油田化學驅開發潛力評價方法與軟件研制

于波

(中國石油大學(華東)理學院，山東 青島 266580)

夏志增

(中國石油大學(華東)石油工程學院，山東 青島 266580)

杜慶軍

(中國石油大學(華東)地球資源與信息學院，山東 青島 266580)

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油田化學驅開發潛力評價方法與軟件研制

于波

(中國石油大學(華東)理學院，山東 青島 266580)

夏志增

(中國石油大學(華東)石油工程學院，山東 青島 266580)

杜慶軍

(中國石油大學(華東)地球資源與信息學院，山東 青島 266580)

基于Gompertz模型，建立了油田化學驅開發潛力評價方法，包括潛力評價定量表征模型、油藏分類技術、適用度和風險度模型，研制了相應的潛力評價軟件。實例應用表明，研制的軟件能夠綜合考慮實施化學驅的技術、經濟潛力及風險性，有效完成聚合物驅、二元復合驅的潛力評價，較好地指導油田開發決策。

化學驅；提高采收率；Gompertz模型；軟件開發

我國油藏多為陸相沉積且非均質性較為嚴重，聚合物驅、二元復合驅等化學驅方法具有較好的適應性，能提高原油采收率約10%以上，是目前我國提高采收率的主導技術之一[1～5]。然而，由于開發環境及技術經濟要求的特殊性，化學驅的實施具有較高的難度和風險，開展化學驅潛力評價十分必要。

侯健等[6]基于流線模型建立了化學驅潛力評價方法，能夠有效考慮多種物理化學現象，但缺乏對風險指標的評估；趙輝等[7]基于蒙特卡洛原理提出了聚合物驅潛力風險性評價方法，能夠以概率形式對內部收益率及提高采收率進行評估，但需要在內部收益率及提高采收率對油藏參數、經濟參數的敏感性數據已知的情況下，才能進行風險指標的處理，局限性較大。針對上述缺點，筆者基于Gompertz模型提出了化學驅潛力評價方法并研制了相應的軟件，能夠有效完成對聚合物驅、二元復合驅等化學驅方法多項經濟技術及風險性指標的綜合評價。

1　化學驅潛力評價方法

1.1提高采收率定量表征模型

在油田生產過程中，許多生產指標如年產量、累計產量及含水率等都表現出S形的增長趨勢，Gompertz模型是描述該趨勢的常見模型[8]。Gompertz模型既存在極限值，其導數曲線又能反映出增油量曲線的非對稱性，具有簡單、外推性較好的特點。基于此建立了描述化學驅階段提高采出程度的定量表征模型[9]:

ΔR=aexp(-exp(b-cNinj))

(1)

式中：ΔR為化學驅階段的提高采出程度，%；Ninj為化學驅階段累計注入量，PV；a、b、c為模型特征參數，三者為地層原油黏度、聚合物黏度、界面張力、地層溫度、地層水礦化度、鈣鎂離子濃度及化學驅開始時含水率等的函數[9]。

該定量表征模型的特征參數具有明確的物理意義，如圖1所示，特征參數a反映極限情況下的提高采收率值，b/c反映提高采收程度曲線拐點(斜率最大處)的累計注入量。

如圖2所示，研究各化學驅開采效果影響因素(地層原油黏度、地層溫度、地層水礦化度、鈣鎂離子含量和注聚時機)對特征參數a、b、c的影響規律，建立多元回歸關系模型，在此基礎上可進行化學驅的潛力預測，計算出提高采收率值和內部收益率。

圖1　提高采出程度和無量綱增油量與累計注入量的關系　　　　圖2　化學驅潛力預測基本思路示意圖

1.2油藏分類技術

采用星座圖聚類方法對適合化學驅的油藏進行分類。星座圖聚類根據同類相聚、異類相離原理，通過數學運算，類似事物的坐標點聚在一起，適合油藏類型的劃分。

星座圖聚類的具體步驟如下：

1)對原始數據進行無量綱極差變換，使其值落在[0,π]內，變換表達式:

(2)

式中：Qij為i油藏參數j經變換后的值；Xij為i油藏參數j的值；Xjmin、Xjmax分別為所評價油藏中參數j的最小值和最大值。

2)確定各指標的權重。根據該次分類需要，將地層原油黏度、地層水礦化度和油藏溫度確定為考慮影響油田化學驅效果的3個主要因素。它們的權重可分別取為0.4、0.4、0.2。

3)計算坐標值。星座圖中各點分布于半圓范圍內，某油藏的坐標值p為：

p(WtcosQit+WμcosQiμ+WccosQic,WtsinQit+WμsinQiμ+WcsinQic)

(3)

圖3　星座圖分類示意圖

式中：Qit、Qiμ、Qic分別為i油藏的油藏溫度、地層原油黏度和地層水礦化度無量綱變換后的值；Wt、Wμ、Wc分別為油藏溫度、地層原油黏度和地層水礦化度的權重。

4)繪制星座圖，將坐標點相近的油藏歸為一類。圖3為分類示意圖。

1.3適用度及風險度模型

化學驅開發具有一定的風險，引入適用度和風險度對化學驅方法的適用性及風險性進行定量表征。

適用度反映油藏實施該化學驅效果的好壞，其值越接近于1效果越好，反之越差，其定義為：

(4)

