“油氣人工運(yùn)移”技術(shù)探索與實(shí)踐

焦青瓊，韓 鑫，何志輝，李樹(shù)松，王文濤

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，廣東湛江 524057；2.中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

南海西部目前在生產(chǎn)、在建設(shè)、在評(píng)價(jià)的油氣田存在較多的規(guī)模小、分布分散、儲(chǔ)層復(fù)雜的低品位邊際油氣藏，受海上投資成本制約，采用常規(guī)開(kāi)發(fā)模式難以經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)[1，2]。距離現(xiàn)有開(kāi)發(fā)設(shè)施較遠(yuǎn)的油氣藏，采用水下井口或平臺(tái)開(kāi)發(fā)，沒(méi)有經(jīng)濟(jì)性；開(kāi)發(fā)實(shí)施控制范圍內(nèi)的油氣藏，對(duì)于儲(chǔ)量規(guī)模小、品位差、次要層難以兼顧。如何充分挖潛此類(lèi)邊際油氣藏是增產(chǎn)上儲(chǔ)的關(guān)鍵之一，前人提出“油氣人工運(yùn)移”思路并初步論證了該思路的可行性[3]?！坝蜌馊斯み\(yùn)移”的思路是通過(guò)建立人工運(yùn)移通道，應(yīng)用壓差原理將低品位邊際儲(chǔ)量運(yùn)移至已開(kāi)發(fā)儲(chǔ)層，然后利用現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)間接而低成本采出，最終達(dá)到低品位儲(chǔ)量的經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)。

本文以W-1油田為研究對(duì)象，在“油氣人工運(yùn)移”思路指導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)油田實(shí)踐應(yīng)用存在三大難題：（1）兩個(gè)獨(dú)立油藏如何合并為一個(gè)單元進(jìn)行數(shù)值模擬研究；（2）人工運(yùn)移通道如何和油藏進(jìn)行耦合；（3）油氣運(yùn)移量是評(píng)估油氣運(yùn)移效果的關(guān)鍵參數(shù)，如何檢測(cè)油氣運(yùn)移量。針對(duì)存在的問(wèn)題，本文充分應(yīng)用現(xiàn)有油藏軟件，進(jìn)行了獨(dú)立油藏合并、井筒油藏耦合和油氣運(yùn)移監(jiān)測(cè)，成功實(shí)踐了“油氣人工運(yùn)移”技術(shù)，并在W-1油田成功應(yīng)用。

1 先導(dǎo)性試驗(yàn)靶區(qū)概況

“油氣人工運(yùn)移”技術(shù)的本質(zhì)是利用壓差原理將低品位邊際儲(chǔ)量運(yùn)移至已開(kāi)發(fā)儲(chǔ)層，因此需要選擇具有明顯壓差的靶區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)。本文選擇W-1油田W2Ⅰ油組和W3Ⅳ油組進(jìn)行先導(dǎo)性試驗(yàn)。W2Ⅰ油組屬于中高孔中高滲儲(chǔ)層，地層壓力系數(shù)0.55，產(chǎn)能高，水體能量弱，剩余地質(zhì)儲(chǔ)量38.49×104m3。W3Ⅳ油組屬于中孔中滲儲(chǔ)層，地層壓力系數(shù)1.01，屬于帶氣頂?shù)膶訝钸吽畼?gòu)造油藏，氣頂剩余天然氣儲(chǔ)量0.71×108m3。W2Ⅰ油組位于W3Ⅳ油組上部200 m。提出如下開(kāi)發(fā)模式設(shè)想（見(jiàn)圖1）：利用人工運(yùn)移井A3S1井射開(kāi)W2Ⅰ油組和W3Ⅳ油組，從而建立低壓區(qū)的W2Ⅰ油組和高壓區(qū)的W3Ⅳ油組油氣運(yùn)移通道，利用壓差原理將高壓區(qū)的氣頂氣運(yùn)移至低壓受注區(qū)，對(duì)W2Ⅰ油組進(jìn)行能量補(bǔ)充，并通過(guò)應(yīng)用流量監(jiān)測(cè)技術(shù)評(píng)估人工運(yùn)移效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓的W2I油組二次開(kāi)發(fā)。

