一种新型气驱特征曲线的推导及其应用研究

李 珂 向祖平 张金庆 郭 胜

(1. 中海油研究总院， 北京 100028； 2. 重庆科技学院石油与天然气工程学院， 重庆 401331)



一种新型气驱特征曲线的推导及其应用研究

李 珂1向祖平2张金庆1郭 胜1

(1. 中海油研究总院， 北京 100028； 2. 重庆科技学院石油与天然气工程学院， 重庆 401331)

通过调研渤海地区不同类型油气田的气油相对渗透率试验结果，分析气油两相相对渗透率曲线的非指数式特征，并讨论目前由指数式Krg/Kro推导的常规气驱特征曲线的局限性。提出一种可以同时表征指数型和非指数型气油相对渗透率曲线的表达式，并推导出新的非指数型气驱特征曲线。油田实例应用表明，此新型气驱曲线适用性广，拟合精度均较高，不同时期预测的可采储量结果一致性较好。

相对渗透率；气驱特征曲线；可采储量

目前的气驱特征曲线种类较少，且各曲线通常由基于指数式的相对渗透率曲线推导而来[1-3]。实际上，气油相对渗透率曲线的形态反映了气驱油的渗流特征。对气油相渗曲线形态的描述是否准确，基本决定了相应的气驱曲线表达式是否能够很好地拟合气驱油藏生产规律。通过分析渤海地区不同油气田的气油相对渗透率试验结果，发现气油相对渗透率曲线中的KrgKro值往往只是在两相渗流区的中间部分才能用指数式表示；同时，由于岩石孔隙结构和渗流特性的不同，油相相对渗透率Kro可能并非呈指数式下降 ，而是呈先“凸”型下降、后“凹”型下降的规律。此时，KrgKro值并不符合指数式规律。应用常规气驱特征曲线进行油气田生产动态分析，结果显示出生产前期(低气油比时)无直线段、预测精度低、拟合效果差以及生产后期(中高气油比时)曲线上翘等特点，与实际生产数据偏差较大。因此，亟待研究一种可以准确拟合不同气油比时期生产数据的气驱曲线，以更有效地进行生产动态分析和开发指标预测。

本次研究中，提出一种可以较好描述两相渗流全过程的相对渗透率曲线，并据此推导出适用性较广的新型气驱特征曲线。

1 新型气驱特征曲线推导

根据相关研究[4-7]和实测相渗分析，认为气油相对渗透率比值随出口端含气饱和度的变化可表示为式(1)所示混合三角函数式：

(1)

其中：

Sgd=[Sge-(Swi+Sgi)][1-(Swi+Sgi)-Sor]

(2)

式中：Kg—— 气相渗透率，10-3μm2；

Ko—— 油相渗透率，10-3μm2；

Krg—— 气相相对渗透率,小数；

Kro—— 油相相对渗透率，小数；

(Swi+Sgi) —— 包含束缚水饱和度的气水两相饱和度，小数；

Sge—— 出口端含气饱和度，小数；

Sor—— 残余油饱和度，小数；

Qg—— 产气量，m3d；

Qo—— 产油量，m3d；

C1、C2、a、b—— 常数。

式(1)可用于表述图1所示的非指数相渗形态，亦可用于表述原有的指数式相渗形态。

图1 渤海地区海上油气田不同类型气油相对渗透率曲线

在气驱稳定渗流条件下，气油两相渗透率比与气油产量之间的关系如式(3)所示[8-10]：

(3)

式中：μo—— 油黏度，mPa·s；

μg—— 气黏度，mPa·s；

Bo—— 油体积系数，小数；

Bg—— 气体积系数，小数。

将式(3)代入式(1)，得到产气量：

(4)

油田的出口端含气饱和度、产油量可分别表示为：

(5)

(6)

式中：Boi—— 原油初始体积系数，小数；

No—— 原油地质储量，m3；

Np—— 累计产油量，m3；

J1、J2—— 常数。

油田的累计产气量Gp可表示为：

(7)

将式(2)、(4)、(6)代入式(7)，并进行积分，得式(8)：

(8)

式(8)中，C3、C4为常数。式(8)可改写为式(9)：

(9)

将式(5)代入式(9)，且两边取对数，得到：

(10)

式(10)中，C3为常数。当C3取值为0时，可得式(11)：

(11)

