油藏天然能量評價新方法

李傳亮，朱蘇陽

油藏天然能量評價新方法

李傳亮，朱蘇陽

（西南石油大學石油與天然氣工程學院，成都610599）

油氣開采是油藏能量驅動的結果。油藏能量評價是油氣開采過程中的一項基本工作。傳統(tǒng)的油藏能量評價指標為無因次彈性產量比和采出1%地質儲量的地層壓降，但這2個指標均出現(xiàn)了邏輯反轉的評價結果，即油藏越開采能量反而越強。為了科學評價油藏的驅動能量，提出了油藏能量指數(shù)法，即油藏壓力與井底極限壓力的比值。該方法與油井的舉升方式密切相關，且能正確評價油藏的能量變化規(guī)律，即油藏越開采能量越弱。應用實例表明，能量指數(shù)法比傳統(tǒng)方法更為簡便、實用。

油藏能量；驅動能量；能量指數(shù)；壓降；舉升方式

0 引言

油藏流體從地層流入井筒，是油藏能量驅動的結果。油藏能量可以是天然能量，也可以是人工注入的能量［1-7］。本文主要研究的是油藏的天然能量問題。若油藏能量較強，則流動容易；若油藏能量較弱，則流動困難。因此，油藏能量評價是油氣開采過程中的一項基本工作［8］。

傳統(tǒng)的油藏能量評價，通常采用無因次彈性產量比和采出1%地質儲量的地層壓降2個指標［8-9］。這2種評價方法均較為復雜，且存在邏輯反轉的現(xiàn)象，沒有反映出油藏能量的本質規(guī)律。為了克服傳統(tǒng)評價方法的不足，筆者提出油藏能量評價的新方法——能量指數(shù)法。該方法不僅方便實用，而且能夠評價油藏能量的真實狀態(tài)。

1 無因次彈性產量比

水壓驅動油藏的物質平衡方程［6］為

式（1）～（2）中：Np為油藏累計產油量，m3；N為油藏地質儲量，m3；Boi為原始地層條件下的原油體積系數(shù)，dless；Bo為目前條件下的地層原油體積系數(shù)，dless；ceff為油藏有效壓縮系數(shù)，MPa-1；W為油藏存水量，m3；Δp為油藏壓降，MPa；pi為油藏原始地層壓力，MPa；p為油藏目前地層壓力，MPa。

在天然能量的驅動下，油藏存水量的計算公式［10-11］為

式中：We為油藏累計水侵量，m3；Wp為油藏累計產水量，m3；Bw為地層水的體積系數(shù)，dless。

若沒有水侵，由式（1）可得出彈性驅動油藏的物質平衡方程，即

由式（4）可得出彈性驅動的油藏產油量為

式中：Npe為靠彈性驅動的油藏產油量，m3。

由式（1）可得出水壓驅動的油藏產油量為

由式（5）和式（6）可得出無因次彈性產量比為越開采能量反而越強。

式中：Npr為無因次彈性產量比，dless。

由式（7）可以看出，Npr隨油藏存水量的增大而增大。投產初期油藏還沒有發(fā)生水侵，油藏的存水量為0，此時Npr=1，油藏為彈性驅動。隨著開發(fā)的不斷進行，水侵量不斷增多，存水量也不斷增大，Npr的數(shù)值也不斷增大。當Npr>30時，油藏的能量較強；當Npr<10時，油藏能量較弱；當Npr=10～30時，油藏能量中等［8-9］。

根據(jù)式（7）可以得出：按照無因次彈性產量比指標進行評價，油藏的能量是不斷增加的，即油藏

這顯然是一個邏輯反轉的評價結果，而實際上油藏的能量是不斷衰竭的。

根據(jù)式（7）還可以得出：稠油油藏的能量評價結果偏強，因為油藏的壓縮系數(shù)較小，而氣藏的能量評價結果偏弱，因為氣藏的壓縮系數(shù)較高。實際情況卻恰恰相反，稠油油藏的能量較弱，而氣藏的能量卻較強。

之所以出現(xiàn)這種邏輯反轉的評價結果，是因為式（7）計算的是油藏開采過程中的能量消耗指標，而不是油藏能量的評價指標。油藏開采過程中能量的消耗越來越多，但油藏的能量卻越來越少。