圖1 人工運(yùn)移井開(kāi)發(fā)模式示意圖

2 “油氣人工運(yùn)移”技術(shù)探索

由于W2Ⅰ油組和W3Ⅳ油組在本次研究之前是獨(dú)立的地質(zhì)模型，“油氣人工運(yùn)移”研究過(guò)程中需要將W2Ⅰ油組和W3Ⅳ油組聯(lián)合起來(lái)進(jìn)行數(shù)值模擬研究，再重新地質(zhì)建模并進(jìn)行生產(chǎn)動(dòng)態(tài)歷史擬合耗時(shí)耗力。采用獨(dú)立油藏合并方法，實(shí)現(xiàn)多個(gè)油藏模型的合并，減少了大量工作量，提高了工作效率。油氣從W3Ⅳ油組運(yùn)移至W2Ⅰ油組是在人工運(yùn)移通道中進(jìn)行的，采用井筒管流模擬實(shí)現(xiàn)人工運(yùn)移通道內(nèi)的流體壓降評(píng)估。創(chuàng)新提出了節(jié)點(diǎn)法和數(shù)模法相互印證預(yù)測(cè)油氣運(yùn)移量，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)油氣運(yùn)移量進(jìn)行驗(yàn)證。

2.1 獨(dú)立油藏合并

獨(dú)立油藏的合并是通過(guò)應(yīng)用ECLIPSE數(shù)值模擬軟件，通過(guò)關(guān)鍵字的設(shè)置實(shí)現(xiàn)括靜態(tài)屬性的合并和動(dòng)態(tài)屬性的合并[4，5]。靜態(tài)屬性的合并包括油藏網(wǎng)格、孔隙度、滲透率、凈毛比、斷層屬性、流體性質(zhì)和分區(qū)等。動(dòng)態(tài)模型的合并指的是兩個(gè)不同油藏模型井史文件的融合，包括井定義、射孔、換層及歷史擬合參數(shù)等。

2.1.1 靜態(tài)屬性的合并 靜態(tài)屬性的合并思路是先建立一個(gè)大的模型網(wǎng)格骨架，囊括兩個(gè)獨(dú)立模型，然后將獨(dú)立模型的靜態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換為大模型的靜態(tài)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)模型靜態(tài)屬性的合并。W2Ⅰ油組W3Ⅳ油組模型的I、J、K 方向的網(wǎng)格數(shù)分別為 135×43×35 和 102×33×90。兩個(gè)獨(dú)立油藏模型在縱向疊合圖的東南部位重疊，因此主要考慮縱向上的疊合關(guān)系，同時(shí)由于兩個(gè)模型之間是不流動(dòng)的，因此將兩個(gè)模型之間設(shè)置為隔夾層，最終大模型網(wǎng)格尺寸定義為135×43×126。

圖2 合并后的模型示意圖

通過(guò)RESVNUM關(guān)鍵字定義每個(gè)獨(dú)立油藏的幾何屬性和靜態(tài)屬性，通過(guò)COORDSYS關(guān)鍵字定義不同獨(dú)立油藏之間的連接關(guān)系，W2Ⅰ油組獨(dú)立模型為1個(gè)平衡分區(qū)，W3Ⅳ油組獨(dú)立模型為7個(gè)平衡分區(qū)，為了合并模型后盡量減少參數(shù)的修改和擬合，合并模型設(shè)置為8個(gè)平衡分區(qū)，分區(qū)參數(shù)保持不變，并在PROPS部分加載兩個(gè)獨(dú)立模型的流體性質(zhì)數(shù)據(jù)和相滲數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)獨(dú)立油藏靜態(tài)屬性的合并（見(jiàn)圖2）。

2.1.2 動(dòng)態(tài)屬性的合并 兩個(gè)獨(dú)立油藏是獨(dú)自進(jìn)行生產(chǎn)動(dòng)態(tài)歷史擬合，歷史擬合是數(shù)模工作者在研究工作中占用耗時(shí)最多的工作之一，如果合并的模型仍需要重新進(jìn)行歷史擬合，則極大的減弱了獨(dú)立油藏合并的意義，因此合并模型需要進(jìn)行獨(dú)立油藏生產(chǎn)動(dòng)態(tài)信息的合并，包括井定義、射孔、換層、生產(chǎn)歷史及歷史擬合參數(shù)，且合并后模型不需再次進(jìn)行歷史擬合。

圖3 油氣運(yùn)移油藏井筒耦合示意圖

在大模型數(shù)據(jù)文件SCHEDULE部分將獨(dú)立油藏模型的井定義、射孔文件重新加載，對(duì)于兩個(gè)獨(dú)立油藏生產(chǎn)數(shù)據(jù)合并會(huì)出現(xiàn)時(shí)間交錯(cuò)導(dǎo)致運(yùn)行報(bào)錯(cuò)，需要通過(guò)時(shí)間判斷條件重新對(duì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序。對(duì)于歷史擬合參數(shù)，只需將原獨(dú)立模型歷史擬合參數(shù)修改的網(wǎng)格按照合并的大模型進(jìn)行重新劃分網(wǎng)格即可。合并后的模型儲(chǔ)量、水體大小、飽和度場(chǎng)、壓力場(chǎng)與獨(dú)立油藏完全相同，為“油氣人工運(yùn)移”數(shù)值模擬研究奠定了基礎(chǔ)。

