气窜之间(C点井所示)。
S6:根据S5中实际生产数据位置点落在曲线上方的位置判断气窜的强度。
所述的S6中判断气窜的强度包括以下方法：
根据气窜系数判断气窜强度。
其中，Sg为气窜系数，无因次常数；Ck：临界气窜时产出气中特征组分含量，mol％；Ci：实测井口产出气中特征组分含量，mol％。
当Sg＜1时，即Ci＜Ck时，表明油井未发生气窜；
当Sg＝1时，即Ci＝Ck时，表明油井刚发生气窜；
当Sg＞1时，即Ci＞Ck时，表明油井已发生气窜，且当1＜Sg＜1.5时，判断油井气窜程度为轻度气窜；
当1.5≤Sg≤2时，判断油井气窜程度为中度气窜；当Sg＞2时，判断油井气窜程度为重度气窜。
例如，当地层压力为12.3MPa时，临界气窜CO2含量为40％，1#井产出气二氧化碳含量为20％、2#井产出气二氧化碳含量为40％，3#井产出气二氧化碳含量为50％，4#井产出气二氧化碳含量为60％，5#井产出气二氧化碳含量为70％。
根据气窜系数完成气窜判断及类型划分，结果如下表4所示。
同时随着注气进行，地层压力会发生变化，临界气窜含量也会发生变化。
表4.不同井井口产出气实测特征组分含量及气窜系数计算结果
| 井号 | Ci | Ck | Sg | 气窜判断及类型 |
| 1 | 20 | 40 | 0.607 | 未气窜 |
| 2 | 40 | 40 | 1.000 | 临界气窜 |
| 3 | 50 | 40 | 1.284 | 轻度气窜 |
| 4 | 60 | 40 | 1.649 | 中度气窜 |
| 5 | 70 | 40 | 2.117 | 严重气窜 |
通过上述基于特征组分含量的气窜判识方法有效解决了目前判断气窜的方法存在着测试成本高、耗时长且不能直接用于与油水溶解性较好气体气窜判断的问题，该方法兼具准确性、及时性和经济性，具有直观、快速、简单、低成本的特点。仅需要流体组分和基础物性就可快速得到，简单快捷；实现气窜由经验统计向理论计算的过渡；实现气窜超前预警，注气初期就可以获得相应的气窜关键参数。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细的说明，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，其都在该技术的保护范围内。
各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于特征组分含量的气窜判识方法，其特征是：包括以下步骤：
S1:绘制油藏温度不同压力下特征组分在目标地层原油中的溶解度曲线；
S2:绘制不同地层压力下的井口产出气特征组分含量曲线；
S3:将S1和S2中的曲线绘制在同一坐标系中，得到不同压力下特征组分在原油体系和地面脱出气体系中的含量变化曲线；
S4:将S3中的不同压力下特征组分在原油体系和地面脱出气体系中的含量变化曲线转换成不同压力下地层溶解注入气在地面脱出气中注入气含量的气窜快速判识曲线图版；
S5:根据气驱后油井的井底压力、井口产出气中特征组分含量在S4中的气窜快速判识曲线图版上的相对位置进行气窜的判识；
S6:根据S5中实际生产数据位置点落在曲线上方的位置判断气窜的强度。
2.根据权利要求1所述的一种基于特征组分含量的气窜判识方法，其特征是：所述绘制油藏温度不同压力下特征组分在目标地层原油中的溶解度曲线还包括以下方法：
S01：劈分原油模型，对劈分原油模型进行原油物性拟合，获取各拟组分的劈分原油模型特征参数；
S02：根据S01获取的各拟组分的劈分原油模型特征参数，进行不同含量原油加气膨胀实验，然后绘制油藏温度不同压力下特征组分在目标地层原油中的溶解度曲线。
3.根据权利要求2所述的一种基于特征组分含量的气窜判识方法，其特征是：所述绘制不同地层压力下的井口产出气特征组分含量曲线，具体根据S02中的实验结果进行地面脱气实验，根据实验结果绘制不同地层压力下的井口产出气特征组分含量曲线。
4.根据权利要求2所述的一种基于特征组分含量的气窜判识方法，其特征是：所述的S01中的劈分原油模型，对劈分原油模型进行原油物性拟合，获取各拟组分的劈分原油模型特征参数还包括以下方法：
获取目标油层原油全烃组分数据及基础物性参数；
根据获取的标油层的原油全烃组分数将原油组分进行劈分，得到若干组不同劈分的原油模型；
根据得到的不同劈分的原油模型进行物性拟合，获取各拟组分特征参数。
5.根据权利要求4所述的一种基于特征组分含量的气窜判识方法，其特征是：所述的S02中所述进行不同含量原油加气膨胀实验包括以下方法：
根据S01获取的各拟组分的劈分原油模型特征参数，利用该参数按照特征组分相对特征组分-地层原油混合体系的物质的量含量，开展不同含量原油加气膨胀实验，得到不同含量特征组分与地层原油的泡点压力，该泡点压力下对应的原油中的特征组分含量为地层原油的最大溶解气量，即为地层原油溶解特征组分的溶解度；
然后根据地层原油溶解特征组分的溶解度，绘制油藏温度不同压力下特征组分在目标地层原油中的溶解度曲线；
根据地层原油溶解特征组分的溶解度结果，得到溶解不同特征组分气量的地层原油新组分。
6.根据权利要求3所述的一种基于特征组分含量的气窜判识方法，其特征是：所述的地面脱气实验包括以下方法：
利用相态计算软件，根据现场油井井口压力和温度，设定地面脱气温度和压力；
根据S02中的实验结果，开展对应饱和压力下的地面脱气实验，得到地面脱出气的组分含量；
根据地面脱出气组分含量，得到不同压力下溶解特征组分地层原油地层地面脱出气中特征组分含量，绘制不同地层压力下的井口产出气特征组分含量曲线。
7.根据权利要求1所述的一种基于特征组分含量的气窜判识方法，其特征是：所述的S2中以不同地层压力下的井口产出气特征组分含量曲线为临界气窜分界线，所述S4中的气窜快速判识曲线图版为以井口产出特征组分气含量为纵坐标，注气后油井的井底压力为横坐标，曲线为临界气窜分界线的气窜快速判识曲线图版。
8.根据权利要求7所述的一种基于特征组分含量的气窜判识方法，其特征是：所述的根据气驱后油井的井底压力、井口产出气中特征组分含量在S5中的气窜快速判识曲线图版上的相对位置进行气窜的判识，当实际生产数据位置点落在曲线上方时为气窜，反之则为非气窜。
9.根据权利要求1所述的一种基于特征组分含量的气窜判识方法，其特征是：所述的S6中判断气窜的强度包括以下方法：
根据气窜系数判断气窜强度。
其中，Sg为气窜系数，无因次常数；Ck：临界气窜时产出气中特征组分含量，mol％；Ci：实测井口产出气中特征组分含量，mol％。
当Sg＜1时，即Ci＜Ck时，表明油井未发生气窜；
当Sg＝1时，即Ci＝Ck时，表明油井刚发生气窜；
当Sg＞1时，即Ci＞Ck时，表明油井已发生气窜，且当1＜Sg＜1.5时，判断油井气窜程度为轻度气窜；
当1.5≤Sg≤2时，判断油井气窜程度为中度气窜；当Sg＞2时，判断油井气窜程度为重度气窜。
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