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残余油模拟困难多 平衡常数调整解难题

残余油模拟困难多 平衡常数调整解难题

传统的混相或近混溶注气模拟通常会高估原油的采收率,这大多是由于在模拟过程中忽略了能够对相间传递造成影响的物理作用力。本文提出了一种用于近混相驱的工程解决新方案,其原理是在运用黑油模型或状态方程计算时,实现平衡常数的动态调整,即当含油饱和度达到期望的残余极限时,降低重质组分的K值,提高轻质组分的K值。

本文介绍的新方法是基于IHRRS油藏模拟器展开研究的,着手点是激活Eclipse 100(黑油模型代码)的VAPPARS关键字,实现组分模拟的扩展。利用该方法在实验室条件下进行了三次注气实验,成功的对残余饱和度、油相、单一组分数据进行了历史拟合。

IHRRS的热力学平衡与饱和度平衡常数调整方法(SDTEC)

IHRRS软件一款能够处理多相、多组分的油藏数值模拟器,完整论文中还描述了关于IHRRS模拟器控制方程和关于黑油以及组分模拟使用方法的讨论。

近混相三次注气拟合试验

本节应用SDTEC方法在模拟某西非碳酸盐岩油田油藏条件下进行了数据的历史拟合试验。实验的主要目的是为了研究二次注水后,注气对油藏中气相相对渗透率降低的影响;其次,通过历史拟合对相对渗透率、毛细管压力曲线和SDTEC模型所需的参数进行修正,通过使用这些数据更准确的指导和预测注气开发动态。

通过岩心CT扫描和混相示踪剂测试可知,实验所用岩心的纵向弥散率小于0.2cm,可视为均质。岩心位于岩心夹持器中,水平方向设置有X射线位移平台。首先将岩心饱和水(100%)重建束缚水饱和度,同时在油藏条件下用活油对岩心进行两周老化处理,以恢复岩心的润湿性。

实验模拟的油藏条件为310bar,145℃(在下文中,油藏或实验条件均为此压力和温度)。原油和伴生气取自井下分离器,并重新复配成油藏流体。实验用注入气体为人工合成,用于模拟矿场注入气的组成,室内条件下(压力/体积/温度)模拟计算得到原油的最小混相压力为394bar。

实验装置,包括岩心夹持器、注入系统、产出系统和X射线扫描仪。产出液通过两个高压泵来收集,其中一个位于夹持器的出口,另一个空载。通过交替排空高压泵来计量油藏条件下的采出液体积以及实验室条件下接触分离后的体积,这样能够明确的将接触分离的原油和凝析油分离,同时精确测量得到原油体积系数、气油比、挥发油和溶解气量。当产出泵排空后,流体收集在分级量筒前需要经过密度计,液体的体积由滴定管测出,并进行全组分(比如从C1—C30+)分析,同时气体通过气象色谱对轻组分进行分析(比如从C1—C7)。

X射线扫描仪由安装在双轴位移测量平台上的稳定碘化钠探测双能X射线发生器组成,该仪器能沿横截面进行1D三相饱和度测量。最后,通过安装在岩心夹持器的进出、口段间的一系列不同量程的压差传感器获得高精度压差数据。

注入速率设定为2 cm3/h、对应的前缘速度为0.3 m/d、毛管数小于10-6,反映了远井地带流体的流动状态。实验设计为先持续注盐水,紧接着连续注气。注入流体均遵循同样的操作步骤:初始注入速率为2 cm3/h,生产和压降稳定后(比如,饱和度不再发生变化),提高注入速率至4 cm3/h到稳态,随后将注入速率提高到8 cm3/h消除毛细管末端效应,最后逐步减小注入速率并利用达西定律测量注入相的渗透率。

历史拟合。利用IHRRS模拟器的2D数值模拟模型对实验数据进行历史拟合,通过纵向网格细分精确解决重力分异,通过水平方向网格间隔匹配解决纵向弥散问题。注入气模拟过程中未发现指进现象。数值模拟采用8组分模型和Peng-Robinson状态方程。
拟合方法如下:

  1. 采用一套相对渗透率和毛管力曲线拟合油藏条件下油、水和气产量;
  2. 以残余油的挥发量和相关系数拟合实际的含油饱和度、标况下的原油产量及单一组分的产出量;
  3. 检验油藏条件下拟合产量和压差是否合适。若不合适,继续调整相对渗透率和毛管力曲线,进行步骤2。

该方法为迭代法,但收敛速度非常快,两步迭代就足以对实验进行成功拟合。

所有的测试方法均能够实现对实际平均含油饱和度的拟合,但是只有SDTEC模型和其它单因素模型能够拟合不同产率情况下摩尔分数的变化。SDTEC方法与其它的单因素模型非常相似,仅需要一个8因子的向量(单因素模型需要一个64参数的表格)。

SDTEC方法在循环注气开发凝析油模型中的应用

当气/凝析气藏开发低于露点压力时,凝析油就会产生;现场实践多采用干气循环等措施来保持地层压力,同时液相组分也会随气体产出。
除去注入充足PV数时的岩心驱替实验能够达到近百分之百的采收率,该问题实际上与注气提高采收率类似。当实验持续时间较短时,在考虑如水动力学扩散等重要的物理参数情况下,仍然可以利用热力学平衡假设来进行拟合。

然而,由于宏观尺度的非均质性,在进行油藏级别的数值模拟时,不能保证各个网格都完全遵循热力学平衡。例如,由于重力分异导致的凝析油流动会形成局部簇集,即使循环注气也较难有效改善。上述问题在当下难以解决,超出了目前的研究范围。
本文目的是阐述SDTEC是如何IHRRS模拟器中开发和应用的,目标是解释气驱过程中残余油饱和度模型的建立方法,并且强化凝析油蒸发过程。

应用前景

本文目的是利用饱和度与平衡常数关系提出一种新的非零残余油饱和度的近混相气驱模拟方法。该方法可用于黑油模型和组分模型,本质是在降低中-重质组分可气化度的同时降低含油饱和度至目标值,并且保证轻质组分平衡常数不变。
轻质组分与中-重质组分的界限需要考虑众多因素,保证闪蒸计算具有单一解及所涉及问题的物理机理不发生改变是至关重要的。

SDTEC的非平衡效应较其他方法有一些优势。首先,平衡调整是局部的(比如,每个网格的热力学约束仅与该网格的属性有关),这与限制相界面传质速率的非平衡模型正好相反(空间梯度是非平衡模型约束的一部分)。其次,与基本的饱和度排除法相比,能够保证初次衰竭或最终泄压过程中原油脱气。最后,与单因素方法不同,SDTEC仅需要有限的参数,拟合过程自动进行且比较简单,且每一组分均有可调节的参数,足够灵活。

当然,该方法既没有对物理过程进行推导也没有严格的校准,因此只是工程解。根据作者对近混相气驱岩心实验的经验,该方法能够很轻松的拟合某一组分产量随时间的变化。

SDTEC方法也可以用于注气循环中有限反常凝析油的二次挥发模拟。该方法可保证二次挥发过程中凝析油随液相饱和度的升高而均匀析出。在实验室条件下,凝析油常常不完全挥发,因此很难得到准确的参数。尽管如此,如果给定恰当的油藏开发数据,该方法对敏感性研究和历史拟合的意义是非常重大的。

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柠檬
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。如需获取更多技术资料,请联系我们。

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