式中：FD為適用度，1；R為采收率的提高值，1；IRR為內部收益率，1；ω為權重，提高采收率權重ωR可取為0.3，內部收益率權重ωIRR可取為0.7；下標max和min分別表示在所評價的區塊中，某化學驅方法對應的內部收益率及提高采收率的最大值與最小值。

風險度反映不同油價對內部收益率的影響程度，其值越大，風險性越高，反之越低，其定義為：

(5)

2　潛力評價軟件的研制

2.1軟件功能

化學驅潛力評價軟件基于以Gompertz模型為基礎的潛力評價方法，由VB.net 2008 程序語言開發完成，能夠批量實現對聚合物驅、二元復合驅等化學驅方法多項經濟技術及風險性指標的綜合評價。軟件界面友好，操作流程清晰，評價結果以表格和曲線方式呈現，清晰直觀。

2.2軟件結構

2.2.1軟件界面

軟件界面引導用戶逐步完成包括參數輸入、油藏篩選、潛力評價和適用度風險度分析等在內的潛力評價過程。支持對界限指標、經濟參數、潛力模型等的自定義修改。用戶可使用面板錄入基礎參數，也可通過數據文件加載。

2.2.2軟件模塊結構

軟件主要包括參數輸入、油藏篩選、潛力評價及適用度風險度分析4個模塊。其中，參數輸入模塊主要為后續油藏篩選及潛力評價提供基礎信息，包括區塊信息、潛力預測模型和經濟參數輸入3部分；油藏篩選模塊主要根據篩選指標對油藏實施化學驅的可行性進行篩選；潛力評價模塊主要對適合化學驅開發的油藏進行潛力計算；風險度及適用度分析模塊主要在潛力評價基礎上對化學驅開發進行風險評估。其中，油藏篩選明細包括各油藏進行化學驅(聚合物驅、二元復合驅)開發的適應性信息；潛力評價明細包括提高采收率、增加可采儲量、提高采出程度曲線等；適用度風險度分析明細包括不同原油價格下的內部收益率、適用度及風險度等。軟件評價明細結果可導出到Excel文件。

3　實例應用

以我國某油田為目標區域，進行了化學驅的潛力評價。以其中的SZ-A油田為例進行分析。該油田儲層發育，連通性好，油層分布穩定。地質儲量29788×104m3，儲層孔隙度26%～37%，滲透率2000mD，油層溫度65℃，地下原油黏度60mPa·s，地層水總礦化度6000mg/L，鈣鎂離子質量濃度600mg/L，轉化學驅時的含水率為75%。

在SZ-A油田的參數條件下，實施聚合物驅時，潛力預測模型特征參數的多元回歸模型如下：

5.9087×10-1fwp-21.5560

(6)

(7)

(8)

實施二元復合驅時，潛力預測模型特征參數的多元回歸模型如下：

a=8.1504×10-1ln(μo)+2.3765ln(μp)-1.6567×10-1fwp-3.7402×

10-1lg(Fit)+14.5170

(9)

(10)

6.1880×10-1fwp-1.7295×10-2(lg(Fit))2-1.6490×10-2lg(Fit)-19.6200

(11)

其中，聚合物黏度模型和界面張力模型分別如下：

(12)

lg(Fit)=7.1817-4.7076×10-1t+5.9538×10-3t2-2.3024×10-5t3+

(13)

式中：μo為地層原油黏度，mPa·s；t為地層溫度，℃；C1為地層水礦化度，mg/L；C2為鈣鎂離子質量濃度，mg/L；fwp為化學驅開始時的含水率，%；μp為聚合物黏度，mPa·s；Fit為界面張力，mN/m。

圖4　SZ-A油田提高采出程度預測曲線

將SZ-A油田油藏參數代入式(6)～式(13)，得到該油田實施聚合物驅時的模型特征參數a、b、c分別為8.73、2.45、6.74，而實施二元復合驅時的模型特征參數a、b、c分別為11.45、2.47、6.95。圖4為SZ-A油田的提高采出程度預測曲線。

SZ-A油田的油藏類型劃分為Ⅱ類，預測實施聚合物驅和二元復合驅的采收率提高值分別為8.73%和11.45%，可分別增加可采儲量2600×104m3和3410×104m3。當油價為60美元/桶時，內部收益率分別為115.21%和105.80%；適用度分別為0.7101和0.5940；風險度分別為0.3384和0.3801。因此，對SZ-A油田實施聚合物驅和二元復合驅開發，技術和經濟潛力均較大，且具有較高的適用度和較低的風險度，能獲得較好的開發效果。

4　結論

建立了化學驅潛力評價方法，包括潛力評價定量表征模型、油藏分類技術、風險度和適用度模型。研制了可用于化學驅潛力評價的軟件，軟件操作方便，界面友好，能夠有效完成對油田聚合物驅及二元復合驅的潛力評價。實例應用表明，研制的潛力評價軟件能夠得到包括提高采收率、內部收益率、風險度及適用度等在內的多項經濟技術及風險性指標，處理效率高，具有較好的實用性。

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[編輯]黃鸝

2016-03-10

國家科技重大專項(2016ZX05025-003)。

于波(1973-)，女，高級實驗師，現從事應用物理與油氣田開發方面的工作，yubo_upc@126.com。

TE319

A

1673-1409(2016)26-0046-04

[引著格式]于波，夏志增，杜慶軍.油田化學驅開發潛力評價方法與軟件研制[J].長江大學學報(自科版),2016,13(26):46～49.