2 采出1%地質儲量的地層壓降

油藏的采出程度為累計產油量與地質儲量的比值，即

式中：Ro為油藏采出程度，%。

采出1%地質儲量的地層壓降［8-9］為

式中：Dpr為采出1%地質儲量的地層壓降，MPa。

將式（1）代入式（9），可得到

由式（10）可以看出，Dpr隨油藏存水量的增大而減小。投產初期油藏還沒有發(fā)生水侵，油藏的存水量為0，此時Dpr最高，為油藏有效壓縮系數(shù)的倒數(shù)。隨著開發(fā)的不斷進行，水侵量不斷增多，存水量也不斷增大，Dpr的值則不斷減小。當Dpr<0.2 MPa時，油藏的能量較強；當Dpr>0.8 MPa時，油藏能量較弱；當Dpr=0.2～0.8 MPa時，油藏能量中等［8-9］。

根據(jù)式（10）可以得出，按照采出1%地質儲量的地層壓降指標進行評價，油藏的能量是不斷增加的，即油藏越開采能量反而越強。與采用無因次彈性產量比指標的評價結果一樣，這顯然也是一個邏輯反轉的評價結果，其原因也是把能量的消耗指標當成了油藏的能量評價指標。

3 油藏能量指數(shù)

所謂油藏能量的強弱，是指油藏流體流入井筒的難易程度。流動越容易，說明油藏能量越強；反之，則越弱。

油藏能量的強弱，首先取決于油藏壓力的高低。油藏壓力越高，流動則越容易，油藏的能量則越強；反之，則越弱。

油藏能量的強弱，還取決于油井的舉升條件，即井底壓力的高低。井底壓力越高，流動則越困難，油藏的能量則越弱；反之，則越強。

因此，油藏能量的強弱不是絕對的，而是相對的，是油藏壓力高于井底壓力的程度。若油藏壓力與井底壓力相等，則油藏沒有任何能量可言。

由于井底壓力隨工作制度和舉升方式而變化，為了便于研究，選取每種舉升方式下油井停止生產時的井底極限壓力作為對比的基礎壓力。例如自噴生產時取停噴流壓，機抽生產時取停抽流壓等。

將地層壓力與井底極限壓力的比值定義為油藏的能量指數(shù)，即

式中：Ie為油藏能量指數(shù)，dless；pwfs為井底極限壓力，MPa。

由式（11）可以看出，油藏的能量指數(shù)隨地層壓力的變化而變化。油藏剛投入生產時，油藏的地層壓力最高，能量指數(shù)也最高。隨著開采過程的不斷進行，油藏的地層壓力不斷下降，能量指數(shù)也不斷減小。當?shù)貙訅毫咏讟O限壓力時，油井停止生產，油藏的能量指數(shù)降為最小值1。能量指數(shù)的變化規(guī)律，客觀地反映了油藏能量的本質特性，而傳統(tǒng)指標則扭曲了油藏能量的本質特性。

為了便于對比和分析，能量指數(shù)可以分級為：當Ie<1.1時，油藏能量較弱，油井勉強可以生產；當Ie> 1.3時，油藏能量較強，油井生產能力旺盛；當Ie= 1.1～1.3時，油藏能量中等，油井可以正常生產。

能量指數(shù)法不僅適合于油藏，也適合于氣藏；不僅可以評價天然能量，也可以評價人工注入的能量。

4 應用實例

某油藏的地質儲量約為4 000×104m3，有效壓縮系數(shù)為15×10-4MPa-1，油藏采用天然能量開采，油井自噴生產的停噴流壓約為33 MPa，機抽生產的停抽流壓約為25 MPa。油藏的生產數(shù)據(jù)及由其計算出的油藏能量評價參數(shù)如表1所列。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)繪制的無因次彈性產量比曲線如圖1所示。從圖1可看出，油藏剛投產時的能量較弱，生產大約4 a之后能量轉為中等，生產9 a之后能量變強。評價結果出現(xiàn)了油藏越開采能量反而越強的邏輯反轉現(xiàn)象。

