大庆外围油田CO2近混相驱特征图版的建立

王 鑫，李 敏

（中国石油大庆油田勘探开发研究院，黑龙江大庆163712）

在注水开发油田中，水驱特征图版已广泛应用于水驱采收率预测[1-3]，但关于CO2驱替特征图版预测采收率的研究还比较少，常用的方法是通过实验方法或者数值模拟[4-12]。吕成远等[13]建立了低渗透油藏CO2非混相驱替特征曲线。孙雷等[14]建立了Y 区块油藏开发动态的CO2混相驱规律图版。但这些都不适合大庆外围油田CO2近混相驱油藏采收率预测。本文建立了基于大庆外围油田基础物性和流体PVT 参数的混相、近混相、非混相驱非均质理想模型，定义了含碳率-累产油、A型、B型3种CO2驱特征曲线，优选出适合大庆外围油田近混相驱的A 型气驱特征曲线，推导出了CO2近混相驱特征图版公式，建立了S区块CO2近混相驱特征图版并进行修正，应用改进后的图版预测了S区块CO2驱采收率，为同类区块下一步的开发及评价提供技术支撑。

1 不同驱替类型模型建立

1.1 建立不同驱替类型理论模型

通过建立非均质理想组分模型表征CO2混相驱、近混相驱、非混相驱的动态特征，数据来源于外围油田基础物性和流体PVT参数（表1），模型为300 m×250 m五点法井网的非均质理想模型，平均渗透率2×10-3μm2，横向网格步长10 m，纵向网格步长5 m，模型节点数90×110×1=9 900个。非均质模型能更好的表述驱替的指进现象，混相带运移速度更接近实际模型。

1.2 不同驱替类型理论模型检验

采用混相体积系数来定量表征不同类型CO2驱油过程中的混相状态，可以验证三种理想模型是否符合混相、近混相及非混相驱，验证结果见表2。

混相驱模型中，全混相体积系数在50%以上，非混相体积系数为0，可以验证模型为混相驱，能表征混相驱替特征；近混相模型中，半混相体积系数初期达到80%以上，随着驱替进行逐渐降低，非混相体积系数逐渐增加，全混相体积系数在10%左右，可以验证模型为近混相驱，能表征近混相驱替特征；非混相模型中，非混相体积系数为100%，可以验证模型为非混相驱，能表征非混相驱替特征。

2 不同混相类型CO2驱特征曲线建立

2.1 含碳率-累积产油关系曲线

将3种不同驱替类型的数据从模型中导出，在半对数坐标系中分别绘制混相驱、近混相驱、非混相驱含碳率fg与累积产油Np关系曲线，判别、选定直线段数据点，不同驱替类型绘制曲线见图1。

图1 不同驱替类型含碳率-累产油关系曲线Fig.1 Gas content-cumulative oil production curve with different displacement types

直线段fg～Np线性关系式：

取含碳率98%的可采储量为技术可采储量：

计算出采收率：

式中：fg为含碳率，%；Np为累积产油量，104m3；a1曲线截距；b1为曲线斜率为技术可采储量，104m3；ER为采收率；N为油田的地质储量，104m3。

表1 不同混相类型模型参数Table 1 Parameter of different types for CO2 flooding models

表2 不同混相类型CO2驱模型计算情况Table 2 Computing miscibility of different types for CO2 flooding models %

2.2 A型气驱特征曲线

现场统计表明，CO2混相带突破后，累积产气量和累积产油量在半对数坐标中会出现近似直线段[15-16]，定义为A型气驱特征曲线，其表达式为：

经推导得出：

式（5）两端取对数得到A 型气驱特征曲线的微分形式：

由于非混相驱在模型中不存在混相带突破，在半对数坐标系中绘制混相驱、近混相驱累产气Gp与累积产油Np关系曲线，判别、选定直线段数据点，不同驱替类型绘制曲线见图2。

图2 不同驱替类型A型气驱特征曲线Fig.2 Type A gas drive characteristic curve with different displacement types

取含碳率98%的可采储量为技术可采储量：

式中：Gp为累积产气量，104m3；a2为曲线截距；b2为曲线斜率。

2.3 B型气驱特征曲线

数值模拟及矿场试验结果表明，注气到一定程度后，累积产油气量与累积产油量在半对数坐标中呈直线关系，将其定义为B型气驱特征曲线，其表达式为：

推导得到B型气驱特征曲线的微分形式：

将3种不同驱替类型的数据从模型中导出，在半对数坐标系中分别绘制混相驱、近混相驱、非混相驱累积产油气量Lp与累积产油Np关系曲线，判别、选定直线段数据点，不同驱替类型曲线见图3。

图3 不同驱替类型B型气驱特征曲线Fig.3 Type B gas drive characteristic curve with different displacement types

拟合出系数a3、b3，取含碳率98%的可采储量为技术可采储量：

式中：Lp为累积产油气量，104m3；a3为曲线截距；b3为曲线斜率。

3 CO2驱特征曲线优选

将上述3 种特征曲线计算出的3 种不同驱替类型的采收率与数值模拟计算结果相比较，结果表明：混相驱及近混相驱模型中，3种CO2驱特征曲线法计算采收率值误差均较小，在3%以内；非混相驱模型中，含碳率-累产油关系曲线法计算采收率值误差较小，在3%以内，计算结果见表3。

