1 S油藏气驱开采方式研究

S油藏为断背斜块状强水驱油藏，岩石成岩作用弱，砂岩胶结疏松，油藏物性较好，岩心分析砂岩孔隙度平均为21%，渗透率平均为1 100×10^-3 μm²。原始地层压力21 MPa，计算注凝析气的混相压力为15 MPa左右，地下原油粘度2.35 mPa · s，地面原油密度0.84 g/cm³。油藏井流物甲烷含量相对较高、中间组分含量较低、C7以上含量最大，为低收缩率原油。

通过调研国内外气驱提高采收率技术案例，结合S油藏地质、油藏特征及开发历程，建议S油藏考虑注气吞吐提高采收率。

2 流体相态研究

根据流体相平衡热力学理论，我们通常用于研究油气藏烃类体系相态变化和进行相平衡计算的主要方法包括相律、相图、描述流体相平衡的物质平衡条件方程和热力学平衡条件方程(如露点方程、泡点方程和闪蒸方程等)以及状态方程。PVT Pro软件包含了多个EOS(状态方程)，包括经过液体密度校正后的体积转换Peng-Robinson EOS(PR方程) (1978)、Peng-Robinson EOS(PR方程) (1976)和SoaveRedlich-Kwong EOS(1972) (SRK方程)，它也包含了多粘度模型，包括以C₁到C₁₀为参考流体的对应状态模型、以C1为参考流体的对应状态模型、基于Peng-Robinson EOS(PR方程)的模型、Petrosky粘度校正模型和Lohrenz-Bray-Clark (LBC)模型^[1-3]。在WinProp模块中，选用PR状态方程拟合实验数据，对于多组分体系:

压力方程:

$ P = \frac{{RT}}{{V - {b_{\text{m}}}}} - \frac{{{a_{\text{m}}}\left( {{T_{\text{r}}},\omega } \right)}}{{V\left( {V + {b_{\text{m}}}} \right) + {b_{\text{m}}}\left( {V - {b_{\text{m}}}} \right)}} $

(1)

$ {a_{\text{m}}}\left( {{T_{\text{r}}},\omega } \right) = \sum\limits_{i = 1}^n {\sum\limits_{j = 1}^n {{x_{\text{i}}}{x_{\text{j}}}} } {\left( {{a_{\text{i}}}{\alpha _{\text{i}}}{\alpha _{\text{j}}}{\alpha _{\text{j}}}} \right)^{0.5}}\left( {1 - {k_{{\text{ij}}}}} \right) $

(2)

$ {b_{\rm{m}}} = \sum\limits_{i = 1}^n {{x_{\text{i}}}{b_{\text{i}}}} $

(3)

压缩因子三次方状态方程:

$ \begin{gathered} Z_{\text{m}}^3 - \left( {1 - {B_{\text{m}}}} \right)Z_{\text{m}}^2 + \left( {{A_{\text{m}}} - 2{B_{\text{m}}} - 3B_{\text{m}}^2} \right){Z_{\text{m}}} - \hfill \\ \left( {{A_{\text{m}}}{B_{\text{m}}} - B_{\text{m}}^2 - B_{\text{m}}^3} \right) = 0 \hfill \\ \end{gathered} $

(4)

$ {A_{\text{m}}} = \frac{{{a_{\text{m}}}\left( T \right)P}}{{{{\left( {RT} \right)}^2}}} $

(5)

$ {B_{\text{m}}} = \frac{{{b_{\text{m}}}P}}{{RT}} $

(6)

逸度方程:

$ \begin{gathered} \ln \left( {\frac{{{f_{\text{i}}}}}{{{x_{\text{i}}}P}}} \right) = \frac{{{b_{\text{i}}}}}{{{b_{\text{m}}}}}\left( {{Z_{\text{m}}} - 1} \right) - \ln \left( {{Z_{\text{m}}} - {B_{\text{m}}}} \right) - \hfill \\ \frac{{{A_{\text{m}}}}}{{2\sqrt 2 {B_{\text{m}}}}}\left( {2\frac{{{\varphi _{\text{j}}}}}{{{a_{\text{m}}}}} - \frac{{{b_{\text{i}}}}}{{{b_{\text{m}}}}}} \right)\ln \left( {\frac{{{Z_{\text{m}}} + 2.414{B_{\text{m}}}}}{{{Z_{\text{m}}} - 0.414{B_{\text{m}}}}}} \right) \hfill \\ \end{gathered} $

(7)

其中:

$ {\varphi _{\text{j}}} = \sum\limits_{j = 1}^n {{x_{\text{j}}}} {\left( {{a_{\text{i}}}{\alpha _{\text{i}}}{a_{\text{j}}}{\alpha _{\text{j}}}} \right)^{0.5}}\left( {1 - {k_{{\text{ij}}}}} \right) $

(8)

