启动压力梯度的“循环回旋”等效模拟新方式

曾 杨 康晓东 谢晓庆 赵文森

(1. 海洋石油高效开发国家重点实验室， 北京 100027; 2. 中海油研究总院， 北京 100027)

启动压力梯度的“循环回旋”等效模拟新方式

曾 杨1，2康晓东1，2谢晓庆1，2赵文森1，2

(1. 海洋石油高效开发国家重点实验室， 北京 100027; 2. 中海油研究总院， 北京 100027)

针对大型商业软件无法直接表征低流度油藏中启动压力梯度的情况，提出一种启动压力梯度的等效模拟新方法。通过物模实验，确认低流度油藏中存在启动压力梯度，且与流度呈幂函数关系。首先对Eclipse软件中的关键字“THRPES”设置阈压，然后通过创新的“循环回旋”方式对平衡分区进行设置，进而对油层存在启动压力梯度的状况进行等效模拟，阈压赋值采用实验所得数据。采用考虑了启动压力梯度的数值模拟新方法对渤海A油田X井组进行模拟，历史拟合效果相对较好。

低流度； 启动压力梯度； 等效模拟； 平衡分区

启动压力梯度是影响低流度油藏开发的重要因素之一。有研究表明：启动压力梯度的存在使得油层渗流阻力大、压力传导能力差，从而导致开发中出现注水井吸水不均、高渗层吸入多、低渗层吸入少甚至不吸等现象[1-2]。当存在启动压力梯度时，尽管注水井压力很高，但采油井开发并不见效，甚至出现注不进采不出的现象，导致油层启动程度降低、采收率下降，最终影响油田开发效果。部分海上注聚油田属于低流度油藏。由于其注入井层数多，油层性质差异大，合注的层间干扰严重[3]，注聚可能会加剧干扰，导致高渗层越吸越多，低渗层越吸越少。

启动压力梯度对海上低流度注聚油田开发效果的影响，成为重要研究内容之一。目前国内外较为成熟的数值模拟软件大部分基于达西定律而开发，没有考虑启动压力梯度的影响，无法准确模拟实际油层的吸入和启动状况。本次研究将在考虑启动压力梯度影响的基础上进行。首先，通过实验确定启动压力梯度的计算公式，为阈压赋值奠定基础；然后通过阈压及“循环回旋”的分区方式实现对启动压力梯度的等效模拟；最后，通过油田实例验证此方法的模拟效果及实用性。

1 启动压力梯度的确定

低流度油藏在流体渗流过程中存在启动压力梯度。当驱动压力梯度较小时，液体不能流动，只有当驱动压力梯度加大到一定值时，液体才会开始流动，这时的驱动压力梯度为启动压力梯度[4-7]。

研究表明，低流度油藏中的启动压力梯度随着渗透率的减小和原油黏度的上升而加大。国内多位学者通过实验研究，得到了低流度油藏的启动压力梯度跟流度成幂函数关系[8-13](见表1)。为了确定本次数值模拟的启动压力梯度表达式，利用填砂管模型建立符合实际油藏岩石物性、岩石孔隙结构、岩石润湿性的物理实验模型，在油藏温度条件下研究渤海A油田稠油聚合物驱在填砂模型条件下的启动压力梯度变化规律。将结果与相关文献的经验公式进行对比，如图1所示。

根据实验所测数据，回归得到启动压力梯度与流度的数学关系式：

式中：λ—— 启动压力梯度，MPam；

K—— 岩心渗透率，10-3μm2；

μ—— 流体黏度，mPa·s。

由图1可知，实验结果与公式①较为接近，这是由于公式①研究结果也是基于渤海稠油数据而得。其他文献的研究结果都是基于陆上油田，因此在后面的数值模拟计算中将通过实验回归公式来计算启动压力梯度值。

表1 启动压力梯度随流度变化关系

图1 启动压力梯度随流度的变化关系对比

2 启动压力梯度数值模拟研究

2.1 启动压力梯度等效模拟方法

在Eclipse软件中，设置阈压是为了阻止相邻平衡区间的流动，可通过“THPRES”这个关键字来实现。为了模拟启动压力梯度的影响，模型中利用2个网格块之间的阈压来等效启动压力梯度。例如，启动压力梯度值为0.02 MPam，数模中的网格大小是20m，则设置0.4MPa为2个网格块之间的阈压。 当阈压小于2个网格之间的流动压力时，流体开始流动；否则，流体不会流动。在总网格数较少的情况下，运用普通的分区方法将每个网格设置为一个平衡分区，网格总数即为总的平衡分区数目，最后根据启动压力梯度值设置网格之间的阈压值(见图2)。多位学者在研究中采用了这种方法[14-16]。