2.2 井筒油藏耦合模擬

與常規(guī)的油藏?cái)?shù)值模擬所不同的是在油氣人工運(yùn)移數(shù)值模擬研究中，必須考慮油氣在人工運(yùn)移通道內(nèi)的管流損失，將儲(chǔ)層和人工運(yùn)移通道看作一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行分析（見(jiàn)圖3），因此需要進(jìn)行井筒油藏耦合模擬研究[6]。

2.2.1 井筒管流模型及人工運(yùn)移可行性 應(yīng)用PIPESIM軟件建立多相管流模型，W2Ⅰ油組地層壓力為16.77 MPa，W3Ⅳ油組地層壓力為23.61 MPa。將井筒W2Ⅰ油組和W3Ⅳ油組射孔段作為節(jié)點(diǎn)，考慮井筒內(nèi)油氣運(yùn)移壓力損失，應(yīng)用PIPESIM軟件設(shè)計(jì)得到不同運(yùn)移量下壓力損失，考慮最大運(yùn)移量100×104m3/d，壓力損失2.6 MPa（見(jiàn)圖4），運(yùn)移壓差仍有4.2 MPa。因此所選先導(dǎo)性人工運(yùn)移試驗(yàn)區(qū)從理論上具備油氣人工運(yùn)移條件。

2.2.2 節(jié)點(diǎn)法和數(shù)模法預(yù)測(cè)油氣運(yùn)移量 油氣運(yùn)移量預(yù)測(cè)采用節(jié)點(diǎn)分析法[7，8]，高壓運(yùn)移區(qū)到人工運(yùn)移通道入口設(shè)置為節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)2，人工運(yùn)移通道入口到出口設(shè)置為節(jié)點(diǎn)2到節(jié)點(diǎn)3，人工運(yùn)移通道出口到低壓注入?yún)^(qū)設(shè)置為節(jié)點(diǎn)3到節(jié)點(diǎn)4（見(jiàn)圖1）。油氣人工運(yùn)移與常規(guī)的油、氣、水在地層多孔介質(zhì)中的流動(dòng)形態(tài)和運(yùn)動(dòng)的滲流力學(xué)規(guī)律相同，在人工運(yùn)移通道中運(yùn)移需要考慮井筒內(nèi)的壓力損失，即油氣通過(guò)節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)3的壓力差，可通過(guò)建立的井筒多相管流模型進(jìn)行計(jì)算，從而將節(jié)點(diǎn)2處的壓力轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)3處的壓力，然后聯(lián)立流入、流出產(chǎn)能方程（式1）、管流方程（式2）及邊界條件進(jìn)行求解，流入動(dòng)態(tài)曲線和流出動(dòng)態(tài)曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的協(xié)調(diào)流量即為兩個(gè)油氣藏之間人工運(yùn)移井眼內(nèi)的運(yùn)移流量。

產(chǎn)能方程：

管流方程：

節(jié)點(diǎn)分析法的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用管流模型進(jìn)行井筒內(nèi)壓力損失精確模擬，不足之處是依據(jù)當(dāng)前W2Ⅰ油組和W3Ⅳ油組節(jié)點(diǎn)壓力僅能得到初期油氣運(yùn)移量。數(shù)模法進(jìn)行油氣人工運(yùn)移的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在可以得到油氣運(yùn)移量的變化規(guī)律。本文創(chuàng)新考慮數(shù)值模擬與節(jié)點(diǎn)分析法相結(jié)合進(jìn)行油氣運(yùn)移量預(yù)測(cè)。通過(guò)節(jié)點(diǎn)分析法得到W-1油田人工運(yùn)移井氣運(yùn)移量協(xié)調(diào)點(diǎn)為初期油氣運(yùn)移量為7.0×104m3/d（見(jiàn)圖5）。應(yīng)用數(shù)值模擬軟件，合并后的模型井口設(shè)置為關(guān)井狀態(tài)，通過(guò)射開(kāi)W2Ⅰ油組和W3Ⅳ油組，使得低壓區(qū)W2Ⅰ油組氣體流入高壓區(qū)W3Ⅳ油組，得到氣運(yùn)移量變化曲線（見(jiàn)圖6）。