4 CO2近混相驱特征图版公式的推导

4.1 含碳率和采出程度公式推导

在优选出的适合CO2近混相驱的3 种特征曲线的基础上，分别推导含碳率和采出程度的关系式。

前面已定义油藏的地质储量N，累积产油量为Np，则采出程度Ro：

式（11）代入式（1），得到含碳率-累积产油曲线含碳率和采出程度的关系式：

表3 CO2驱特征曲线法采收率计算值与数值模拟值误差Table 3 Errors between calculated and simulated values of oil recovery by CO2 flooding characteristic curve method

式（11）代入式（5），得到A型气驱特征曲线含碳率和采出程度的关系式：

式（11）代入式（9），得到B 型气驱特征曲线含碳率和采出程度的关系式：

由式（12）～（14）建立含碳率和采出程度图版（图4），并与大庆外围油田近混相驱S区块实际动态相比较，从图版看出A型气驱特征曲线含碳率和采出程度图版，与S区块实际动态趋势最为接近，因此，选取A型气驱特征曲线进一步建立CO2近混相驱特征图版。

图4 含碳率和采出程度图版Fig.4 Gas content-recovery degree curve

4.2 CO2近混相驱特征图版公式推导

由A型气驱特征曲线公式（5）两边求导得出：

累积产油量Np为地质储量N和采出程度Ro的乘积，代入式（15）得：

令C=Nb2，D=a2+lnb2，代入式（16）得：

C值的求取方法有两种：①通过地质储量和A型气驱特征曲线斜率的乘积；②由式（17）可以看出和采出程度Ro在半对数坐标中成直线关系，曲线斜率即为C值。

经济极限含碳率fg=E时，对应的采收率为Rw，则有Ro=Rw，代入式（17），得：

式（17）减去式（18）得：

将确定的C值与经济极限含碳率代入式（19），便可得到CO2近混相驱特征图版。

5 CO2近混相驱特征图版的应用

大庆外围油田S区块平均空气渗透率1.16×10-3μm2，平均孔隙度10.3%，为典型低孔特低渗储层，原始溶解气油比22.8 m3/t，原始地层压力22.05 MPa，最小混相压力32.2 MPa，为CO2近混相驱，该区块2007年投产，直接注气开发，进行CO2驱先导性试验，注气井10口，采油井14口。

5.1 C值的求取

5.1.1 方法一

S 区块地质储量为118.7×104m3，将区块数据代入式（3），绘制S区块A型气驱曲线，求得b2=0.112 1，C=Nb2=16.6（图5）。

5.1.2 方法二

图6 S区块ln[fg/（1-fg）]与采出程度Ro关系曲线Fig.6 Relation between ln[fg/（1-fg）]and recovery degree Ro of S block

将上述两种方法得出的C值取平均，求得C=16.92。

5.2 确定经济极限含碳率fg

根据盈亏平衡关系可知，当日产油量的收入等于驱油剂成本、日操作成本和税金总和时，此时的油气比就是关井油气比。

式中：P为油价，美元/bbl；P1为CO2售价，元/t；P2为CO2注入费，元/t；P3为产出CO2处理费，元/t；P4为产出CO2售价，元/t；P5为操作成本，元/t；R为油气比，m3/t；C为换油率。

图7 S区块CO2近混相驱特征图版Fig.7 CO2 near-miscible flooding characteristics chart of S block

根据S 区块相关经济参数，CO2售价400 元/t，注入费用100 元/t，产出CO2处理费150 元/t，操作成本1 211.71元/t。

计算表明当油价50美元/bbl，换油率为0.2时，油井关井油气比为3 000 m3/t。

标况下CO2的密度为1.97 kg/m3，计算出S区块经济极限含碳率fg=85.7%

5.3 绘制S区块CO2近混相驱特征图版

经济极限含碳率fg=85.7%时，采出程度Ro等于采收率Rw，代入式（19）得到含碳率、采出程度和采收率的关系式

利用式（21）绘制得到S 区块CO2近混相驱特征图版（图7a）。

5.4 修正S区块CO2近混相驱特征图版

为了提升图版应用的准确性，对S区块CO2近混相驱特征图版进行修正，修正后的含碳率、采出程度和采收率的关系式为：

式中：P、Q为修正常数；Ri为无气采收率，%。

利用修正后的关系式，修正后的CO2近混相驱特征图版见图7b。

可以看出S区块的生产数据符合采收率21%曲线趋势，该区块现场预测的采收率为21.3%，比较接近，验证了图版的准确性，可以用来预测S 区块的采收率和开发效果评价。

6 结论

1）采用混相体积系数来定量表征不同类型CO2驱油过程中的混相状态，井验证三种理想模型符合混相、近混相及非混相驱，可以用来建立不同驱替类型特征曲线。

2）根据混相、近混相、非混相不同驱替类型模型，建立了含碳率-累积产油、A型、B型3种不同驱替类型CO2驱特征曲线，以数值模拟计算的采收率为依据，经过优选，3种曲线均能用于近混相驱特征曲线计算。

3）应用优选出的特征曲线，推导出适合大庆外围油田CO2近混相驱的含碳率和采出程度关系式，建立了适合S区块的含碳率和采出程度图版，并与S区块实际动态相比较，选取A 型气驱特征曲线进一步推导出了CO2近混相驱特征图版公式。

4）应用CO2近混相驱特征图版公式，结合S区块生产动态，运用关井气油比上限计算出S区块经济极限含碳率，建立了S区块CO2近混相驱特征图版并进行修正，应用修正后的图版预测了S区块采收率，和现场预测结果接近，表明修正后的图版可以用来进行CO2近混相驱区块的采收率预测和开发效果评价。