式(11)即为新型气驱特征曲线表达式，其中A、B、n为常数。该气驱特征曲线方便实用，可以较好地描述从低气油比到高气油比时期的气驱规律。

由式(11)推导气油比Rgo的表达式：

(12)

(13)

式中:Rgo—— 气油比，小数；

式(1) — (11)所提出的思路同样适用于水驱或注气驱油田的特征曲线推导[11]。具体过程不再赘述。

2 实例应用

B油田位于渤海辽西低凸起中北段，主要含油层系为第三系，属带气顶的层状油藏。该油田相关指标中，气顶指数为2.1，油层渗透率为285×10-3μm2，孔隙度为26.8%，地层原油黏度为0.7 mPa·s。油藏利用气顶能量开发，其中典型生产井B-16井自投产以来，累计产油量为13.04×104m3，含水率小于10%，气油比为1 596。图2所示为B-16井生产曲线。

图2 B-16井生产曲线

低气油比时期(2011年，气油比小于500)，将新型气驱曲线与文献[3]中的常规气驱曲线进行拟合效果对比(见图3(a)、(c))。常规气驱曲线由于尚未出现明显的直线段，拟合相关系数R比较低，预测至2015年的实际累计产油量误差也较大(见表1、图3)，预测可采储量效果有限。

采用新型气驱特征曲线进行分析，从表1中可以看出，B-16井在低气油比时期的相关系数较高(气油比小于500，n=0.001)，采用低气油比时期的数据拟合目前累计产油量的精度较高。由实际生产数据(见图3(b)、(d))预测某气油比条件下可采储量的效果也相对较好。

图3 不同气驱特征曲线、不同气油比时期拟合效果对比图

气驱曲线类型Np∕(104m3)(从低气油比预测至气油比1596)Np∕(104m3)(实际累计产油量)NP误差∕%(从低气油比预测至气油比1596)Nr∕(104m3)(从低气油比预测至气油比20000)Nr∕(104m3)(从目前全生产数据预测至油气比20000)Nr误差∕%(低∕高GOR时期预测)新型气驱曲线12.3文献[3]气驱曲线7.513.05.723.524.02.142.512.620.538.5

3 结 语

本次研究中，基于气油两相相对渗透率试验结果，发现了气油相对渗透率KrgKro的非指数特性，提出一种新型的气驱特征曲线，并给出了详细的推导过程。该气驱曲线适用性较广，在天然气驱油藏开发应用中，可以较好地对不同相渗形态下的累计产气量、累计产油量、气油比等生产数据之间的相关规律进行线性表征。

实例应用表明，新型气驱特征曲线可以较好地分析天然气驱油及单井的气驱开发全过程。气驱表达式在低气油比时即可出现直线段，拟合精度高，预测效果好。中、高气油比时期线性规律亦比较明显，不会出现上翘等偏离直线段的现象；低气油比及中、高气油比时期的可采储量预测结果也具有较好的一致性。该气驱曲线对此类油田单井生产动态分析和可采储量预测具有较好的参考和应用价值。

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Introduction of a New Type of Gas Flooding Characteristic Curve and Its Application in the Development of Natural Gas Flooding Reservoir

LIKe1XIANGZuping2ZHANGJinqing1GUOSheng1

(1.CNOOC Research Institute, Beijing 100028, China; 2.School of Petroleum and Natural Gas Engineering, Chongqing University of Science and Technology, Chongqing 401331, China)

In this paper, the non-exponential characteristics of gas oil relative permeability curves are analyzed, and the limitation of theKrgKroconventional exponential gas flooding characteristic curves is also discussed based on the investigation of gas-oil relative permeability tests of different gas-oil fields in Bohai Bay. Then, a kind of expression that can describe exponential or non-exponential relationship is put forward and a new type of non-exponential gas flooding characteristic curve is proposed. Application example shows, this new type of gas flooding characteristic curve is widely adaptable and can forecast the dynamic recoverable reserves with high accuracy in gas-oil fields.

relative permeability; gas flooding characteristic curve; recoverable reserves

2016-10-20

国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”子课题“致密气渗流规律与气藏工程方法”(2016ZX05047-004)；中国石油科技创新基金研究项目“基于裂缝变形机理的页岩气藏体积压裂水平井流体流动规律研究”(2015D-5006-0207)

李珂(1980 — )，男，四川南充人，博士，高级工程师，研究方向为油气田开发。

TE341

A

1673-1980(2017)02-0018-04