式中: P为油藏压力，MPa; T为油藏温度，K(绝对温度); V为体系热运动体积，m³; x_i、x_j为气液相中i、j组分的摩尔组成; α_i、α_j为与混合物所含组分的种类及状态有关的数; a_m、b_m分别为混合体系平均分子引力和斥力常数; R为常数; ω为偏心因子; T_r为相对温度; k_ij为交互作用系数; f_i为i组分逸度。

根据性质相似原则将多个组分重新归并为7个拟组分。调整单组份在不同状态方程下的计算参数，同时调整不同组份互相之间的影响系数。从相态拟合结果来看，原油粘度等流体参数拟合较好(图 1)，可用于后续气驱数值模拟研究及方案综合调整。

3 注天然气吞吐提高采收率方案优化 3.1 组分模型的建立

基于CMG数模软件中的GEM组分模块的模拟优势，结合WinProp模块确定的流体参数场，在地质模型的基础上，加载油藏参数及生产历史数据，建立三维多相组分数值模型。

3.2 参数优化方案设计

天然气吞吐过程的驱替机理是通过与地层原油之间多次接触，达到非混相状态，从而实现驱替和携带原油的目的。根据实际情况，注气吞吐优化主要考虑周期注气量、注入速度、焖井时间、吞吐周期等因素对开发效果的影响^[4-5]。

(1) 周期注入量优化

在天然气吞吐周期中，随着注气量的增加，原油体积系数也不断增加，天然气溶解引起原油体积膨胀，这有利于注入气增溶驱油。周期注气量设置为5 000、10 000、20 000、30 000 m³，为便于比较，各方案其他参数设置保持一致，同时考虑投入产出比，特以换油率大小来评价注气吞吐效果的经济性。随着周期注气量的增加，S1井的换油率逐渐下降，阶段产油量开始增加很快，但是达到20 000 m³以后增幅明显减少^[6-7](图 2)。综合考虑换油率和阶段产油量，优选S1井周期注气量为20 000 m³。

(2) 注入速度优化

针对注入速度优化，在优选出周期注气量的基础上，注气速度设置600、900、1 200、1 500 m³/d 4个级别进行研究。根据计算结果(图 3)可知，随着注气速度增加，S1井的换油率刚开始增加后来出现下降最后再上升，而阶段产油量则呈现先增加再降低的变化规律，当S1井注气速度为1 200 m³/d时，阶段产油量达到峰值。结合注气驱油的机理进行分析表明，若注气速度过慢，在近井带形成的气驱油效果比较好; 若注气速度过快，注入气则不能充分溶解到原油中。考虑到高速注入有利于天然气进入地层深处，增加动用半径，从而提高油井产能，所以优选S1井注气速度为1 200 m³/d。

(3) 焖井时间优化

在前面各项参数优选的基础上，对焖井时间进行优化，焖井时间设置1天、3天、5天、10天4个级别进行研究。根据计算结果(图 4)可知，随着焖井时间增加，S1井的阶段产油量呈现先增加再降低的变化规律，焖井5天时达到峰值; 而换油率的变化规律则相反，呈现先下降后增加的趋势，焖井超过5天后，换油率增加幅度明显变小。综合来看，吞吐效果对焖井时间不太敏感，而焖井时间会影响油井生产时率，因此不宜过长，所以选焖井时间5天左右即可。

(4) 吞吐周期优化

吞吐周期优化主要考虑不同周期下，采出量的变化大小。根据方案运行结果(图 5)可以看出，前5周期采出程度较高，超过第5周期后，各周期的采出程度不断下降，表明并不是吞吐周期越大越好，吞吐周期存在最优范围，为5个周期左右。

3.3 注凝析气方案与注入干气方案对比

为对比注凝析气与注干气对采收率的影响，根据参数优化方案结果，模拟计算注凝析气方案与注干气方案差异。根据方案结果(图 6)可以看出，注凝析气方案的采收率为70%，注干气方案的采收率为62%，注凝析气方案的开发效果更好^[8-9]。鉴于S油藏下层系采出大量凝析气，气源充足，建议S油藏将下层系采出的凝析气回注至上层系以达到更高的石油采收率。

4 结论

(1) 天然气吞吐采用甲烷、乙烷、丙烷等多种混合气体达到近混相驱替进行吞吐，根据国内外矿场实验表明，相比单纯气体的吞吐效果，混合气体吞吐效果更佳。

(2) 提出协同考虑阶段产油量和换油率的思路优选注气吞吐最优参数，为同类轻质油藏实施天然气吞吐强化采油提供技术借鉴。

(3) 从国内外各个注气提高采收率开发实例来看，无论是混相驱还是非混相驱，油田采收率均有较大幅度提高，S油藏采取注凝析气驱的方式进行开发，可获得较高的原油采收率。现场实施后，增产效果显著，经济效益明显。