圖5 節(jié)點(diǎn)法和數(shù)模法相互印證油氣運(yùn)移量

圖6 數(shù)模法預(yù)測(cè)和實(shí)際監(jiān)測(cè)油氣運(yùn)移量

從圖中可知初期運(yùn)移量為8.5×104m3/d，隨后遞減較快，在運(yùn)移2個(gè)月后油氣運(yùn)移量?jī)H為初期5%。將數(shù)模初期預(yù)測(cè)油氣運(yùn)移量與節(jié)點(diǎn)分析法預(yù)測(cè)進(jìn)行對(duì)比，兩種不同方法的預(yù)測(cè)結(jié)果較接近，預(yù)測(cè)初期氣運(yùn)移量在7.0×104m3/d～8.5×104m3/d，且油氣運(yùn)移量遞減較快，在2個(gè)月后W2Ⅰ油組和W3Ⅳ油組基本達(dá)到平衡。

2.3 油氣運(yùn)移量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

油氣運(yùn)移流量監(jiān)測(cè)是評(píng)估人工運(yùn)移開(kāi)發(fā)技術(shù)成功與否的重要手段，油氣運(yùn)移監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵是優(yōu)化測(cè)試管柱，選用合適的監(jiān)測(cè)手段，選擇恰當(dāng)?shù)谋O(jiān)測(cè)點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工具選用流體掃描成像FSI測(cè)井工具，特點(diǎn)是在篩管中能保持大致垂直、測(cè)量分層流速和各相持率以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量[9，10]。監(jiān)測(cè)原理是通過(guò)電子探針區(qū)分烴類(lèi)和水，并計(jì)算持水率；通過(guò)光學(xué)探針區(qū)分氣和液，并計(jì)算持氣率。

數(shù)模預(yù)測(cè)人工運(yùn)移時(shí)間為130 d，且在前60 d為人工運(yùn)移主要期間，因此監(jiān)測(cè)時(shí)間的選擇定為射開(kāi)W2Ⅰ油組和W3Ⅳ油組后立即進(jìn)行第一次流量監(jiān)測(cè)，30 d后進(jìn)行第二次流量監(jiān)測(cè)，視前2次監(jiān)測(cè)情況決定是否再增加監(jiān)測(cè)。

表1 不同運(yùn)移方案預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比表

圖7 監(jiān)測(cè)流量與數(shù)模對(duì)比結(jié)果

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)FSI測(cè)井監(jiān)測(cè)人工運(yùn)移流量，第一次監(jiān)測(cè)得到人工運(yùn)移氣量為5.8×104m3/d，第二次監(jiān)測(cè)人工運(yùn)移氣量為1.4×104m3/d，與數(shù)模結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，并校正井筒管流模型摩阻等參數(shù)，使得數(shù)模預(yù)測(cè)人工運(yùn)移量與兩次監(jiān)測(cè)結(jié)果一致（見(jiàn)圖6）。

2.4 方案研究

應(yīng)用校正后的井筒油藏耦合模型進(jìn)行人工運(yùn)移數(shù)值模擬方案研究（見(jiàn)圖7），預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比表（見(jiàn)表1）。

3 “油氣人工運(yùn)移”技術(shù)應(yīng)用效果

先導(dǎo)性試驗(yàn)區(qū)的兩次FSI監(jiān)測(cè)結(jié)果與節(jié)點(diǎn)法和數(shù)模法預(yù)測(cè)結(jié)果基本一致（見(jiàn)圖8），證明形成的天然氣人工運(yùn)移預(yù)測(cè)方法是可靠的。人工運(yùn)移后W2I油組進(jìn)行靜壓梯度測(cè)試，表明人工運(yùn)移期間W2I油組壓力系數(shù)恢復(fù)至0.98，地層能量得到有效補(bǔ)充?；诂F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，優(yōu)選方案2，通過(guò)模擬一口人工運(yùn)移井，一口采油井，預(yù)測(cè)累積運(yùn)移氣量0.51×108m3，累增油3.63×104m3，提高采收率7.5%。

圖8 油氣運(yùn)移量預(yù)測(cè)驗(yàn)證

4 結(jié)論

（1）采用獨(dú)立油藏合并方法實(shí)現(xiàn)兩個(gè)獨(dú)立油藏的靜態(tài)屬性和動(dòng)態(tài)屬性的合并，為油氣人工運(yùn)移的研究提供了基礎(chǔ)。

（2）通過(guò)建立井筒和油藏的耦合模型，分析認(rèn)為先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)具有人工運(yùn)移條件，并提出了節(jié)點(diǎn)分析法和數(shù)模法相互印證預(yù)測(cè)油氣人工運(yùn)移量方法。

（3）通過(guò)優(yōu)選測(cè)試工具，優(yōu)化監(jiān)測(cè)時(shí)機(jī)，形成了油氣人工運(yùn)移監(jiān)測(cè)技術(shù)，兩次動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的解釋驗(yàn)證了井筒油藏耦合的合理性。

（4）“油氣人工運(yùn)移開(kāi)發(fā)”技術(shù)為海上低品位邊際油氣藏開(kāi)發(fā)提供了新的思路。