多参数约束聚合物驱历史拟合方法

王正波,王强,叶银珠,叶继根

(1.提高石油采收率国家重点实验室;2.中国石油勘探开发研究院)

多参数约束聚合物驱历史拟合方法

王正波1,2,王强1,2,叶银珠2,叶继根2

(1.提高石油采收率国家重点实验室;2.中国石油勘探开发研究院)

聚合物驱数值模拟需要对大量物理化学现象进行描述,与水驱相比存在很强的特殊性。参考和借鉴水驱数值模拟历史拟合相关方法和聚合物驱油机理研究成果,筛选出聚合物的吸附量、残余阻力系数、聚合物溶液相对黏度、不可及孔隙体积、传导系数、有效地层系数和表皮系数等7个影响聚驱效果的主要特征参数;在对这些参数开展较为详细的敏感性分析基础上,以多种现场实测资料作为约束条件,建立了一套较为系统、有效的多参数约束聚合物驱历史拟合方法。大庆某典型实际区块油藏数值模拟表明,聚合物驱历史拟合精度明显提高,单井含水拟合符合率达到75%。研究结果证明了该聚合物驱历史拟合方法的可行性和有效性。图4表1参13

聚合物驱;三次采油;历史拟合;数值模拟;敏感性分析

0 引言

聚合物驱油的基本原理主要是通过增加水相的黏度,达到改善水油流度比、提高驱替液的波及效率,进而提高油藏采收率的目的[1,2]。近40年来,聚合物驱凭借其显著的降水增油效果,已在国内各大油田得到了广泛的应用[3,4]。为了获得更好的经济效益,亟需研究聚合物驱油过程的各种影响因素及其变化规律,以便有效指导聚合物驱方法的矿场实际应用。聚合物驱油藏数值模拟技术应运而生,并已发展成为聚合物驱开发方案设计、驱油效果预测与评价、后期调整挖潜措施制定的主要研究手段之一。

油藏数值模拟历史拟合是该项技术的重要组成部分,也是研究已开发油田尤其是高含水老油田剩余油分布的关键技术之一[5,6]。历史拟合精度直接影响着剩余油分布的研究结果,提高大型油藏模拟历史拟合的速度与效率是及时、有效制定开发调整方案的基础。但是,由于聚合物驱数值模拟方法往往涉及大量物理化学现象的描述方程,与水驱相比存在很强的特殊性,这就使得聚合物驱阶段的历史拟合工作难度明显加大。目前,针对聚合物驱阶段的历史拟合主要还是借用水驱历史拟合的相关方法和步骤,尚缺乏系统的研究和较为详细的介绍,在影响聚合物驱效果主要因素的选取及其参数敏感性分析方面还有待进一步的研究。为此,本文在水驱历史拟合方法的基础上,结合油田的实际情况筛选出聚合物驱7个主要影响因素,并对这7个因素开展敏感性分析,最终建立了多参数约束的聚合物驱阶段历史拟合方法。该研究结果可为聚驱后剩余油分布规律研究、驱油效果跟踪与评价、后期调整与挖潜措施合理制定提供有力的技术支持和科学保障,为其他区块的相关研究工作提供参考和借鉴。

1 拟合参数的选取

1.1 水驱历史拟合参数

目前,针对常规水驱开发油藏的历史拟合过程可以分为3个层次:第一层次是储量拟合;第二层次是全油田和油水井的生产动态趋势初拟合;第三层次是全油田和油水井生产动态精细拟合。在具体操作时,水驱历史拟合可以采取以下5个步骤[7]:①确定模型参数的可调范围;②对模型参数全面检查;③全区和单井压力拟合;④全区和单井饱和度拟合;⑤单井生产指数拟合。

水驱历史拟合可调整的参数很多,针对不同的拟合对象,如:储量、油气水产量(含水率、气油比)、压力或生产压差等,调整的参数也有所不同[8]。其中,储量拟合是整个油气田历史拟合的重要一环,重点是核实三维地质模型、岩石流体物性、油气水分布特征与地质研究成果的一致性[9]。生产井动态拟合是油藏模拟的难点,由于不同油气藏的复杂程度和对其的认识程度不同,影响模拟计算精度的主要不确定因素也不同[10]。不确定因素主要可以分为静态和动态两类。静态不确定参数包括各类地质参数、岩石物性参数、可疑断层及其封闭性、边水水体大小、夹层的分布范围及其封闭性、流体PVT物性等;动态不确定参数包括油气产量计量误差、多层系合层开采井的产量劈分、大型油气藏试验区模型边部开发井的产量劈分、无控制井喷量等。只有较好地把握地质研究成果和油气藏开采特征,才能从众多的不确定因素中选择对开发动态拟合起主要作用的影响因素,通过合理解释、修正,使数值模拟历史拟合达到较高的精度。