表1 油藏生產數(shù)據(jù)及能量評價參數(shù)表Table 1Production data and energy evaluation parameters of reservoir

圖1 油藏無因次彈性產量比曲線Fig.1Curve of dimensionless elastic production ratio of reservoir

根據(jù)表1數(shù)據(jù)繪制的采出1%地質儲量的地層壓降曲線如圖2所示。從圖2可看出，油藏剛投產時的能量較弱，生產大約3.5 a之后能量轉為中等，生產10 a之后能量變強。評價結果也出現(xiàn)了油藏越開采能量反而越強的邏輯反轉現(xiàn)象。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)繪制的自噴生產的油藏能量指數(shù)曲線如圖3所示。從圖3可看出，油藏剛投產時的能量較強，生產大約3.5 a之后能量轉為中等，然后一直穩(wěn)定在中等水平。評價結果出現(xiàn)了油藏越開采能量越弱的正?，F(xiàn)象。

圖2 油藏采出1%地質儲量的地層壓降曲線Fig.2Curve of pressure drop per recoveryof reservoir reserve

圖3 油藏能量指數(shù)曲線（自噴）Fig.3Curve of reservoir energy index（natural flowing）

若采用機抽生產，則能量指數(shù)曲線如圖4所示。從圖4可看出，油藏的能量一直都很強，這是井底壓力較低導致油井生產能量旺盛的結果。

圖4 油藏能量指數(shù)曲線（機抽）Fig.4Curve of reservoir energy index（pumping）

對比圖3和圖4可得出，油藏的能量強弱與油井的舉升方式密切相關。若井底壓力較高，則油藏的能量相對較弱，油藏能量的驅動較困難；若井底壓力較低，則油藏的能量相對較強，油藏能量的驅動較容易。傳統(tǒng)的油藏能量評價方法與舉升方式無關，顯然不合理。

5 結論

（1）油藏天然能量的傳統(tǒng)評價指標為無因次彈性產量比和采出1%地質儲量的地層壓降，這2個指標存在邏輯反轉現(xiàn)象，即油藏越開采能量反而越強，因此，無法用來正確評價油藏的能量狀態(tài)。

（2）油藏能量指數(shù)法采用油藏壓力與井底極限壓力的比值來評價油藏能量的強弱。該方法簡單實用，而且評價結果反映了油藏能量的本質規(guī)律，即油藏越開采能量越弱。

（3）傳統(tǒng)的油藏評價方法與油井的舉升方式無關，而油藏能量指數(shù)法與油井的舉升方式密切相關，反映了油藏的實際生產情況。

（4）油藏能量指數(shù)法不僅可以評價油藏的天然能量，也可以評價氣藏的天然能量；不僅可以評價天然能量，也可以評價人工注入的能量。

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（本文編輯：王會玲）

A new evaluation method of reservoir energy

LI Chuanliang，ZHU Suyang
（School of Petroleum Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu 610599，China）

Oil and gas production from reservoirs is the result of drive of reservoir energy.Reservoir energy evaluation is a routine job during exploitation of reservoirs.Conventional evaluation parameters of reservoir energy are the dimensionless elastic production ratio and the pressure drop per recovery of reservoir reserve.However,the two evaluation parameters both give out logically inverse results,i.e.the reservoir energy is increasing with the depletion of reservoirs.In order to evaluate reservoir energy scientifically,this paper proposed energy index method,which is the ratio of reservoir pressure to limit bottom pressure of production wells.The new method is closely related to the lift style of wells,and can properly evaluate the reservoir energy status with the reservoir energy decreasing while depletion.The application result shows that the energy index is easier and more practical to use than the conventional method.

reservoir energy；drive energy；energyindex；pressure drop；lift style

TE32+3

：A

1673-8926（2014）05-0001-04

2014-03-03；

2014-05-21

國家科技重大專項“多層疏松砂巖氣藏開發(fā)關鍵技術”（編號：2011ZX05027-003-01）資助

李傳亮（1962-），男，博士，教授，主要從事油藏工程的教學和科研工作。地址：（610599）四川省成都市新都區(qū)西南石油大學石油與天然氣工程學院。E-mail：cllipe@qq.com。