按照此方法，在总网格数较多的情况下需要设置大量的平衡分区，进行数值模拟时要求计算机有足够的内存。通常这些要求较难满足，因此，将模型每层近似设为均质层，提出新的平衡分区设置方法，采用图3所示的“循环回旋”排列方式。此方式较为简便，可以使得分区的数目最少。不仅如此，对于网格数为m×n×b的模型，普通分区方法在x、y、z方向需要设置的阈压值数目为(m-1)×n×b+m×(n-1)×b+m×n×(b-1)，而采用“循环回旋”的方法仅需要设置的阈压值数目为b+2×(b-1)。新方式大大减少了设置每个平衡分区之间阈压值的工作量。

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(a)第一层平衡分区设置

(b)第二层平衡分区设置

(a)第一层平衡分区设置

(b)第二层平衡分区设置

图3 简化的平衡分区设置(以2层为例)

2.2 软件判定及验证

为了便于研究，建立了平面均质、纵向上非均质的三维地质模型，平面上有43×43个均匀网格，纵向上有2层。水平方向上每个网格的长度均是20 m，垂向上每层厚度均为4 m。井网为五点面积井网，上下层渗透率之比为5，油井定液量、注入井定注入量生产。采用“循环回旋”方式设置分区，阈压设置完成后，其余模拟过程与其他常规数值模拟方法相同。通过观察各层的吸水情况来判定启动压力梯度的影响，结果如图4。

图4 不同层注入量随时间的变化曲线

由图4可以看出，当不考虑启动压力梯度时，两层的注入量之比约为7。排除流体黏度的影响，吸水量主要取决于储层渗透率。只要有渗透率就会有流量分配，而实际油藏的吸水剖面极不均匀，甚至有些渗透率较差的层可能不吸水，以往的数模方法无法准确模拟实际油田的吸水状况。当考虑启动压力梯度时，由于高渗层与低渗层启动压力梯度的差异，注入水在高渗层更容易流动，结果导致高渗层吸水越来越多，低渗层几乎不吸水。这种考虑启动压力梯度的方法与实际油田的吸水状况吻合较好。

3 实例应用分析

运用此方法对渤海A油田X井组进行模拟。该井组共17口生产井，9口注聚井，模型网格数为220×85×34，共34层。启动压力影响研究的重点内容是分析油层纵向非均质。在考虑启动压力梯度时，为了减少平衡分区数量和模拟计算所需要的内存，采用“循环回旋”平衡分区的设置方法处理网格间流动的启动压力。其中启动压力梯度计算可参考前面的实验结论。

在拟合过程中，注入井定注入量，采油井定采液量，以月为拟合单元。在其他条件不变的情况下，分别采用考虑和不考虑启动压力梯度的2种数值模拟方法对该区块的生产历史数据进行拟合。拟合结果如图5、图6所示。

图5 区块日产油量拟合结果对比

图6 区块含水拟合结果对比

由拟合结果可以看出，考虑启动压力梯度所得的日产油量、含水率数据更接近实际情况，整体拟合效果较好。这说明运用此近似方法考虑启动压力梯度的作用，符合油田的实际需要，适用于低流度油藏的数值模拟研究。

4 结 语

低流度油藏在流体渗流时存在启动压力梯度。研究结果表明，低流度油藏中的启动压力梯度与流度成幂函数关系。通过研究，给出了运用Eclipse数值模拟软件中“THPRES”关键字以及“循环回旋”的分区方式实现启动压力梯度等效模拟的新方法。采用考虑启动压力梯度的数值模拟新方法对渤海A油田X井组进行模拟，历史拟合效果相对较好。运用此方法来考虑启动压力梯度的作用，对矿场应用该方法进行类似油田的方案分析具有重要的现实意义。

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A Novel “Loop Maneuver” Approach Equivalent Simulate About Start-Up Pressure Gradient

ZENGYang1,2KANGXiaodong1,2XIEXiaoqing1,2ZHAOWensen1,2

(1.State Key Laboratory of Offshore Oil Exploitation, Beijing 100027, China; 2.CNOOC Research Institute, Beijing 100027, China)

The ordinary commercial numerical simulation software could not directly describe the start-up pressure gradient in low mobility reservoir, so this paper puts forward a novel equivalent simulation method. It proved that there is start-up pressure gradient in low mobility reservoir by physical simulation experiment and it is in a power function relation with mobility. Keyword “threshold pressure” in numerical simulation software was applied, and then start-up pressure in low permeability reservoir was realized through setting equilibrium partition by the “loop maneuver” approach; assigned the value from the experiment data in “threshold pressure”. This method was used to simulate the X well group in Bohai A oilfield, and the better history matching effect was obtained.

low mobility; start-up pressure gradient; equivalent simulate; equilibrium partition

2017-01-20

国家科技重大专项“海上稠油高效开发新技术” (2011ZX05024-004)；中海石油(中国)有限公司综合科研“海上多层稠油油藏化学驱交替注入技术研究”(YXKY-2014-ZY-03)

曾杨(1987 — )，女，硕士，工程师，研究方向为油气藏提高采收率及数值模拟。

TE345

A

1673-1980(2017)04-0024-04