1.2 聚合物驱历史拟合参数

聚合物驱是水驱开发老油田进入高含水甚至特高含水期后所采用的三次采油方法。在此开发阶段,油藏的岩石孔隙结构、矿物组成和界面润湿性,地下流体性质、含盐量、离子含量以及剩余油分布等情况都较水驱时有所变化。因此,相对于常规的水驱历史拟合,聚合物驱的历史拟合过程更为复杂,拟合的限制因素更多。

通常,在进行聚合物驱历史拟合时,聚合物驱前期的水驱部分已经拟合完毕,水驱阶段的各种动静态参数业已调整好,这就使得聚合物驱阶段历史拟合的参数选取受到了一定的限制。为了既不影响水驱阶段已经调整好的相关曲线形态,又能获得聚合物驱较好的拟合效果,就要对需要调整的参数进行筛选。通过大量的文献调研以及对油田实际地质模型聚合物驱阶段的历史拟合,筛选出聚合物溶液的相对黏度、聚合物在地层中的吸附量以及聚合物引起的地层渗透率下降系数、不可及孔隙体积系数等参数作为聚合物驱阶段全区拟合的参数,而单井拟合的调整参数包括表皮系数、传导系数、有效地层系数等[11]。其中,聚合物溶液的相对黏度是指聚合物溶液黏度与水相黏度的比值。

2 影响参数的敏感性分析

聚合物驱油过程涉及了大量的物理化学现象和影响因素,了解各种现象和因素的相对重要性及其变化规律,对于深入理解其作用、找出关键影响参数、获得比较理想的历史拟合效果非常重要[12,13]。为此,利用大庆油田某典型区块的实际地质模型,重点研究了上述拟合参数对聚合物驱效果的影响情况,并针对这些参数开展了一系列的敏感性分析工作。具体做法:在其他各参数数值固定不变的情况下,设定一个自变量的标准值 Xst;在此标准值的基础上,依据参数的实际变化范围增大或减小10%～60%,设定5～7个不等的数值级别;定义ΔX/Xst为自变量的相对变化比例,用ΔR/Rst代表此时最终采收率的相对变化情况,将两个变化量比值的绝对值定义为该参数对聚合物驱效果影响的敏感度系数S,如下式:

式中 Xst——敏感参数的标准值;Rst——参数标准值对应的最终采收率;ΔX——相对参数标准值的变化量;ΔR——参数变化引起采收率的变化量。

并且,针对不同的敏感度系数范围设定了强、中、弱3个等级,用于说明该参数对聚合物驱效果的影响程度。其中,0＜S≤2代表弱敏感性;2＜S≤10代表中敏感性;S＞10代表强敏感性。

实际操作时,首先根据油田聚合物驱开发实际情况,制定敏感性分析的基础方案:水驱含水率达到90%时开始注聚合物,聚合物浓度为1 000 mg/L,注入速度0.19 PV/a,总注入量为570 mg/(L·PV),后续水驱至含水98%模拟终止;然后,对前述7个影响参数进行敏感性分析,并将其结果整理于相应的图表中,例如图1所示聚合物溶液相对黏度(聚合物溶液黏度与水黏度比值,基准值25.2)的敏感性分析曲线;最终,通过大量方案预测结果对比分析,得到各影响参数的敏感程度。其中,全区拟合参数的敏感性由强到弱的排列顺序为聚合物的吸附量、聚合物溶液相对黏度、残余阻力系数和不可及孔隙体积等,而单井拟合参数的敏感程度由强到弱排序为传导系数、有效地层系数和表皮系数等。

图1 聚合物溶液相对黏度的敏感性分析曲线

3 聚合物驱历史拟合的具体步骤

在充分参考常规水驱历史拟合方法的基础上,建立了聚合物驱阶段历史拟合的方法,具体拟合步骤是:①采用油井定产液量和水井定注水量的方式进行聚合物驱生产阶段的历史拟合,主要分为全区拟合和单井拟合两个方面;②针对整个聚合物驱阶段的调整,重点选取了聚合物溶液相对黏度、聚合物的吸附量及其残余阻力系数作为主要的调整参数;③在单井曲线的拟合过程中,主要选取与单井相关的参数进行细致调整,如表皮系数、传导系数、有效地层系数等。具体参数调整时,优先选用敏感性较强的参数,并且要保证调整后的各个参数在符合实际的数值范围内。全区3个调整参数的基准值及其调整幅度情况见表1。

表1 全区3个调整参数的基准值及调整幅度

另外,在聚合物驱历史拟合的过程中,还要充分利用已经获得的各种油藏精细研究成果和大量的实际动态监测资料等,对具体的参数调整给以借鉴并提供切实的调整依据。以油水井大量的实际动态及监测资料作为约束条件,将这些实际观测和现场测试的物理量与前期数值模拟计算结果进行比较,并以实测资料的结果为准,对数值模拟中各参数项进行反复、细致的调整,可以获得聚合物驱阶段更好的历史拟合效果。这些动态监测资料包括油气井产量、含水率、气油比、实测压力等生产动态数据,以及产吸水剖面测试资料、观测井资料和检查井资料等现场测试资料。

聚合物驱阶段多参数约束历史拟合的具体操作流程见图2。

4 聚合物驱历史拟合的实际效果

图2 聚合物驱阶段多参数约束历史拟合流程图

为了验证本方法的应用效果,针对大庆某典型聚合物驱区块的实际地质模型和开发动态特征,在较好地完成了水驱历史拟合的基础上,开展了聚合物驱阶段的历史拟合。该区块面积3.28 km2,网格步长为40 m×40 m×2 m,纵向上粗化后的层数为9层,总节点数19 980,有效网格数16 971。在全区历史拟合过程中,对于水驱老井采取定油生产,聚合物驱新井采取定产液生产,注入井均采取定注水的控制模式,最大限度地保持各生产井模拟产油量、各注水井的注水量与实测值一致。在进行单井拟合时,共对该模型的37口油井(其中16口聚合物驱新井)和40口注水井(其中34口注聚合物井)的生产历史进行了拟合,有58口井拟合效果较好,占总井数的75%。部分井拟合效果较差,主要是由于开井时间较短或井数据缺失等原因。整体上看,该区块聚合物驱阶段的历史拟合效果较好,说明利用本文方法可以提高聚合物驱历史拟合的质量,其拟合结果能够较真实地反映研究区块的实际地质特征及其开发历程,为下一步的开发方案调整以及指标预测奠定良好的基础。研究区原油产量和含水率拟合情况见图3,单井的拟合曲线见图4。

5 结论

在水驱历史拟合方法的基础上,结合聚合物驱油藏数值模拟的具体特点,筛选出了适用于聚合物驱阶段历史拟合的7个参数,主要包括聚合物的物化参数及单井可调参数两个方面。

聚合物驱历史拟合参数的敏感性研究认为,各参数的敏感性按照从强到弱的顺序排列为:聚合物的吸附量、聚合物溶液相对黏度、残余阻力系数和不可及孔隙体积等;单井参数排序为:传导系数、有效地层系数和表皮系数等。

聚合物驱历史拟合方法分为全区和单井两个主要阶段,其中聚合物驱的物化参数主要用于全区动态曲线的拟合,单井特性参数则用于各产注井动态的逐一拟合。另外,多参数约束的聚合物驱历史拟合将会进一步提高其拟合质量。

应用本文所建立的方法,对大庆油田某典型聚合物驱区块的37口油井(其中16口聚合物驱新井)和40口注水井(其中34口注聚井)的生产历史进行了拟合,取得了较好的拟合效果,证明了该聚合物驱历史拟合方法的可行性和有效性。

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A multiple-parameter-constraint history matching method for polymer flooding

Wang Zhengbo1,2,Wang Qiang1,2,Ye Yinzhu2,Ye Jigen2

(1.State Key L aboratory of EOR,Beijing100083,China;2.PetroChina Research Institute of Petroleum Ex ploration&Development,Beijing100083,China)

Due to the need of descriptions on many physical-chemical phenomena,the numerical simulation for polymer flooding has its own particularity compared to that of water flooding.Seven key characteristic parameters impacting on the polymer flooding effects are screened at first referring to the history matching method for water flooding and the mechanism of polymer flooding.These parameters are polymer adsorptive capacity,residual resistance factor,viscosity,inaccessible pore volume,conductivity coefficient,effective formation coefficient and skin factor.Based on the detailed sensitivity analysis on these parameters,a systematic and useful multiple-parameter-constraint history matching method for polymer flooding is established with various field data measured as restraints.The reservoir numerical simulation application in a typical block in Daqing Oilfield indicates that the history matching precision for polymer flooding was obviously improved,and the coincidence rate of single-well water cut was increased to about 75%.The study proved the feasibility and validity of the new history matching method for polymer flooding.

polymer flooding;tertiary oil recovery;history matching;numerical simulation;sensitivity analysis

国家重大技术装备研制和重大产业技术开发专项:改善高含水油田后期水驱效果技术开发和应用(05-06专项课题);中国石油天然气股份有限公司科学研究与技术开发项目(06-02A-01-02)

TE357.46

A

1000-0747(2010)02-0216-04

王正波(1978-),男,黑龙江双城人,中国石油勘探开发研究院工程师,主要从事三次采油油藏工程和数值模拟研究工作。地址:北京市海淀区学院路20号,中国石油勘探开发研究院石油采收率研究所,邮政编码:100083。E-mail:wangzhengbo@petrochina.com.cn

2008-08-28

2009-12-09

(编辑 郭海莉 绘图 李秀贤)